Lösungen für die Fertigungsautomatisierung

Nachdem ein thailändischer Hersteller von Leitungsschutzschaltern für Wohnhäuser einen Auftrag über 2 Millionen Einheiten erhalten hatte – was einer Produktionsmenge von fast dem Doppelten der üblichen Jahresproduktion entsprach –, stieß die manuelle Montage, die das Unternehmen seit zehn Jahren nutzte, plötzlich an ihre Grenzen. Die manuelle Montagelinie mit zwölf Mitarbeitern, von denen jeder einen sich wiederholenden Arbeitsschritt ausführte, konnte die gestiegene Nachfrage des neuen Auftrags nicht ohne erhebliche Überstundenkosten und entsprechende Mängel bewältigen. Das Unternehmen erwarb daraufhin eine integrierte Montageanlage. Lösung für die Fertigungsautomatisierung Dazu gehörte eine Montagelinie, die Komponenten automatisch zuführte, um den kompletten Leistungsschaltermechanismus herzustellen, den thermischen Auslösemechanismus kalibrierte, alle Leistungsschalter gründlich testete und jedes Gerät per Laser mit der entsprechenden Nennleistung kennzeichnete. Das Ergebnis: Das Unternehmen verdreifachte seine Produktion, während die Anzahl fehlerhafter Einheiten um 80% sank. Es lieferte die vom Kunden bestellten Produkte termingerecht und amortisierte seine Investition in die Fertigungsautomatisierung innerhalb von 14 Monaten vollständig. Genau das bewirkt korrekt eingesetzte Automatisierung: Sie passt die Produktionskapazität an die Marktanforderungen an und erreicht dabei eine Konstanz, die mit manuellen Methoden nicht zu erzielen ist.

Was ist Fertigungsautomatisierung?

Fertigungsautomatisierung Die Nutzung von Technologie (SPS, Industrieroboter, Fördersysteme, Bildverarbeitung und Computersoftware) für Produktionsprozesse mit minimalem menschlichen Eingriff wird als Automatisierung bezeichnet. Automatisierung kann in verschiedenen Größenordnungen erfolgen, von einzelnen automatisierten Testbereichen bis hin zu integrierten datengesteuerten Anlagen, in denen die gesamte Produktionsstätte mit einem zentralen Manufacturing Execution System (MES) kommuniziert. Ziel der Automatisierung ist es nicht, den Menschen zu ersetzen, sondern repetitive, präzise und risikoreiche Aufgaben an Maschinen zu delegieren, wodurch der Mensch für die Überwachung, Optimierung und Instandhaltung des Prozesses freigestellt wird. Internationale Gesellschaft für Automatisierung (ISA) Die Automatisierung wird als etwas definiert, das von einfacher Ein-/Aus-Steuerung bis hin zu fortgeschrittener Prozessoptimierung alles umfasst, und ihre Standards bilden die Grundlage für die industriellen Steuerungssysteme, die moderne Fabriken betreiben.

Arten von Automatisierungslösungen und ihre Einsatzgebiete

Nicht jede Fabrik benötigt das gleiche Niveau an Fertigungsautomatisierung. Die richtige Lösung hängt vom Produktionsvolumen, der Produktvielfalt und den spezifischen Qualitäts- und Rückverfolgbarkeitsanforderungen der Branche ab. Die klassische Vier-Typen-Klassifizierung bietet einen Rahmen zum Verständnis der Optionen.

In der Praxis kombiniert ein Unternehmen diese drei Automatisierungskategorien häufig. Beispielsweise nutzt ein Hersteller von Kompaktleistungsschaltern eine fest installierte Automatisierung an seiner Kontaktschweißstation für die Serienfertigung, eine programmierbare Automatisierung für die Kalibrierung und Prüfung verschiedener Nennströme sowie eine flexible Roboterhandhabung für den Teiletransfer zwischen den Fertigungszellen. Diese Prozesse sind mit einem integrierten MES (Manufacturing Execution System) verbunden, das alle Testergebnisse mit einer entsprechenden Seriennummer speichert.

Automatisierungslösungen für alle Branchen

Die grundlegenden Technologien, die zur Erstellung einer Fertigungsautomatisierungslösung verwendet werden, wie Robotik, Bildverarbeitung, Förderbänder und Datenverarbeitung, sind allesamt geeignete Werkzeuge für die verschiedenen hergestellten Produkte und die Umgebungen, in denen diese Produkte hergestellt werden.

Elektrische Betriebsmittel und Stromkreisschutz

Leitungsschutzschalter (LS-Schalter), Kompaktleistungsschalter (MCCBs), Schütze und Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter) haben eines gemeinsam: Sie alle müssen einzeln kalibriert und nach internationalen Sicherheitsstandards geprüft werden. Die manuelle Kalibrierung ist zeitaufwendig, abhängig von den Fähigkeiten des Bedieners und unterliegt mit der Zeit einer Genauigkeitsdrift. Automatisierte Kalibrier- und Prüfanlagen, wie sie beispielsweise von Benlong Automation entwickelt und hergestellt werden, legen an jeden Schalter einen definierten Überlast- oder Kurzschlussstrom an, messen die Auslösezeit, justieren den Kalibriermechanismus und geben das Gerät entweder als geprüft aus oder lehnen es ab – ganz ohne Eingriff eines Bedieners. Dieses Verfahren gewährleistet, dass jeder Leistungsschalter, der das Werk verlässt, der veröffentlichten Zeit-Strom-Kennlinie entspricht. Bei der Massenproduktion wäre ein herkömmliches manuelles Kalibrierverfahren aufgrund der damit verbundenen Kosten nicht wirtschaftlich.

Benlong verfügt über eine Reihe vollautomatisierter Montage- und Prüflinien für Leitungsschutzschalter (MCBs), Leistungsschalter (MCCBs) und Wechselstromschütze. MCB-Automatisierungslinie Das System integriert Teilezuführung, Montage, Kalibrierung, Prüfung, Kennzeichnung und Sortierung in einen kontinuierlichen Arbeitsablauf und liefert alle paar Sekunden einen geprüften und zertifizierten Leistungsschalter. Für Hersteller von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) ist ein SPD-Automatische Produktionslinie Verbindet Montage, Hochspannungsprüfung und Rückverfolgbarkeit in einer einzigen Station.

Automobile und Elektrofahrzeuge

Die Automobilindustrie setzt Automatisierung seit vielen Jahren in vielfältiger Form ein. Roboter übernehmen dabei komplexe Aufgaben wie Roboterschweißen, Lackieren und die Montage von Karosserien. Der Wandel hin zu Elektrofahrzeugen hat in den letzten Jahren neue Herausforderungen für Automobilhersteller bei der Umstellung ihrer Produktionsprozesse geschaffen. Dazu gehören beispielsweise die Montage von Batteriemodulen, das Wickeln von Haarnadel-Statoren für Elektromotoren und die Fertigung von Hochspannungskabelbäumen. Jeder dieser Prozesse erfordert präzise Messungen und lückenlose Rückverfolgbarkeit über den gesamten Fertigungsprozess hinweg. FANUC und KUKA fertigen die Roboter, die die Grundlage dieser neuen Automatisierungsprozesse in der Automobilindustrie bilden.

Medizinprodukte und Arzneimittel

Die Herstellung von Medizinprodukten erfordert eine Reihe kritischer Komponenten, darunter validierte Prozesse, Reinraumtauglichkeit und lückenlose Dokumentation aller Aspekte des Fertigungsprozesses. Automatisierte Produktionslinien für die Spritzenmontage, die Inhalations- und Verpressung sowie Verpackungsanlagen für Diagnostik-Kits wurden entwickelt, um präzise mechanische Arbeitsgänge mit umfassender visueller Inspektion zu kombinieren. So lässt sich anhand einer eindeutigen Seriennummer genau dokumentieren, wie jeder Parameter in jedem Schritt der Patientenakte verarbeitet wurde. Die Automatisierung dient somit als Validierungsnachweis.

Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung

Anlagen zum automatisierten Abfüllen, Verschließen, Etikettieren und Palettieren arbeiten mit hoher Geschwindigkeit und minimalem Personaleinsatz – dadurch wird das Kontaminationsrisiko minimiert. Roboter und Förderbänder lassen sich reinigen, was eine CIP-Reinigung der Anlagen ermöglicht; Bildverarbeitungssysteme überwachen Füllstand, Etikettenplatzierung und Siegelnahtintegrität bei Produktionsgeschwindigkeit.

Was die Fertigungsautomatisierung leistet: Die messbaren Vorteile

Eine Automatisierungslösung im Fertigungsbereich lässt sich anhand von Analyseergebnissen rechtfertigen. Die Analyse der digitalen Fertigung von McKinsey & Company zeigt, dass Automatisierung und Integration den Durchsatz um 25–501 TPS/Tonnen steigern, die Fehlerquote um 50–801 TPS/Tonnen senken und die Wartungskosten um 20–401 TPS/Tonnen reduzieren. Diese Zahlen werden auch durch die branchenübergreifenden Erfahrungen von Herstellern bestätigt.

• Gleichbleibender Durchsatz. Automatisierte Produktionslinien sind auf eine bestimmte Zykluszeit ausgelegt und laufen unabhängig davon, ob es 4 Uhr morgens oder nach dem Mittagessen ist, immer gleich.
• Integrierte Qualität. Alle automatisierten Stationen dienen als Prüfstationen. Liegt ein Drehmomentwert außerhalb des zulässigen Bereichs, stoppt die Produktionslinie; fehlt ein Bauteil, wird es aussortiert. Kurz gesagt: Qualität wird nicht nachträglich eingecheckt, sondern von Anfang an integriert.
• Rückverfolgbarkeit und Daten. Jeder von einem automatischen System durchgeführte Vorgang erzeugt einen elektronischen Datensatz. Im Energiesektor umfasst dies alle kalibrierten Kennlinien für Leistungsschalter, die abgerufen und für Gewährleistungsansprüche verwendet werden können.
• Arbeitsmarktstabilität. Die Automatisierung ermöglicht es Herstellern, ihre Abhängigkeit von einer großen Anzahl qualifizierter Montagearbeiter an Standorten mit hohen Arbeitskräftekosten oder -mangel zu verringern. Die verbleibenden Bediener sind in der Überwachung und Instandhaltung der Produktionslinie geschult.
• Sicherheit. Zu den automatisierten Systemen für den Materialtransport gehören Förderbänder, autonome mobile Roboter (AMRs) und Roboterpalettierer. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Materialien wiederholt anzuheben und zu tragen, was zu einer hohen Anzahl von arbeitsbedingten Muskel-Skelett-Erkrankungen beiträgt.

Zukunftstrends in der Fertigungsautomatisierung

Zahlreiche technologische Fortschritte haben begonnen, sich auf die Entwicklung und den Einsatz von Automatisierungslösungen in der Fertigung auszuwirken.

• Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen. Mithilfe von vorausschauenden Wartungsalgorithmen, die Vibrationssensoren und Motorstrom nutzen, können sie einen Lagerausfall mehrere Tage vor Produktionsausfällen erkennen, indem sie Daten analysieren, die vom Bildverarbeitungssystem generiert werden, um Defekte zu identifizieren, die mit regelbasierten Algorithmen nicht erkennbar sind.
• Digitale Zwillinge. Eine digitale Kopie der Fertigungs- oder Produktionslinie ermöglicht es dem Hersteller, neue Produkteinführungen zu testen, das optimale Layout zu erstellen und die Bediener zu schulen, bevor die Montage der ersten physischen Maschine abgeschlossen ist. Die digitale Kopie ist zudem während der laufenden Produktion mit der realen Linie verbunden, um ein Echtzeit-Dashboard zur Überwachung der Produktionsleistung bereitzustellen.
• Kollaborative Roboter (Cobots). Cobots können Seite an Seite mit Bedienern arbeiten und Aufgaben übernehmen, die das wiederholte Aufnehmen und Platzieren von Teilen erfordern. Die Bediener der Cobots führen Montagearbeiten durch, die zusätzliche Fachkenntnisse erfordern. Cobots eignen sich gut für teilautomatisierte Fertigungszellen.
• Nachhaltigkeits- und Energiemonitoring. Automatisierte Produktionslinien nutzen mehr Sensoren zur Messung des Energieverbrauchs pro produzierter Einheit, was es beiden Unternehmen erleichtert, Kosten zu senken und ihren Aktionären über ihre Nachhaltigkeitsleistung zu berichten.

Wie Sie den richtigen Automatisierungspartner auswählen

Die Wahl eines Lieferanten für Automatisierungslösungen in der Fertigung kann eine strategische Entscheidung sein. Folgende Faktoren können dabei helfen, einen geeigneten langfristigen Partner von einem Maschinenbauer zu unterscheiden, der lediglich Auftragsarbeiten ausführt:

• Branchenerfahrung. Ein Systemintegrator hat möglicherweise keine Produktionslinien für Ihr Produkt oder Ihre Branche entwickelt; wenn ein Systemintegrator jedoch bereits Schwierigkeiten bei der Kalibrierung einer thermomagnetischen Auslöseeinheit oder beim Schweißen eines Silberkontakts bewältigt hat, ohne dafür Ihr Geld zu verwenden, war er auf dem Weg, sich das Thema anzueignen.
• Integrationsfähigkeit. Kann dieser Partner eine Komplettlösung (Mechanik, Elektrotechnik, Steuerungstechnik & Software) anbieten oder vergibt er die Leistungen in den einzelnen Disziplinen an Subunternehmer? Wenn der Partner alle Ingenieurdisziplinen intern abdeckt, gibt es bei Problemen keine Schuldzuweisungen.
• Kundendienst. Maschinen, die rund um die Uhr in Betrieb sind, benötigen zeitnah Ersatzteile und Service. Bevor Sie Ihre Bestellung aufgeben, sollten Sie sich daher unbedingt über die Reparatur- und Ersatzteilkapazitäten Ihres Partners informieren.
• Daten- und Industrie-4.0-Bereitschaft. Eine automatisierte Fertigungslinie sollte über standardisierte Protokolle mit Ihrem MES-System kommunizieren und alle Prozessdaten in einer Datenbank speichern können. Zudem sollte sie über ihre Internet- oder Intranetverbindung ferndiagnosefähig sein. Kann Ihr Integrationspartner dies nicht gewährleisten, entsteht eine isolierte automatisierte Fertigungslinie zwischen dem vernetzten und dem bestehenden/abgeleiteten System.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Fertigungsautomatisierung?

Fertigungsautomatisierung bedeutet, dass technologische Hilfsmittel anstelle von Menschen eingesetzt werden, um einen Produktionsprozess durchzuführen. Beispiele für solche Hilfsmittel sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Industrieroboter, Förderbänder, Bildverarbeitungssysteme und Software, die gemeinsam zum Bauen, Testen, Prüfen und Verpacken von Produkten verwendet werden.

Welche vier Arten der Automatisierung gibt es?

Es gibt vier gängige Automatisierungsmethoden: feste (harte) Automatisierung, programmierbare Automatisierung, flexible (weiche) Automatisierung und integrierte Automatisierung. Feste (harte) Automatisierung eignet sich für die Serienfertigung eines einzelnen Produkts. Programmierbare Automatisierung ist für die Chargenfertigung vorgesehen (d. h. die Produktion erfolgt auftragsbezogen), während flexible (weiche) und integrierte Automatisierung die Fertigung verschiedener Produkte in einem gesamten Werk unterstützen (d. h. verschiedene Anlagen produzieren mehrere Produktlinien).

Was sind die 5 besten Automatisierungstools?

Programmierbare Logiksteuerungen (SPS), Industrieroboter, Bildverarbeitungssysteme, fahrerlose Transportsysteme (FTS) und autonome mobile Roboter (AMR) sowie Manufacturing Execution Systems (MES), die all diese Komponenten mit Daten verbinden, sind die am häufigsten eingesetzten Automatisierungswerkzeuge in der Fertigung.

Was ist ein Beispiel für Automatisierung in der Fertigung?

Ein Beispiel für ein vollautomatisiertes System: Komponentenzufuhr, Montage des Leistungsschalters, Kalibrierung, Prüfung der thermischen und magnetischen Auslösung, Drucken der Typenschilder und Sortierung nach “bestanden” oder “nicht bestanden” erfolgen ohne Bedienereingriff. Dies gewährleistet die Konsistenz der auf dieser Montage-/Prüflinie gefertigten Produkte, die dokumentierbare Rückverfolgbarkeit aller Produkte und die Einhaltung internationaler Sicherheitsstandards.

Referenzen

• Internationale Gesellschaft für Automatisierung (ISA) — Standards, Schulungen und Ressourcen für industrielle Automatisierungs- und Steuerungssysteme.
• McKinsey & Company – Digitale Fertigung und Industrie 4.0 — Forschung über die Auswirkungen der Automatisierung auf Produktivität und Qualität in der Fertigung.
• FANUC Corporation – Industrieroboter und Fabrikautomation — Weltweit führender Hersteller von Robotern, CNC-Systemen und Automatisierungslösungen.
• KUKA Robotics – Lösungen für die automatisierte Fertigung — Deutscher Hersteller von Industrierobotern und automatisierten Produktionszellen.
• Material Handling Institute (MHI) – Jährlicher Branchenbericht — Daten und Trends zur Automatisierung in der Materialhandhabung und Logistik.

Lösungen für die Fertigungsautomatisierung Es geht nicht darum, Menschen durch Maschinen zu ersetzen. Vielmehr geht es darum, Maschinen die Aufgaben zuzuweisen, die sie am besten erledigen – wiederholen, messen, aufzeichnen –, damit sich Menschen auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren können: Probleme lösen, Prozesse optimieren und das nächste Produkt entwickeln. Ob automatisierte Kalibrierlinie für Leitungsschutzschalter, Roboterschweißzelle für Karosserien oder bildverarbeitungsgesteuerte Kommissionierstation im Reinraum der Pharmaindustrie – das Ziel ist immer dasselbe: gleichbleibende Qualität, vorhersehbare Ergebnisse und die entsprechenden Daten. Benlong Automation entwickelt integrierte Automatisierungslösungen für die Elektroindustrie, denn ein Schutzgerät, das niemals ausfallen darf, muss selbst mit der Präzision gefertigt werden, die nur ein automatisierter, verifizierter Prozess gewährleisten kann.