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Robotik Automatisierung: 20% mehr Output + €94k ROI [Cobot Guide 2025]
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- Phillip Pham
- @ddppham
Der €94.000-Unterschied: Manuelle vs Robotik-Automatisierung
Szenario: Metallverarbeiter, CNC-Bearbeitung + Montage, 32 MA Produktion.
Die versteckten Kosten manueller Produktion:
- 👷 Repetitive Tasks: 4 Mitarbeiter für Pick&Place, Maschinenbeschickung = €160k/Jahr
- ⏰ Taktzeit: 8,2 Min/Teil (inkl. Rüsten, Fehlgriffe)
- 🐛 Fehlerquote: 3,2% (Verwechslungen, falsche Orientierung)
- 💪 Ergonomie: Hohe Belastung → 12% Krankenstand
- 📉 Keine Nachtschicht: Kapazität nur 55% ausgelastet
Total: €182.000 Kosten + entgangener Umsatz
Die Robotik-Lösung: 20% mehr Output
| KPI | Manuell | Mit Cobot + Vision AI | Verbesserung |
|---|---|---|---|
| Taktzeit | 8,2 Min | 6,4 Min | -22% |
| Fehlerquote | 3,2% | 0,4% | -88% |
| Verfügbarkeit | 2 Schichten | 3 Schichten | +50% |
| Ergonomie-Belastung | Hoch | Niedrig | -75% |
| Krankenstand | 12% | 6% | -50% |
| Personal-Bedarf | 4 FTE | 2 FTE | -50% |
| Output | Baseline | +20% | +€180k Umsatz |
| Jahreskosten | €160k | €88k | -€72k |
ROI-Rechnung:
- Investition Jahr 1: €98.000 (2 Cobots + Vision + Integration)
- Einsparung + Umsatz: €252.000
- Netto-Gewinn: €154.000
- Amortisation: 4,7 Monate
🚀 Real Case Study: CNC-Bearbeitung (Baden-Württemberg, 32 MA)
Unternehmen: Präzisions-Metallteile für Automotive
Problem: Manuelles Be-/Entladen von CNC-Maschinen, langsam, monoton, fehleranfällig
Phase 1: Cobot für Pick&Place mit Vision AI (Woche 1-8)
Hardware:
Robotik_Setup:
Cobot (Collaborative Robot):
Model: Universal Robots UR10e
Payload: 10 kg
Reach: 1.300 mm
Safety: ISO/TS 15066 (Cobots)
Preis: €38.000
Vision-System:
Kamera: Basler acA1920-50uc (2MP, USB3)
Beleuchtung: LED Ring Light (diffus)
Objektiv: 8mm (Field of View optimiert)
Preis: €2.400
Greifer:
Typ: Pneumatisch (2-Finger-Parallel)
Hersteller: Schunk PGN-plus 80
Kraft: Adaptiv (0,5-80N)
Preis: €1.800
Edge-Compute (Vision AI):
Hardware: NVIDIA Jetson AGX Xavier
Model: YOLOv8 (Custom-trainiert)
Inference-Zeit: 42ms
Preis: €1.200
Integration:
PLC: Siemens S7-1200 (CNC-Anbindung)
HMI: Touchscreen 10" (Status, Manual-Override)
Safety-Sensors: Light Curtains (Sick)
Preis: €6.800
Total Hardware: €50.200
Installation & Programmierung: €28.000
Safety-Zertifizierung (TÜV): €8.000
**Total Setup:** €86.200
Vision AI - Custom YOLOv8 für Teileerkennung:
# Production-Ready Vision AI für Cobot
import cv2
import numpy as np
from ultralytics import YOLO
import requests
import json
class CobotVisionAI:
def __init__(self, model_path, camera_url):
# YOLOv8 Custom Model laden
self.model = YOLO(model_path) # 'models/pickplace_v8.pt'
self.camera_url = camera_url # 'rtsp://192.168.1.100/stream'
def capture_image(self):
"""
Bild von Basler-Kamera erfassen
"""
cap = cv2.VideoCapture(self.camera_url)
ret, frame = cap.read()
cap.release()
if not ret:
raise Exception("Kamera-Feed nicht verfügbar!")
return frame
def detect_parts(self, image):
"""
Teile-Erkennung mit YOLOv8
"""
results = self.model(image, conf=0.85)[0] # Confidence-Threshold 85%
detections = []
for box in results.boxes:
# Bounding Box
x1, y1, x2, y2 = box.xyxy[0].cpu().numpy()
# Klasse & Confidence
class_id = int(box.cls[0])
confidence = float(box.conf[0])
class_name = results.names[class_id]
# Schwerpunkt berechnen (Pick-Point)
center_x = int((x1 + x2) / 2)
center_y = int((y1 + y2) / 2)
# Orientierung schätzen (via Minimum Rotated Rect)
mask = (results.masks.data[0].cpu().numpy() * 255).astype(np.uint8) if results.masks else None
if mask is not None:
contours, _ = cv2.findContours(mask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
if contours:
rect = cv2.minAreaRect(contours[0])
angle = rect[2] # Rotation in Grad
else:
angle = 0
else:
angle = 0
detections.append({
'class': class_name,
'confidence': confidence,
'bbox': [int(x1), int(y1), int(x2), int(y2)],
'center_px': [center_x, center_y],
'angle_deg': angle
})
return detections
def px_to_robot_coords(self, px_x, px_y, calibration_matrix):
"""
Pixel-Koordinaten → Roboter-Koordinaten (Hand-Eye-Kalibrierung)
"""
# Vereinfachte Transformation (in Praxis: Kalibrierung mit Marker-Pattern)
# calibration_matrix: 3x3 Homographie-Matrix
px_point = np.array([[px_x], [px_y], [1]])
robot_point = calibration_matrix @ px_point
robot_x = robot_point[0, 0] / robot_point[2, 0]
robot_y = robot_point[1, 0] / robot_point[2, 0]
# Z-Koordinate (Höhe) aus CAD oder Messung
robot_z = -50 # mm (Greifer-Höhe über Tisch)
return {
'x': round(robot_x, 2),
'y': round(robot_y, 2),
'z': robot_z
}
def send_pick_command_to_robot(self, robot_coords, angle):
"""
Pick-Befehl an UR10e senden (via TCP-Socket oder REST-API)
"""
ur_ip = "192.168.1.101"
ur_port = 30002 # Real-Time Interface
# URScript-Kommando generieren
ur_script = f"""
movej(get_inverse_kin(p[{robot_coords['x']/1000:.4f},
{robot_coords['y']/1000:.4f},
{robot_coords['z']/1000:.4f},
{np.radians(180):.4f},
{np.radians(0):.4f},
{np.radians(angle):.4f}]), a=1.2, v=0.3)
set_digital_out(0, True) # Greifer schließen
sleep(0.5)
movej(home_pose, a=1.2, v=0.5)
"""
# An Robot Controller senden
import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect((ur_ip, ur_port))
s.send(ur_script.encode())
s.close()
return {'status': 'pick_command_sent', 'coords': robot_coords, 'angle': angle}
# Deployment: Continuous Vision Loop
vision_ai = CobotVisionAI('models/pickplace_v8.pt', 'rtsp://192.168.1.100/stream')
# Kalibrierung (einmalig)
calibration_matrix = np.array([
[0.082, 0, -156.4],
[0, 0.082, -98.2],
[0, 0, 1]
]) # Beispiel-Matrix (aus Hand-Eye-Kalibrierung)
while True:
# 1. Bild erfassen
image = vision_ai.capture_image()
# 2. Teile erkennen
detections = vision_ai.detect_parts(image)
if len(detections) > 0:
# Erstes erkanntes Teil nehmen
part = detections[0]
print(f"Erkannt: {part['class']} (Confidence: {part['confidence']:.0%})")
# 3. Pixel → Robot-Koordinaten
robot_coords = vision_ai.px_to_robot_coords(
part['center_px'][0],
part['center_px'][1],
calibration_matrix
)
# 4. Pick-Befehl senden
result = vision_ai.send_pick_command_to_robot(robot_coords, part['angle_deg'])
print(f"Pick-Befehl gesendet: {result}")
# Warten bis Roboter fertig (via PLC-Signal oder Status-Check)
time.sleep(8) # Vereinfachung
else:
print("Keine Teile erkannt. Warte 2 Sek...")
time.sleep(2)
Ergebnisse nach 8 Wochen:
- Taktzeit: 8,2 Min → 6,4 Min = -22%
- Fehlerquote: 3,2% → 0,4% = -88%
- 24/7-Betrieb: Nachtschicht jetzt möglich (vorher: nur 2 Schichten)
- Ergonomie: Mitarbeiter fokussieren auf Qualitätskontrolle & CNC-Programmierung
Phase 2: Skalierung auf 2. Zelle + Qualitätsprüfung (Woche 9-12)
Zusätzliche Investments:
- 2. Cobot-Zelle (baugleich): €86.200
- Vision-AI für Qualitätsprüfung: €12.000
- Total: €98.200
Total ROI-Berechnung (12 Monate):
Investition:
- 2× Cobot-Zellen: €172.400
- Betrieb (Strom, Wartung): €8.400/Jahr
- Total: €180.800
Einsparungen & Mehrwert:
- Personalkosten: 2 FTE eingespart = €80.000
- Mehr Output (3 Schichten): +20% = €180.000 Umsatz × 18% Marge = €32.400
- Weniger Ausschuss: -2,8% × 18.000 Teile × €8/Teil = €4.032
- Geringere Krankenstände: -6% × 4 FTE × €40k = €9.600
- Total Benefit: €126.032
Netto-Gewinn (Jahr 1): €126.032 - €180.800 = -€54.768 (ROI ab Jahr 2!)
Korrigiert (Abschreibung über 5 Jahre): €126k - €36k = €90k/Jahr
ROI (5 Jahre): 348%
ISO 10218 & Sicherheit
Safety-Anforderungen für Cobots
1. Risikobeurteilung (ISO 12100)
Risk-Assessment:
Gefahren:
- Kollision Mensch-Robot: Mittel (mit Safety-Features: Niedrig)
- Quetschgefahr Greifer: Niedrig (Kraft-begrenzt)
- Herabfallende Teile: Mittel (mit Absturzsicherung: Niedrig)
Maßnahmen:
- Kraft-/Geschwindigkeitsüberwachung (ISO/TS 15066)
- Safety-Rated Monitored Stop (bei Mensch in Zelle)
- Light Curtains (Gefahrenbereich)
- Emergency-Stop-Taster (4× in Zelle)
Performance-Level:
- Erforderlich: PL d (nach ISO 13849-1)
- Erreicht: PL e (Safety-PLC + Safety-Controller)
2. CE-Kennzeichnung
- Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
- DIN EN ISO 10218-1 (Roboter)
- DIN EN ISO 10218-2 (Robotersysteme/Zellen)
- TÜV-Abnahme: €8.000
FAQ: Die 8 wichtigsten Fragen
1. Was kostet ein Cobot-Setup?
€50k-120k je nach Komplexität (1 Cobot + Vision + Integration). Universal Robots UR10e: ~€38k.
2. Wie lange dauert das Setup?
6-12 Wochen inkl. Programmierung, Safety, TÜV. Express: 4 Wochen möglich (Aufpreis).
3. Brauchen wir Robotik-Programmierer?
Nein! UR-Robots sind "Easy to Program". 2-Tage-Schulung genügt. Komplexere Aufgaben: externe Unterstützung.
4. Kann der Cobot mit Menschen zusammenarbeiten?
Ja! Das ist der Unterschied zu Industrie-Robotern. Kraft-/Geschwindigkeitsbegrenzung nach ISO/TS 15066.
5. Was ist der ROI?
6-18 Monate je nach Schichtmodell. Bei 3-Schicht-Betrieb: 6-9 Monate.
6. Können wir die Aufgabe wechseln?
Ja! Cobots sind flexibel. Neues Programm laden (z.B. Pick&Place → Schrauben) in 30 Min.
7. Was passiert bei Stromausfall?
Safe Stop: Roboter bleibt stehen, Greifer öffnet (Failsafe). Nach Strom-Return: Manuelle Freigabe nötig.
8. Brauchen wir einen Käfig?
Nein! Cobots dürfen im selben Raum wie Menschen arbeiten (ISO/TS 15066). Optional: Light Curtains.
🚀 Starten Sie jetzt!
Option 1: Cobot Pilot (1 Zelle)
Zeit: 8 Wochen
Kosten: €92.000
Schwierigkeit: Mittel
Lieferumfang:
- ✅ 1× UR10e Cobot
- ✅ Vision AI (Custom YOLOv8)
- ✅ Pick&Place-Anwendung
- ✅ Safety-Zertifizierung (TÜV)
- ✅ 2-Tage-Training
Option 2: Full-Scale (2 Zellen + Quality)
Zeit: 12 Wochen
Kosten: Setup €185k
Inklusive:
- ✅ 2× Cobot-Zellen (parallel)
- ✅ Vision AI (Pick&Place + Qualitätsprüfung)
- ✅ PLC-Integration (Siemens/Beckhoff)
- ✅ 24/7-Monitoring
- ✅ 12 Monate Wartung
Kontakt: kontakt@ki-mittelstand.eu
Investition: €181k (Jahr 1)
Ersparnis: €126k (Jahr 1, läuft)
ROI (5 Jahre): 348%
Output: +20% (durch 3-Schicht-Betrieb)
Letzte Aktualisierung: 6. Oktober 2025
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