Hochgeschwindigkeits-Automatisierungslösungen

Ein deutscher Hersteller von Schützgeräten stand vor der Herausforderung, seine Produktion von 600 auf 2.000 Einheiten pro Stunde zu steigern, ohne zusätzliche Produktionsfläche zu benötigen, und fand die Lösung in der Investition in eine Hochgeschwindigkeits-Automationslinie. Diese Produktionslinie umfasst Montage, Kalibrierung, Prüfung und Markierung in einem kontinuierlichen synchronisierten Prozess mit Zykluszeiten, die in Sekunden gemessen werden. Sie besteht aus einem Dreh-Indexiertisch, visiongeführten Pick-and-Place-Maschinen, automatisierten Schraubstationen sowie 100 Prozent elektrischen Prüfstationen unter zentraler Steuerung eines SPS- und MES-Programmierers. Die Amortisationszeit betrug bereits 20 Monate, bei Fehlerquoten unter 0,1 Prozent. Hochgeschwindigkeitsautomation bedeutet hier schnellere Produktion, aber darüber hinaus auch Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Dokumentation der Produktionsprozesse, die mit arbeitsintensiven Prozessen nicht erreicht werden können. Alle Hersteller sollten Einblicke gewinnen, welche Hochgeschwindigkeitsautomatisierungstechnologien ihnen zur Verfügung stehen, welche Produzenten existieren und welche Kosten für die Einrichtung solcher Technologien anfallen.

Was definiert Hochgeschwindigkeitsautomation

Hochgeschwindigkeitsautomation ist nicht nur eine schnellere Version der konventionellen Automation. Es ist ein Designkonzept, bei dem jeder Teil des Produktionssystems – die Maschinenhandhabung, die Durchführung des Prozesses, die Informationssammlung und die Qualitätsprüfung – mit dem Ziel entwickelt wird, die Zykluszeit der langsamsten Station zu minimieren. Bei der Hochgeschwindigkeitsautomation liegen die Taktzeiten normalerweise unter fünf Sekunden, und in einigen Branchen, wie der pharmazeutischen Abfüllung und der Montage elektronischer Geräte, unter einer Sekunde. Solche Geschwindigkeiten zu erreichen, bedeutet nicht nur schnelle Aktuatoren, sondern erfordert die vollständige Integration von Mechanik, Elektronik und Steuerung; den Ausschluss manueller Eingriffe und Entscheidungsfindungen in jeder Produktionsphase; den Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Vision-Systemen und Datenverarbeitung, um jedes Teil ohne Engpässe zu prüfen.

Bei einer solchen Investition muss jeder Hersteller verschiedene Faktoren berücksichtigen, darunter den erforderlichen Durchsatz, die physikalischen Eigenschaften des Produkts (wie Gewicht, Größe, Zerbrechlichkeit), die erforderliche Genauigkeit und Wiederholbarkeit, gesetzliche Vorgaben und den Produktlebenszyklus. Wenn eine Produktionslinie ein stabiles Produkt über mehrere Jahre herstellen soll, ist eine feste Automationslösung angemessen. Wenn die Produktionslinie häufig geändert werden soll, ist es wichtig, eine Automationsart zu verwenden, die eine schnelle Änderung der Produktrezepte ermöglicht, nämlich programmierbare oder flexible Automation. Unser Überblick über Was ist Automatisierung? bietet den grundlegenden Rahmen zum Verständnis dieser verschiedenen Ebenen.

Hochgeschwindigkeitsautomation in Schlüsselindustrien

Elektrische Schutzgeräte (Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Schütze)

Die Elektroindustrie ist dank der Nutzung von Hochgeschwindigkeitsautomatisierung deutlich fortgeschritten, wodurch die Produktionslinie alle zwei bis vier Sekunden kleine Leistungsschalter und elektromechanische Relais fertigt. Und der wichtigste Aspekt ist, dass die für diesen Produktionsprozess gesammelten Daten digital aufgezeichnet werden. Obwohl Kalibrierung und Prüfung für jedes einzelne Schutzgerät obligatorisch sind, wird dies zum Engpass des manuellen Prozesses, wenn sie nicht automatisiert sind. Hochgeschwindigkeits-Stromeinspritzung, Echtzeit-Auslösezeitmessung sowie motorisierte Kalibrierungseinstellung beseitigen den Engpass der Kette und stellen sicher, dass jedes freigegebene Gerät der spezifizierten Zeit-Strom-Kennlinie entspricht. Ein MCB-Automatisierungslinie integriert Zuführung, Montage, Kalibrierung, Prüfung und Markierung in eine einzige Hochgeschwindigkeitssequenz und produziert in Sekunden einen vollständig zertifizierten Leistungsschalter. Für Schützhersteller übernimmt das AC contactor automatic assembly and testing production line den kompletten Prozess vom Kontaktverschweißen bis zum abschließenden elektrischen Test. Diese Systeme liefern den Durchsatz, der IEC- und UL-Zertifizierungen bei globalen Stückzahlen wirtschaftlich machbar macht.

Automobile und Elektrofahrzeuge

Der Automobilsektor gilt seit langem als Vorreiter im Bereich der Hochgeschwindigkeitsfertigung. So können aktuelle Karosserieschweißlinien bis zu 60 bis 90 Schweißarbeiten pro Stunde ausführen, während Motorenmontagelinien Geschwindigkeiten von 30 bis 60 Sekunden pro Motor erreicht haben. In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte mehrere Hochgeschwindigkeitsprozesse im Bereich der Elektroautos eingeführt, wie den Hairpin-Prozess zum Wickeln des Stators in Elektromotoren, das Schweißen von Batteriemodulen und die Montage der Hochvolt-Steckverbinder in Elektromotoren. FANUC und KUKA gehören zu den führenden Herstellern von Robotern für die Hochgeschwindigkeitsfertigung.

Medizinprodukte und Arzneimittel

Im Medizinsektor spielt die Regulierung neben der Geschwindigkeit selbst eine entscheidende Rolle bei der Definition von Hochgeschwindigkeitsautomatisierung. Ein System, das Spritzen automatisch mit einer Geschwindigkeit von 400 Einheiten pro Minute befüllt, muss die Anforderungen an Sterilität, Gewichtskontrollen in allen Fällen und die Aufzeichnung des Volumens im Gerätehistorienprotokoll berücksichtigen. Hohe Geschwindigkeit sowie vollständige Validierung und Rückverfolgbarkeit gehen Hand in Hand beim Zusammenbau von Inhalatoren, der Verpackung von Diagnostikkits und der Herstellung von chirurgischen Fäden. Integratoren wie ATS Automatisierung spezialisieren sich auf diese anspruchsvolle Schnittstelle von Geschwindigkeit und Compliance.

Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung

In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie arbeiten Hochgeschwindigkeitsabfüll-, Verschließ- und Etikettierlinien mit Hunderten oder Tausenden von Flaschen pro Minute, wobei Vision-Systeme die korrekten Füllstände, Flaschenverschlüsse und Etiketten sicherstellen. Es gibt auch Anforderungen an Clean-in-Place (CIP)-Reinigung und schnellen Produkt-SKU-Wechsel. Die Hauptanforderungen der Automatisierung umfassen die mechanische Handhabung, Sauberkeit und hohe Betriebsgeschwindigkeit der Verpackungsanlagen, die von Unternehmen wie Krones und Tetra Pak geliefert werden.

Unterhaltungselektronik

Der Herstellungsprozess von Smartphones, Wearables und kleinen Elektronikgeräten folgt einem komplexen Ablauf, bei dem Hunderte von Komponenten zusammengefügt werden. Zu den Komponenten gehören Schrauben, Steckverbinder und flexible Leiterplatten, und der Montageprozess basiert auf dem Einsatz von Robotern, die Komponenten auf Mikrometerebene präzise platzieren, Laserschweißtechnologie und optischer Inspektion. Die Montage dauert nur Sekunden, und die Montagelinien können sich schnell an wechselnde Produktmodelle anpassen.

Automatisiert vs. Manuell: Die Trennung von Geschwindigkeit und Qualität

Beim Vergleich einer herkömmlichen Produktionslinie mit einem hochmechanisierten Pendant ist es wichtig zu beachten, dass hohe Produktivität nicht nur die Kapazität in Bezug auf die pro Stunde produzierten Einheiten betrifft. Was die beiden Produktionsprozesse wirklich unterscheidet, ist das Maß an Konsistenz in der Arbeit, die Qualität der Dokumentation sowie die Einhaltung der Qualitätsstandards, die von den entsprechenden Exportmärkten vorgegeben werden. Die Tabelle bietet eine Zusammenfassung des Vergleichs nach Kriterien, die für jeden Produktionsleiter oder Einkaufsspezialisten wichtig sind.

Was kostet ein Hochgeschwindigkeits-Automatisierungssystem?

Die Investitionskosten für Hochgeschwindigkeitsautomatisierung variieren stark, abhängig von der Komplexität des Produkts, dem erforderlichen Durchsatz und dem Integrationsgrad. Die folgende Tabelle gibt indikative Budgetbereiche für schlüsselfertige automatisierte Linien an, ohne die Gebäudestruktur und die Kosten für produktspezifische Werkzeuge.

Die Amortisationszeit einer gründlich definierten Hochgeschwindigkeits-Produktionslinie liegt in der Regel zwischen 12 und 24 Monaten, unter Berücksichtigung von Arbeitskosteneinsparungen, erhöhtem Frachtvolumen sowie reduzierten Abfällen und Garantieaufwendungen. Wenn der Hersteller nachweist, dass die automatische Linie Waren mit geringeren Produktionskosten und höheren Qualitätsraten als menschliche Arbeiter produziert, kann dieses Projekt leicht finanziert werden und die Kapitalrendite (ROI) lässt sich einfach berechnen. Verschiedene Forschungsorganisationen, wie McKinsey & Company und Deloitte, haben bewiesen, dass Hochgeschwindigkeitsautomatisierung, die in den richtigen Prozessen implementiert wird, eine der profitabelsten und effektivsten Investitionsmöglichkeiten für Hersteller darstellt.

Auswahl des richtigen Partners für Hochgeschwindigkeitsautomatisierung

Die Wahl eines Anbieters von Hochgeschwindigkeitsautomatisierungslösungen ist eine strategische Entscheidung, an die sich Ihre Fertigung mindestens ein Jahrzehnt lang halten wird. Sie können die folgenden Kriterien verwenden, um einen vertrauenswürdigen Partner zu finden:

• Spezifische Erfahrung in Ihrer Produktkategorie. Ein Unternehmen, das schnelle Kalibrierungs- und Testlinien für Leistungsschalter installiert hat, verfügt über Kenntnisse bezüglich der Anforderungen an elektrische Tests, der Probleme im Umgang mit Kontakten und der Zertifizierungskriterien. Fehlt einem Unternehmen dieses Wissen, erfordert es Zeit und Ressourcen, es zu erlernen.
• Interne Ingenieur- und Fertigungskapazitäten. Der Partner muss die mechanische Konstruktion, Elektrotechnik, Steuerungstechnik und Softwareentwicklung unter einem Dach überwachen. Die Aufteilung dieser wichtigen Bereiche birgt das Risiko von Inkompatibilitäten zwischen den verschiedenen Bereichen.
• Nachgewiesene Taktzeit- und Ausschussgarantien. Von einem angesehenen Integrator wird erwartet, dass er eine Taktzeit und eine Erstdurchlaufquote in den Abnahmebedingungen festlegt, einschließlich Maßnahmen für den Fall, dass diese während der Werksabnahmeprüfung (FAT) nicht erreicht werden.
• Unterstützung nach der Installation und Ersatzteile. Ein Betrieb, der 24 Stunden am Tag und 7 Tage die Woche läuft, benötigt technischen Support innerhalb weniger Stunden und auch wichtige Ersatzteile. Die Serviceinfrastruktur ist fast ebenso wichtig wie die Kompetenz des Partners im Ingenieurwesen.

Häufig gestellte Fragen

Was sind die 4 Arten von Automatisierungssystemen?

Es gibt vier Arten der Automatisierung: Die erste ist die feste oder harte Automatisierung, die für die Produktion eines einzigen Produkttyps in großem Maßstab ausgelegt ist, die zweite ist die programmierbare Automatisierung, die in der Chargenproduktion verwendet wird, die dritte ist die flexible oder weiche Automatisierung, die in gemischten Produktionslinien angewendet wird, und schließlich die integrierte Automatisierung, bei der die Produktion von Computern gesteuert wird und Daten in den gesamten Prozessen verwendet werden. Hochgeschwindigkeitsautomatisierung kann in beiden oben genannten Systemen eingesetzt werden.

Wer ist das größte Automatisierungsunternehmen der Welt?

Siemens ist das größte Unternehmen in der Industrieautomatisierungsbranche in Bezug auf Umsatz und globalen Einfluss und nimmt den ersten Platz vor ABB, Rockwell Automation und Schneider Electric ein. Die genannten Unternehmen fertigen die SPS, Antriebe und Steuerungssysteme, die den Großteil der heute existierenden automatisierten Fabriken ausmachen.

Was sind die Top 10 Automatisierungswerkzeuge?

Die gängigen Automatisierungswerkzeuge, die in der modernen Fertigung weit verbreitet sind, bestehen aus SPS, Industrierobotern, maschinellem Sehen, kollaborativen Robotern (auch bekannt als Cobots), autonomen mobilen Robotern (abgekürzt AMRs), MES-Software, digitalen Zwillingssimulationsplattformen, KI-gesteuerten Predictive-Maintenance-Lösungen, IIoT-Sensornetzwerken und schnellen Datenerfassungssystemen.

Was ist das führende Automatisierungsunternehmen in den USA?

Rockwell Automatisierung Mit Hauptsitz in Milwaukee, Wisconsin, ist Rockwell Automation das größte reine Industrieautomatisierungsunternehmen in den Vereinigten Staaten. Die Allen-Bradley SPS-Familie und das FactoryTalk-Angebot werden in Werken in Nordamerika und weltweit eingesetzt.

Referenzen

• McKinsey & Company – Die Zukunft der Fertigung und Automatisierung. Forschung zur Produktivität und zum ROI von Hochgeschwindigkeitsautomatisierung in verschiedenen Branchen.
• Deloitte — Digitale Fertigung und Industrie 4.0. Einblicke in Amortisation und Wettbewerbsvorteile der automatisierten Produktion.
• FANUC Corporation — Hochgeschwindigkeitsrobotik und Fabrikautomation. Führender globaler Hersteller von Industrierobotern und CNC-Systemen.
• ATS Automation — Hochgeschwindigkeitsmontage- und Prüfsysteme. Globaler Integrator automatisierter Fertigungssysteme für Life Sciences, Pharmazeutika und Konsumgüter.

Hochgeschwindigkeitsautomatisierungslösungen verwandeln einen Prozess, der von menschlicher Geschwindigkeit, Aufmerksamkeit und Konsistenz abhängt, in einen, der auf der Präzision, Wiederholbarkeit und Datenaufzeichnung einer Maschine basiert. Für den Hersteller von elektrischen Geräten, den Automobilzulieferer und den Hersteller von Medizinprodukten bedeutet die Investition in eine Linie, die in Sekunden statt Minuten arbeitet, den Unterschied zwischen dem Wettbewerb über den Preis auf einem lokalen Markt und dem Wettbewerb über Qualität und Volumen auf einem globalen Markt. Benlong Automation baut Hochgeschwindigkeitsmontage- und Prüflinien für den Bereich der elektrischen Fertigung, denn ein Leistungsschalter, der zuverlässig tausendmal auslösen muss, muss selbst mit der Geschwindigkeit und Präzision gebaut werden, die nur ein automatisierter, verifizierter Prozess liefern kann.