Industrie + Technik

<p>Bis auf wenige Ausnahmen stiegen bei den größten Herstellern von Labor- und Analysentechnik im vergangenen Jahr die Umsätze. Trotz der Unsicherheiten durch den Handelskonflikt zwischen den USA und China sowie durch den Brexit rechnet die Branche mit weiter wachsenden Umsätzen.</p>
<p>Im Jahr 2019 wuchs der Umsatz der Analysengerätebranche stärker als die Weltwirtschaft. Die 20 umsatzstärksten Geräteproduzenten weltweit erzielten 6,2 Prozent mehr als im Vorjahr. Insgesamt verkauften diese Hersteller Laborausstattung und Messgeräte im Wert von über 27,5 Mrd. US-Dollar. Etwa ein Viertel stammte von Geräten, der Rest von Verbrauchsmaterialien, Services und Software. Allerdings schlüsseln nicht alle Unternehmen die Zahlen detailliert auf.</p><h2>Analytik und Pharma</h2><p>Den größten Anteil am weltweiten Umsatz hatte Thermo Fisher Scientific (Grafik), seit 2015 mit Abstand die Nummer eins auf dem Weltmark. Der US-Konzern verkaufte Laborgeräte im Wert von über 6 Mrd. US-Dollar (USD), die Umsätze nahmen um 12 Prozent zu. Der Konzern will weiter wachsen und für 1,7 Mrd. USD Brammer Bio kaufen, einen Lohnhersteller rekombinanter Viren für die Gentherapie, der 600 Mitarbeiter beschäftigt und 250 Mio. USD im Jahr umsetzt. Thermo hatte bereits im Jahr 2017 für 7,2 Mio. USD den Pharmadienstleister Patheon übernommen.</p><p>Mit dem Kauf von Brammer Bio bietet der Konzern nun eine Bandbreite an Produktionsdienstleistungen für die Pharmaindustrie an und konkurriert mit etablierten Anbietern wie Lonza oder Novasep. Thermo erhofft sich über die Akquisition von Brammer Zugang zu einem Wachstumsmarkt und bessere Einblicke in die Pharmabranche, die zu den Hauptkunden von Thermo gehört.</p><h2>USA, Japan und die Schweiz</h2><p>Zur Nummer zwei auf dem Weltmarkt ist Shimadzu aufgestiegen. Mit Laborgeräten setzte das japanische Unternehmen nach Schätzungen fast 2,2 Mrd. USD um, 5,2 Prozent mehr als im Vorjahr. Das Geschäftsjahr endet in Japan am 31. März, die endgültigen Zahlen lagen bei Redaktionsschluss noch nicht vor.</p><p>China ist nach wie vor ein wichtiger Markt für Shimadzu, vor allem für Geräte für Wasser-, Luft- und Bodenanalytik. Diese gewinnt aufgrund der strengeren chinesischen Umweltgesetzgebung an Bedeutung.</p><p>Die anderen japanischen Unternehmen stehen auf den unteren Plätzen der Liste der 20 umsatzstärksten Gerätehersteller: Das sind Jeol und Hitachi, die ein ähnliches Produktportfolio haben wie Shimadzu, sowie die Mikroskopehersteller Nikon und Olympus. Jeol sah einen Umsatzrückgang von 1,1 Prozent, alle anderen legten beim Umsatz zu, Nikon über 10 Prozent.</p><p>Die Sparte Molecular Diagnostics der Diagnostics-Tochter des Schweizer Pharmariesen Roche ist zur Nummer drei auf dem Weltmarkt für Analysentechnik aufgestiegen. Molecular Diagnostics setzte 2,02 Mrd. Schweizer Franken um (umgerechnet etwa 2,05 Mrd. USD), 5 Prozent mehr als im Vorjahr. Insgesamt verkaufte Roche Diagnostics im letzten Jahr Produkte für 12,9 Mrd. Schweizer Franken, das bedeutet ein Plus von 7 Prozent gegenüber 2017. Der größte Markt für das Unternehmen ist Europa mit Afrika und dem Nahen Osten, gefolgt von Asien.</p><p>Im Oktober hat Roche Diagnostics im chinesischen Suzhou einen Produktionsstandort mit Forschungs- und Entwicklungszentrum eröffnet. Von dort aus will das Unternehmen den Markt in der Region abdecken.</p><p>Das Schweizer Unternehmen Mettler-Toledo erzielte mit Laborgeräten etwa 1,5 Mrd. USD Umsatz, das bedeutet ein Wachstum von fast 10 Prozent. Labor- und Analysengeräte tragen bei Mettler-Toledo 51 Prozent zum Gesamtumsatz bei.</p><h2>Die Branche in Deutschland</h2><p>Für die deutschen Gerätehersteller meldet der Branchenverband Spectaris 6,8 Prozent mehr Umsatz. Die 330 Mitgliedsbetriebe verkauften im vergangenen Jahr mit knapp 48 000 Beschäftigten für insgesamt 9,28 Mrd. Euro. Dabei stieg der Auslandsumsatz um 8,7 Prozent und der Inlandsumsatz um 4,3 Prozent.</p><p>Etwas über die Hälfte der Umsätze erzielte die Branche mit Exporten. Wichtigster Mark bleibt die Europäische Union, 40 Prozent der Ausfuhren gingen in EU-Länder. Die USA hatten einen Anteil von 13 Prozent am Auslandsumsatz, China 11 Prozent.</p><p>Für das laufende Jahr prognostiziert der Branchenverband ein Umsatzwachstum von 6 bis 8 Prozent.</p><h2>Wachstumstreiber und Wachstumsbremsen</h2><p>Der größte deutsche Mess- und Analysengerätehersteller ist Zeiss mit 1,5 Mrd. Euro Geräteumsatz, das entspricht etwa 27 Prozent des Konzernumsatzes. Die Sparte setzte im Vergleich zum Vorjahr etwa 1 Prozent mehr um, wobei das Geschäft mit Mikroskopen für die Forschung gleich geblieben ist. Für die USA beobachtet das Unternehmen einen Rückgang des Markts und führt dies auf die politischen Rahmenbedingungen zurück. Umsatzwachstum gab es für Zeiss in Asien; eine Ursache ist, dass die Länder in die akademische Forschung investieren. In China stieg auch die Nachfrage aus der industriellen Qualitätssicherung. Eine Chance für Wachstum sieht Zeiss in der Digitalisierung der Industrie.</p><p>Anders als die Umsätze von Zeiss wuchsen die von Eppendorf in Nordamerika überdurchschnittlich. Der Hamburger Life-Sciences-Zulieferer setzte in Nord- und Südamerika 9 Prozent mehr um, 5,6 Prozent waren es weltweit. Nord- und Südamerika trugen 37 Prozent zum Konzernumsatz bei, der weltweit bei 729 Mio. Euro lag. Damit ist das Unternehmen die Nummer 12 auf dem Weltmarkt. Mehr noch als in Amerika stiegen die Umsätze in Asien, und zwar um 11 Prozent, vor allem in Indien und China.</p><p>Eppendorf hat seine Ausgaben für Forschung und Entwicklung im abgelaufenen Geschäftsjahr um 8,8 Mio. Euro auf 45,3 Mio. Euro erhöht, das sind etwas über 6 Prozent des Umsatzes. In diesem Jahr will Eppendorf weltweit 250 Mitarbeiter, darunter Naturwissenschaftler und Ingenieure, neu einstellen, 100 in der Konzernzentrale in Hamburg. Bisher beschäftigt das Unternehmen weltweit etwa 3300 Mitarbeiter.</p><p>Für 423 Mio. Euro verkaufte der Laborzulieferer Sartorius Laborgeräte und Zubehör, das waren 9 Prozent mehr als im Vorjahr. Dazu trug vor allem die Nachfrage aus Amerika bei, wo Sartorius 26 Prozent seines Umsatzes erzielte, etwa so viel wie in Asien. Größter Markt für die Göttinger ist nach wie vor Europa. FZ</p><figure><img src="https://media.graphcms.com/NgaZUdBRnydDPZEfZw4K"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Zeiss-Mikroskop im mikrobiologischen Labor. Mit seinen Mikroskopen und Messsystemen ist Zeiss der größte deutsche Laborzulieferer und weltweit die Nummer sechs. Foto: Zeiss</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/7w6f0Vj5SxaCw7ECudN7"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Weltmarktführer Thermo: Umsatzanteile der 20 größten Labor- und Analysengerätehersteller weltweit. Unter „Sonstige“ fallen Bio-rad, Eppendorf, Spectris, Jeol, Hitachi, Nikon, Illumina, Sartorius, Olympus uns Tecan.</figcaption></figure>


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Bilanzen 2018: Die Gerätebranche

Bis auf wenige Ausnahmen stiegen bei den größten Herstellern von Labor- und Analysentechnik im vergangenen Jahr die Umsätze. Trotz der Unsicherheiten durch den Handelskonflikt zwischen den USA und China sowie durch den Brexit rechnet die Branche mit weiter wachsenden Umsätzen. Im Jahr 2019 wuchs...

<p>Wenn Mensch und Roboter zusammenarbeiten, könnten sich Produktion oder Analytik weiter automatisieren lassen. Planungsprogramme helfen, die optimalen Abstände zu finden, damit das Zusammenspiel gefahrlos und auf möglichst kleiner Fläche abläuft.</p>
<p>Für eine Vollautomatisierung von Laboren spricht: Menschliche Fehler wie Verwechslungen sind ausgeschlossen, und Manipulationen durch Computer und Roboter sind rückverfolgbar, etwa via Barcode oder elektromagnetisch mit RFID-Chips. Zudem lassen sich Verunreinigungen von Proben und Produkten durch Mitarbeiter vermeiden, und diese sind vor giftigen Chemikalien geschützt. Der Roboter übernimmt gefährliche Tätigkeiten. Er kann außerdem länger und reproduzierbarer arbeiten als ein Mensch.</p><h2>Vollautomatisierungswunsch</h2><p>Zu den Hindernissen für eine Vollautomatisierung gehört, dass nicht alle Gefäße und Geräte standardisiert sind, was Greifrobotern eine bisher kaum realisierte Flexibilität abverlangen würde. Auch haben die Sensoren Schwierigkeiten bei einigen Aufgaben wie Phasengrenzen detektieren und Proben bewerten.</p><p>Darüber hinaus erfordern Auflagen oft den Menschen, etwa bei bestimmten Arbeiten unter dem Abzug wie Mikrowellenaufschlüssen, bei denen sich giftige Gase entwickeln. Gerade bei sicherheitsrelevanten Arbeitsschritten ist demnach Vollautomatisierung nicht möglich, der Mensch soll eingreifen, bis sicherere Robotersysteme zur Verfügung stehen. Noch haben diese wegen der fehlenden Standardisierung Schwierigkeiten beim Probentransport von der Probenvorbereitung über den Mikrowellenaufschluss bis zur Analytik und damit, gefährliche Situationen richtig einzuschätzen.</p><h2>Gefährliche Nähe</h2><p>Auf absehbare Zeit bleiben teilautomatisierte Labore die Realität: Menschen arbeiten inmitten von Automatisierungsinseln mit Robotern zusammen, bis hin zu einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Die Roboter bestehen zum Beispiel aus einem Arm, der Gefäße greift, oder aus zwei Armen, die für Menschen entwickelte Arbeitsabläufe eins zu eins umsetzen, etwa beim Pipettieren (Abbildung rechts oben). Die Zwei-Arm-Variante erleichtert es, Standardmethoden (standard operation procedures, SOPs) beizubehalten. Eine dritte gängige Ausführungsform sind Transportroboter, darunter Wagen auf einer Schiene oder freibewegliche autonome Fahrzeuge (Abbildung rechts unten).</p><p>Ein wesentliches Hindernis für eine engere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter sind Sicherheitsaspekte. Wie lässt sich garantieren, dass der Roboter seinen humanen Kollegen nicht schädigt? Roboter stoppen gewöhnlich nicht, wenn ihr Arm den Kopf des Laboranten trifft. Schon die einfachsten Kenngrößen, die ein Miteinander ungefährlich machen, lassen sich schwer schätzen – zum Beispiel der nötige Sicherheitsabstand im Alltag.</p><h2>Späte Erkenntnis</h2><p>Bei den heutigen Planungsverfahren geben Roboter wichtige Antworten erst bei der Validierung in der realen Arbeitssituation: Wie lange braucht ein Roboter für eine vorgegebene Aufgabe (Taktzeit)? Wie lange braucht er für einen Arbeitsschritt oder für mehrere definiert aufeinanderfolgende Schritte? Und wie klappt das Zusammenspiel mit dem Menschen – vor allem unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit?</p><p>Besser als die späte Erkenntnis bei der Validierung in der realen Arbeitssituation wäre es, wenn sich solche Fragen schon in der Planungsphase beantworten ließen. Systemintegratoren wie Siemens oder das Augsburger Automatisierungsunternehmen Kuka entwerfen daher ihre Planungsprogramme so, dass sie den Roboter schon vorab in der Simulation wesentliche Schritte ausführen lassen.</p><p>„Was dabei heute noch fehlt, sind sicherheitsrelevante MRK-Funktionen“, erklärt der Automatisierungsingenieur Roland Behrens, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF), Magdeburg. „Einerseits soll der benötigte Platz im Labor möglichst gering bemessen sein, weil er zu den teuersten Quadratmetern des Betriebs gehört. Andererseits braucht man zwischen Roboter und Mensch einen Mindestabstand.“</p><h2>Gemäß der einschlägigen Norm</h2><p>Ansätze für eine stärkere Berücksichtigung solcher Sicherheitsaspekte bereits im Planungsstadium bietet das Projekt „Innovative Entwicklungswerkzeuge zur effizienten Planung von industriellen Applikationen mit Mensch-Roboter-Kooperation“ vom Fraunhofer IFF und dem Systemanbieter Symacon, Barleben.</p><p>Bei einem der ersten Vorhaben geht es um Geschwindigkeiten und Abstände zum Menschen, letztlich um einen rechtzeitigen überwachten Halt. Das bedeutet: Sobald der Mensch einen vorgeschriebenen Mindestabstand unterschreitet, muss der Roboter stoppen. Auf Grundlage der Norm für kollaborierende Roboter ISO/TS 15066 entwickeln die Projektpartner zurzeit ein Basiswerkzeug, um räumlich getrennte Roboterzellen zu planen, die durch dieses Schutzprinzip der Kontaktvermeidung gesichert sind.</p><p>Der Sicherheitsabstand lässt sich als komplexes Integral berechnen. Da viele Größen einfließen, ist das aber nicht mit Papier und Bleistift möglich und auch nicht so ohne weiteres mit einfachen mathematischen Verfahren. Das Integral wird numerisch gelöst.</p><h2>Viele kleine Schritte</h2><p>Die Fraunhofer-Forscher haben einen Algorithmus entworfen, um das Sicherheitsabstandsintegral zu lösen. Das IFF stellt dazu ein Plug-in für gängige Systemintegrationssoftware zur Verfügung. Darin gibt der Planer einen Robotertyp, dessen Arbeitsprogramm und bestimmte Sicherheitssensoren vor und erhält den exakten Mindestabstand. Ändert er die Input-Parameter, kann er verschiedene Szenarien durchspielen und Zielgrößen wie „Arbeitssicherheit“ und „Arbeitseffizienz“ optimieren. Bisher schätzen Planer die Arbeitssicherheit im Allgemeinen lediglich mit einem Worst-Case-Szenario ein. Roland Behrens hält es für möglich, das Plug-in über die manuelle Iteration im Trial-and-error-Verfahren hinaus zu erweitern; die Software würde dann einen eigenen Ad-hoc-Vorschlag für die Input-Parameter machen.</p><p>Zurzeit sucht das Fraunhofer IFF Partner, um das Plug-in zu vermarkten und weiterzuentwickeln. Potenzial sehen die Forscher vor allem in der industriellen Produktion, aber auch in Laboren, denn Analytik war ursprünglich der Ausgangspunkt ihrer Überlegungen. Hier sind von der Probenvorbereitung bis zur Detektion viele kleine Schritte zu erledigen. Materialtransport, Befüllen von Gefäßen und Bestücken von Stationen – das ist ideal für den Einsatz von Robotertechnik, selbst wenn man den Menschen weiterhin im Labor braucht.</p><h2>Nicht zu schnell</h2><p>In einem weiteren Projekt, hier zusammen mit der Berufsgenossenschaft Holz und Metall (BGHM), untersucht das IFF das menschliche Verhalten bei Kollisionen mit Robotern. Denn es ist ein Unterschied, ob es zu einer leichten Berührung oder zu Klemmungen, Quetschungen und schmerzhaften Zusammenstößen kommen kann. Aus dem BGHM-Projekt soll ein zweites Plug-in vom IFF hervorgehen. Damit sollen sich Arbeitsplätze mit Mensch-Roboter-Kollaboration entwerfen lassen. Die Planungshilfe soll etwa sichere Grenzgeschwindigkeiten anhand spezifischer Angaben zur Anwendung schätzen. Planer müssen dafür Informationen an die Planungshilfe übermitteln, welche die Beanspruchung des Menschen bei einem ungewollten Kontakt mit dem Roboter beeinflussen.</p><p>Dieses Plug-in gilt als noch relevanter für das chemische oder Lifescience-Labor als das erste. Mit jedem neuen Forschungsergebnis werden MRK-Arbeitsplätze etwas sicherer, planbarer und damit eher Realität.</p><h2>Sicherheit im Unbekanntem</h2><p>„Im Jahr 2025 dürfte sich Mensch-Roboter-Kollaboration endgültig zu einer etablierten und akzeptierten Technik entwickelt haben“, schätzt Roland Behrens. Wo deren Grenzen liegen, weiß er allerdings nicht. Ein Grund dafür liegt in den Sicherheitsanforderungen bei der Planung von MRK-Arbeitsplätzen. Die neuen Möglichkeiten für eine Vorabinformation über Bewegungsgeschwindigkeiten und Sicherheitsabstände schon in der Planungsphase sollten beim Erkunden des unbekannten Terrains helfen. Dies könnte zudem zu höherer Investitionssicherheit führen und im Einzelfall die Entscheidung begünstigen, bei der Mensch-Roboter-Kollaboration als Unternehmen eine Vorreiterrolle zu übernehmen.</p><p>Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.</p><figure><img src="https://media.graphcms.com/Y2uB1QfwQN2a3XrGUFxh"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Ein-Arm-Roboter und Mensch arbeiten zusammen. Das könnte in Produktion und Labor in den nächsten Jahren zur Routine werden, zum Beispiel bei Arbeiten unter dem Abzug. Dabei sollten beide den Abstand voneinander groß genug halten. Grafiken: Fraunhofer IFF</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/rgE7JGndSLWZaGLRHyNZ"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Roboter der Zukunft haben wahrscheinlich in ihrer Mehrzahl keine menschenähnlichen Züge und oft nur einen Arm, doch arbeiten sie effektiv – zum Beispiel beim Warenein- und -ausgang und weiteren logistischen Aufgaben.</figcaption></figure>
<h2>Quergelesen</h2><p>Bisher erschweren Sicherheitsaspekte die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter im Labor.</p><p>Simulationen helfen, den optimalen Abstand zwischen Mensch und Roboter zu ermitteln.</p><p>Der Abstand muss groß genug sein, damit der Roboter den Menschen nicht gefährdet; er soll aber möglichst gering sein, um Platz zu sparen.</p>

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