USA erweitern Anwendungsfelder für Industrieroboter

Insgesamt 310.700 Industrieroboter verrichteten im Jahr 2021 in den USA ihren Dienst, wie der internationale Dachverband für Robotik (IFR) bestätigt. Somit stieg die Anzahl der installierten Roboter auf Vorjahresbasis um 6 Prozent.

Auf jeweils 10.000 Beschäftigte kamen in der Industrie 255 Roboter, womit die USA weltweit auf Platz sieben der Roboterdichte liegt. Im Branchenvergleich ist die Automobilindustrie mit 1.528 Robotern je 10.000 Industriebeschäftigte der Vorreiter. Damit bringt es die Branche auf Platz fünf in der Weltrangliste. Alle anderen Sektoren wiesen im Durchschnitt 157 Roboter je 10.000 Industriebeschäftigte auf.

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Leitzinsanhebungen schwächen Import

Die Nachfrage nach Robotertechnik in den USA verläuft alles andere als geradlinig. Zwischen 2018 und 2020 wurden rückläufige Absatzzahlen registriert. Dazu beigetragen haben der US-Handelskrieg mit China, die US-Sonderzöllen auf Stahl und Aluminium unter anderem aus der Europäischen Union (EU) und auch die Covid-19-Pandemie.

Die Nachfrage und Preise auf Robotertechnik ziehen seit 2021 wieder spürbar an, ein Trend, der sich in das Jahr 2022 hineinzieht. Davon zeugen unter anderem die Importzahlen (HS-Code 847950). So hat sich ihr Einfuhrwert von 416,3 Millionen US-Dollar (US$) im Jahr 2020 um annähernd 20 Prozent auf 498,1 Millionen US$ im Jahr 2021 erhöht.

Im ersten Halbjahr 2022 setzte sich der Importanstieg fort. So erreichten die Einfuhren gemäß U.S. International Trade Commission in der Zeit von Januar bis einschließlich Juni einen Wert von 288,3 Millionen US$. Dies stellt eine Steigerung um erneut knapp 20 Prozent gegenüber dem vergleichbaren Vorjahreszeitraum dar. Im zweiten Halbjahr 2022 dürften die Importe jedoch abflauen. Grund für diese Annahme sind die drastisch steigenden Finanzierungskosten, was auf den stufenweisen Leitzinsanhebungen der Zentralbank Fed zur Inflationsbekämpfung beruht.

Nicht nur die Einfuhren sondern auch die Inlandsproduktion von Industrierobotern war im Jahr 2021 stark gestiegen. Darauf lässt wiederum die Ausfuhrentwicklung schließen. So zog der Wert der US-Exporte von Industrierobotern 2021 im Vorjahresvergleich um 43,7 Prozent auf 331,1 Millionen US$ an. Im ersten Halbjahr 2022 lag die Ausfuhrsteigerung bei "nur" noch 5,5 Prozent, allerdings ausgehend vom starken Basiswert aus der vergleichbaren Vorjahresperiode. Die mit Abstand höchste Ausfuhrsteigerung erzielten US-Hersteller im ersten Halbjahr 2022 übrigens mit Deutschland.

Deutschland wichtiger Handelspartner bei Industrierobotern

Deutschland nimmt für die USA sowohl bei den Exporten als auch bei den Importen von Industrierobotern einen wichtigen Stellenwert ein. So lag die Bundesrepublik im Jahr 2021 unter den wichtigsten Bezugsländern für die US-Industrie bei Industrierobotern auf Platz vier mit Lieferungen im Wert von 47,3 Millionen US$. Bei den US-Ausfuhren belegte Deutschland mit Lieferungen im Wert von 22,6 Millionen US$ ebenfalls den vierten Platz.

Im amerikanisch-deutschen Handel erzielte Deutschland mit Industrierobotern 2021 einen Überschuss von 24,7 Millionen US$. Im ersten Halbjahr 2022 lag der deutsche Überschuss bei 5,1 Millionen US$.

Anwendungsfelder für Roboter vielfältig

Jahrzehntelang wurde Robotertechnik fast ausschließlich in aggressiven Produktionsumgebungen beziehungsweise zur Verrichtung monotoner Tätigkeiten eingesetzt. Zu den hauptsächlichen Abnehmerbranchen gehörten der Fahrzeugbau, die Elektronik-, Metall-, Nahrungsmittel-, Getränke-, Pharma- und Chemieindustrie.

Mit Ausbruch der Covid-19-Pandemie im Jahr 2020 schrumpfte der Markt für Robotertechnik zunächst, bevor er sich in der zweiten Jahreshälfte wieder ausweitete. Die Anwendungsfelder vervielfältigten sich daraufhin: Gesundheitskonzepte zur Pandemiebekämpfung erzwangen zum Beispiel größere Sicherheitsabstände zwischen den Arbeitsplätzen, wodurch als Synergieeffekt mehr Platz, aber auch die Notwendigkeit für den Einsatz von kollaborativen Robotern (Cobots) entstand. Den Materialfluss zwischen den Arbeitsplätzen übernahmen wiederum Transportroboter.

Zusätzlich fielen während der Pandemie reihenweise Arbeitskräfte aus, die sich entweder um erkrankte Familienmitglieder oder um die eigenen Kinder kümmern beziehungsweise selber in Quarantäne gehen mussten. Diese Personalausfälle zwangen die Industrie zusätzlich, mehr in Automatisierungslösungen zu investieren und Roboter zu installieren. Selbst kleine und mittlere Produktionsfirmen sahen sich zu einem solchen Schritt gezwungen. 

Automatisierung macht Produktion flexibler

Ein weiterer Grund, warum kleine und mittlere Firmen 2020 anfingen, sich für Roboter und Cobots zu interessieren, ist im strukturellen Nachfragewandel nach Produkten während der Pandemie zu finden. Über Nacht waren andere Waren gefragt, zum Beispiel Ventilatoren für Intensivstationen, Metall- und Kunststoffteile für Schutzausrüstungen, komplette Schutzmasken, Trennvorrichtungen aus Plexiglas, Behälter für Desinfektionsmittel etc. Zur raschen Anpassung der Produktion an den rasanten Nachfragewandel starteten kleine und mittlere Firmen Automatisierungsinitiativen.

Für Hersteller, Importeure, Zwischen- und Großhändler von Robotertechnik sowie für Systemintegratoren führte dieser Automatisierungstrend seit der zweiten Jahreshälfte 2020 zu einer spürbaren Geschäftsbelebung. Neben den umfangreichen Serienbestellungen aus der Großindustrie kam ab sofort eine Vielzahl kleiner Lose für spezifische, individuell anzupassende Robotertechnik aus der kleinen und mittelständischen Industrie hinzu.

Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

Die größte Handelsgruppe für Roboter- und Automatisierungstechnik "Association for Advancing Automation" (A3) ordnet der Roboter- und Automatisierungsbranche 1.187 Firmen zu. Darunter befinden sich Endhersteller und deren Zulieferer, Beraterfirmen, Systemintegratoren sowie spezialisierte Groß- und Zwischenhändler.

Die Quote der Hersteller (OEM) an der Gesamtfirmenzahl beträgt laut A3 lediglich 12 Prozent, was 145 Unternehmen wären. Berater und Systemintegratoren bringen es auf 69 Prozent beziehungsweise auf 824 Firmen. Die Anzahl der spezialisierten Handelshäuser liegt bei 218. 

Produktion florierte nach der Pandemie erneut

Nach der pandemiebedingten Pause im Jahr 2020 fing das Geschäft mit der Fertigung und dem Verkauf von Robotern und Automatisierungstechnik im Jahr 2021 erneut zu boomen an. Der Branchenumsatz knackte 2021 sogar die Marke von 2 Milliarden US$. Davon entfielen annähernd 500 Millionen US$ auf Importgeschäfte. Der Rest von mehr als 1,5 Milliarden US$ wurde durch die Inlandsproduktion von Industrierobotern sowie durch Dienstleistungs- und Beratungsgeschäfte generiert.

Wie das Internetportal marketscale.com mitteilte, sind die USA der zweitgrößte Hersteller von Industrierobotern nach China. In diese Rechnung wurden allerdings sämtliche US-Niederlassungen großer ausländischer Roboterproduzenten mit einbezogen.

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Firmen in mehreren Geschäftsfeldern unterwegs

Die Grenze zwischen Herstellern, Importeuren und Systemintegratoren ist oftmals fließend. Vor allem die großen OEM sind in allen Geschäftsfeldern aktiv, darunter im Import, Handel, in der Montage und Systemintegration. Daher unterhalten so gut wie alle großen ausländischen Roboterhersteller gleich mehrere US-Niederlassungen. Diese dienen zur Endmontage, aber auch für den Import, zur Montage und zum Erbringen von Dienstleistungen beim Endkunden sowie zur Wartung von Industrierobotern.

In vielen Fällen kooperieren die OEM mit örtlichen Systemintegratoren. Unter den ausländischen Firmenniederlassungen in den USA befinden sich unter anderem auch die beiden deutschen Markenanbieter KUKA und Dürr.

Ausländische Technologie wird breit genutzt

"Was Robotikunternehmen in den USA einzigartig macht, ist ihre Fähigkeit, bestehende Technologien aus der ganzen Welt zu übernehmen und sie an reale Fertigungsanforderungen anzupassen. Dies ist in der aktuellen Situation, in der Automatisierung dringend benötigt wird, besonders nützlich", so Søren Peters, Group CEO der beiden Beratungsunternehmen HowToRobot und Gain & Co.

Alex Shikany, Vice President von A3 fügte hinzu: "Die Robotertechnologie verändert die Art und Weise, wie Geschäfte in einer Vielzahl von Branchen abgewickelt werden, von ausgereiften Segmenten wie der Automobilindustrie bis hin zu relativ neuen Bereichen wie dem Einzelhandel, dem Baugewerbe und der Landwirtschaft. Unternehmen aller Größenordnungen erkennen im Rekordtempo, dass Robotik und verwandte Automatisierungstechnologien die Produktivität steigern, bessere Arbeitsumgebungen und Karrieremöglichkeiten für Mitarbeiter bieten und zudem notwendig sind, um konkurrenzfähig zu bleiben.“

Hoher Importanteil bei Industrierobotern

Die US-Roboterindustrie implementiert hauptsächlich Lösungen, die mit importierter Robotertechnik bestückt wurden. A3 identifizierte die 16 führenden Roboteranbieter und stellte dabei fest, dass sie allesamt im Besitz ausländischer Mutterhäuser sind. Lediglich die beiden dänischen Roboterfirmen Universal Robots und MiR sind jüngst in den Besitz des US-Unternehmens Teradyne übergegangen.

Zu den rein amerikanischen Roboterherstellern beziehungsweise spezialisierten Zulieferern gehören unter anderem Honeywell, USABotics, Rockwell Automation, Boston Dynamics, Canvas Technology (im Besitz von Amazon), Zebra Technologies, Cognex, Symbio Robotics, Righthand Robotics, HoneyBee Robotics, Intuitive Surgical, Fort Robotics, IAM Robotics und Bluefin.

Viele Branchenfirmen sind im Mittleren Westen angesiedelt

Der Mittlere Westen ist das regionale Zentrum der US-Roboterindustrie. Hier sind mit 47 Prozent knapp die Hälfte aller Branchenfirmen angesiedelt. Wichtige Abnehmerbranchen für Robotertechnik sind gerade die in dieser Region ansässigen Fahrzeugbauer und ihre Zulieferer, die Metallverarbeitung und der Maschinenbau, nebst seiner Zulieferer.

Die Roboterfirmen geben als ihre Spezialisierung beziehungsweise als ihre hauptsächlichen Anwendungsfelder zu 69 Prozent die Handhabung und Kommissionierung von Waren, zu 45 Prozent Montagetätigkeiten, zu 32 Prozent Inspektion und Qualitätssicherung, zu 29 Prozent die Maschinensteuerung und zu 27 Prozent das Schweißen an.

Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

Die meisten Robotikprojekte in den USA gehen laut Angaben des Internetportals Therobotreport.com auf militärisch ausgerichtete Programme zurück. Das Spektrum reicht dabei von Navigation bis hin zu Assistenzsystemen. In der Forschung und Entwicklung von Robotern mit militärischer Zielbestimmung ist unter anderem das Advanced Robotics for Manufacturing (ARM) Institute aktiv. Es wird vom US-Verteidigungsministerium finanziert.

Zivile Anwendungen beruhen auf privaten Investitionen

Im zivilen Bereich haben ausschließlich Unternehmertum und private Investitionen zu Innovationen geführt. Die öffentliche Hand war hier nur begrenzt aktiv. Zu den privaten Investoren in Steuerprogrammen für Roboter und in Künstliche Intelligenz gehören zum Beispiel Google und NVIDIA.

Eine staatliche und zentrale Roboterstrategie gibt es somit keine. Hiermit macht sich einmal mehr bemerkbar, dass die US-Bundesregierung nicht für Industriepolitik im landesweiten Maßstab zuständig ist, sondern dieses Politikfeld in den alleinigen Kompetenzbereich eines jeden Bundesstaats fällt. Trotz allem ist die US-Regierung, das Verteidigungsressort ausgenommen, punktweise aktiv und fördert zumindest einige Bereiche der Grundlagenforschung.

Staat kofinanziert Grundlagenforschung

So wurde 2021 als eine der ersten Maßnahmen der damals frisch gekürten Biden-Regierung die National Robotics Initiative (NRI) in ihrer dritten Ausgabe (NRI-3.0) verabschiedet. Durchführungsgesellschaft dafür ist die National Science Foundation, das amerikanische Gegenstück zur Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

NRI-3.0 baut auf den ausgelaufenen Programmen NRI-1 und NRI-2 auf und unterstützt vorrangig die Grundlagenforschung im Bereich der angewandten Robotik. Schwerpunkte sind hierbei die Integration von Robotern in das Alltagsleben, unter anderem die Unterstützung von Sicherheit und Unabhängigkeit behinderter Menschen mit Hilfe von Robotertechnik.

Konkret wird die Zusammenarbeit zwischen akademischen, industriellen, gemeinnützigen und anderen Organisationen gefördert. Dies soll eine bessere Verbindung zwischen wissenschaftlicher und technischer Grundlagenforschung und Technologieentwicklung, -einsatz und -nutzung herstellen.

NRI-3.0 wird neben der National Science Foundation von weiteren Bundesbehörden kofinanziert, darunter das US-Landwirtschaftsministerium (USDA), die National Aeronautics and Space Administration (NASA), das Verkehrsministerium (DOT), die National Institutes of Health (NIH) und das National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).

Bereits 2020 hatte die National Science Foundation ein kleineres Programm zur Grundlagenforschung in Robotik ("Foundational Research in Robotics Program") aufgelegt.

Universitäre Ausbildung stark entwickelt

Vielfältig und stark entwickelt sind wiederum die Studiengänge in Robotik an den technischen Hochschulen. Das erste autonom fahrende Fahrzeug wurde schon am 1979 gegründeten Robotics Institute der Carnegie Mellon University in Pittsburgh entwickelt. Dieses Fahrzeug wurde im Zusammenhang mit dem damaligen Reaktorunfall im Kernkraftwerk Three Mile Island bei Harrisburg, Pennsylvania, von der Industrie bestellt und seine Entwicklung finanziert.

Ein Zentralverband vertritt die Roboterbranche

Die größte Branchenorganisation stellt die bereits erwähnte Handelsgruppe für Automatisierungstechnik, Roboter, maschinelles Sehen, Bewegungskontrolle sowie Künstliche Intelligenz, die Association for Advanced Automation (A3), dar. Zu dieser Organisation mit Sitz in Michigan haben sich die Robotic Industries Association, die AIA-Advancing Vision + Imaging, die Motion Control and Motors Association sowie die A3 Mexico zusammengeschlossen.

A3 sponsert Fachmessen, Konferenzen und Networking-Veranstaltungen, betreibt eine Website für Automatisierungstechnologien, erhebt Branchenstatistiken, führt Marktforschungen durch, entwickelt Konsensstandards, bietet Zertifizierungsprogramme an, veranstaltet Webinare und Podcasts und engagiert sich in einer Vielzahl von Bildungsaktivitäten. Nicht zuletzt versteht sich A3 als das Sprachrohr der Automatisierungsbranche gegenüber politischen Entscheidungsträgern, gegenüber den Medien und der Öffentlichkeit und setzt setzt sich allumfassend für die Belange ihrer Mitgliedsfirmen ein.

Washington, D.C.

Gesetzliche Grundlagen für die Zulassung von elektrische gesteuerten Geräten und Systemen sind der National Electrical Code (Artikel 90-7, 110-2 und 110-3), die Vorschriften des Bundesamtes für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz ("Occupational Safety and Health Administration" - OSHA - 29 CFR 1910 (Subparts J, O, S)) und die darauf basierenden Standards (zum Beispiel "Underwriters Laboratories (UL)" oder "American National Standards Institute" – (ANSI) Prüfstandards). Diese Standards entsprechen häufig inhaltlich nicht den europäischen ISO- oder IEC-Normen. In den USA wird unter anderem besonderer Wert auf Brandschutz- und Entflammbarkeitsanforderungen gelegt.

Die ANSI-Standards für Robotertechnik tragen die Bezeichnung R15.06 (Industrial Robots and Robot Systems - Safety Requirements. Provides safety requirements for industrial robot manufacture, remanufacture, and rebuild (Part 1); and robot system integration/installation (Part 2). R15.06 (ANSI/RIA R15.06-2012) is the U.S. National Adoption of the ISO 10218-1,2:2011).

Vorschriften des Bundesstaates am Zielort sind mit zu beachten

Zudem sind im Bereich Robotertechnik die Bestimmungen in den einzelnen Bundesstaaten zu beachten, in denen Robotertechnik installiert werden soll. Dazu gehören die Vorschriften der Occupational Safety and Health Divisions (OSHA) in 22 Bundesstaaten.

Die Zulassung erfolgt durch die Ausstellung einer Produktlizenz (ein sogenanntes "Listing/Labeling"). Wenn keine Serienfertigung erfolgen soll, bietet sich die kostengünstigere Variante einer Einzelabnahme ("Field Evaluation" - Field Label) an.

Die Prüfung und Zertifizierung der Produkte für den amerikanischen Markt können nur von der OSHA akkreditierte Prüf- und Zertifizierungsinstitute ("Nationally Recognized Testing Laboratories" - NRTL) vorgenommen werden.

Endgültige Entscheidung trifft lokale Kontrollstelle

Die endgültige Entscheidung über die Inbetriebnahme obliegt jedoch letztendlich immer der lokalen AHJ ("Authority Having Jurisdiction" - Kontrollstelle zur Einhaltung von lokalen Sicherheitsanforderungen) in den USA. Die AHJ wird von den Bezirken eingesetzt. Meist handelt es sich nicht um einen Fachmann für elektrotechnische Sicherheit, sondern um einen Brandschutzexperten, zum Beispiel einen Brandmeister oder ähnliches.

Landeseinheitliche Zulassungsbestimmungen gibt es in den USA nicht. Die AHJ muss nicht obligatorisch eine Maschine für die Inbetriebnahme freigeben, die von einem von der OSHA autorisierten Prüfinstitut getestet wurde. Häufig werden jedoch Produktabnahmen durch ein NRTL ohne weitere Auflagen akzeptiert.

Detailliertere Informationen zum Thema Einfuhr- und Zulassungsverfahren, Normen und Standards stellt die GTAI in der kostenlosen Studie „Zoll und Einfuhr kompakt – USA“ zur Verfügung.

 

Von Ullrich Umann | Washington, D.C.

Von Ullrich Umann | Washington, D.C.