Halbautomatische Montagelösungen

Als ein Hersteller von elektronischen Steuermodulen seine Produktion von 5.000 auf 20.000 Einheiten pro Monat steigern musste, stand sein Entwicklungsteam vor einem Dilemma. Eine vollautomatische Montagelinie wäre aufgrund der halbjährlichen Produktänderungen sowohl zu kostspielig als auch zu unflexibel gewesen. Eine rein manuelle Montagelinie hingegen hätte weder die erforderliche gleichbleibende Lötqualität gewährleistet noch die Kundenanforderung nach Funktionstests gemäß 100% erfüllt. Das Unternehmen entschied sich daher für eine dritte Alternative: eine halbautomatische Montage In dieser Fertigungszelle legen die Bediener die Leiterplatten in eine Montagevorrichtung ein, die anschließend von einer Maschine zum Präzisionslöten genutzt wird. Nach dem Löten erfolgt eine automatische optische Inspektion der Lötstellen. Der Bediener entnimmt die Leiterplatte dann aus der Montagevorrichtung und platziert sie in einem Gestell. Diese halbautomatische Fertigungszelle ist deutlich günstiger als eine vollautomatische Linie, erfüllt den erforderlichen Durchsatz und kann innerhalb einer Stunde für die Produktion des nächsten Produkts umprogrammiert werden. Diese pragmatische Lösung, die weder vollständig manuell noch vollständig automatisiert ist, ist die richtige Antwort für Tausende von Herstellern. Sie automatisiert die Fertigungsschritte, die von Natur aus Präzision und Wiederholgenauigkeit erfordern, während die Schritte, die zu variabel sind, um automatisiert zu werden, flexibel und kostengünstig manuell bearbeitet werden können.

Was ist ein halbautomatisierter Montageprozess?

In diesem Produktionssystem übernimmt eine bestimmte Ausrüstung den Großteil der Arbeit und wird von Mitarbeitern bedient, die Maschinen be- und entladen oder Bauteile von einem Prozessschritt zum nächsten transportieren. Eine Maschine führt einen Arbeitsgang aus (z. B. Schweißen) und erfasst am Ende eines Zyklus das Ergebnis. Der Bediener legt ein Werkstück in die Maschine ein und startet den Maschinenzyklus mithilfe einer Zweihand-Sicherheitssteuerung oder eines Fußpedals. Anders als bei einer vollautomatisierten Linie werden die Werkstücke zusätzlich zur Maschine auch manuell zwischen den Prozessschritten transportiert. Im Gegensatz zu einem manuellen Prozess wiederholen sich die Maschinenzyklen ohne menschliches Eingreifen. Dadurch werden alle Abweichungen bei der Ausführung der Arbeitsgänge eliminiert und die Genauigkeit des Prozesses gewährleistet, wo Wiederholgenauigkeit wichtig ist.

Für ein tieferes Verständnis des gesamten Spektrums der Fertigungsautomatisierung bietet unsere Übersicht folgende Punkte: Was ist Automatisierung? bietet den umfassenderen Kontext, in den halbautomatisierte Systeme passen.

Wie halbautomatisierte Lösungen die Fertigungsleistung verbessern

Es gibt zahlreiche messbare Vorteile, die die Investition in eine teilautomatisierte Fertigungsanlage rechtfertigen. Viele der Vorteile einer solchen Anlage können innerhalb der ersten 12 bis 24 Monate eine ausreichende Rendite erzielen. Eine aktuelle Studie von McKinsey & Company hat gezeigt, dass die Investition in 20% der Schritte, die 80% der Qualitätsvariation ausmachen, den Großteil der Vorteile vollautomatisierter Fertigungsanlagen generiert und typischerweise nur einen Bruchteil (weniger als ein Zehntel) der Kosten vollautomatisierter Anlagen verursacht.

• Prozesswiederholbarkeit. Ein halbautomatischer Schraubendreher kann jede Schraube mit dem gewünschten Drehmoment anziehen und dieses dokumentieren. Ein manueller Bediener hingegen verlässt sich beim Anziehen auf sein Muskelgedächtnis (sein Gefühl für das richtige Drehmoment), sodass dieser Vorgang nicht erfasst wird. Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen (z. B. einem Schutzschalter oder einem Airbag-Stecker im Auto) hat das Vorhandensein oder Fehlen einer solchen Dokumentation einen entscheidenden Einfluss darauf, ob das Produkt versendet werden kann oder nicht.
• Gleichbleibende Qualität. Der halbautomatische Widerstandsschweißkopf erzeugt ein gleichmäßiges Schweißprofil an allen Kontaktstellen. Der halbautomatische Prüfstand führt an allen zu prüfenden Einheiten eine standardisierte Abfolge elektrischer Prüfungen durch. Die Maschine arbeitet kontinuierlich und benötigt keine Pausen, ist unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen und erfordert keine sofortige Umschulung des Maschinenbedieners bei Schichtwechseln.
• Hoher Durchsatz bei kontrollierten Arbeitskosten. Da die Zykluszeit einer halbautomatisierten Zelle von der Maschine und nicht vom Bediener gesteuert wird, produziert eine solche Zelle mehr Produkte pro Stunde als eine manuelle Zelle. Während die erste Zelle ihren Zyklus durchläuft, kann sich der Bediener einer zweiten Zelle widmen und so die Produktivität steigern.
• Flexibilität bei Produktvarianten. Aufgrund der schnellen Umrüstmöglichkeiten sind halbautomatisierte Fertigungszellen sowohl für Auftragsfertiger als auch für Unternehmen mit vielfältigen Produktlinien von Vorteil. Die Flexibilität einer halbautomatisierten Zelle ermöglicht Workflow-Änderungen durch Rezeptauswahl und Vorrichtungswechsel, typischerweise innerhalb weniger Minuten. Insgesamt bietet dies eine kosteneffiziente Lösung für Unternehmen, die eine effiziente Methode zur Herstellung verschiedener Produktarten benötigen.

Wo die halbautomatische Montage die größte Wirkung erzielt

Ein halbautomatisierter Montageansatz kann unabhängig von der jeweiligen Organisation von Vorteil sein, da die Anforderungen an Qualität und Durchsatz in den verschiedenen Branchen unterschiedlich sind.

Elektrische Schutzgeräte (Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter, Schütze)

Bei der Herstellung von Leitungsschutzschaltern und Kompaktleistungsschaltern sind die Kalibrier- und Prüfschritte sowohl rechtlich als auch funktional von größter Bedeutung. Ein Schalter, der nicht innerhalb seiner normierten Zeit-Strom-Kennlinie auslöst, stellt ein Sicherheitsrisiko dar. Halbautomatische Kalibrier- und Prüfstände – wie sie beispielsweise von Benlong Automation gefertigt werden – ermöglichen es dem Bediener, einen Schalter zu belasten. Anschließend legt die Maschine den Überlast- oder Kurzschlussstrom an, misst die Auslösezeit, justiert die Kalibrierschraube und gibt das Gerät entweder als geprüft oder als defekt aus. Der Bediener handhabt das Bauteil, die Maschine übernimmt die Messung. So wird sichergestellt, dass jeder Schalter die Zertifizierungsnorm erfüllt, ohne dass eine vollautomatische Fertigungslinie erforderlich ist. halbautomatischer thermischer Kalibriertisch und Prüfstand für magnetische Auslöser sind Beispiele für diesen Ansatz. Für die Montage des Unterbrechermechanismus selbst, ein halbautomatische Montageanlage kann das Verbinden, Nieten oder Verschrauben von internen Bauteilen automatisieren, wobei der Bediener Gehäuse, Kontakte und Spulen in Vorrichtungen einlegt und die Maschine die präzise mechanische Arbeit erledigt.

Automobil- und Elektrofahrzeugkomponenten

Halbautomatisierte Fertigungszellen werden typischerweise für die Herstellung von Baugruppen wie Kabelbaumclips, Sensorgehäusen und Steckverbindern eingesetzt. Eine halbautomatisierte Ultraschallschweißanlage oder eine bildverarbeitungsgesteuerte Dosierzelle bietet die für die Automobilindustrie erforderliche Prozesskontrolle gemäß PPAP (Production Part Approval Process) und ermöglicht gleichzeitig durch die geringen Arbeitskosten für die manuelle Beladung den Einsatz in verschiedenen Produktlinien. FANUC fertigt die Roboter und Cobots, die häufig die automatisierten Komponenten dieser Zellen bilden und die Werkzeughandhabung übernehmen, während der Bediener das Werkstück hält.

Medizinprodukte und Diagnostika

Bei der Montage von Medizinprodukten ist es grundsätzlich erforderlich, den Prozess zu validieren und für jedes im Montageprozess hergestellte Produkt Aufzeichnungen zu erstellen. Eine halbautomatische Spritzenklebestation (oder ein Reagenziendosierprozess) kann alle Details der Prozessparameter während des Be- und Entladens der Komponenten anhand der Seriennummer des Produkts protokollieren. Dadurch erfüllen Sie die von den Aufsichtsbehörden geforderten Validierungsanforderungen, ohne die hohen Investitionen in eine vollautomatische aseptische Linie tätigen zu müssen.

Unterhaltungselektronik

Aufgrund kurzer Produktlebenszyklen und einer hohen Produktvielfalt in der Unterhaltungselektronik ist die vollständige Automatisierung der Produktmontage schwierig. In der Elektronik-Auftragsfertigung gibt es viele halbautomatisierte Prozesse, darunter Verschrauben, Klebstoffauftrag und Funktionstests. Der Bediener legt die Leiterplatte (PCB) in die Vorrichtung ein, die Maschine trägt den Klebstoff automatisch auf, befestigt und/oder testet die Leiterplatte, und der Bediener entnimmt die fertige Leiterplatte anschließend der Vorrichtung. Bei einer Produktänderung kann die Produktionsanlage für das alte Produkt oft innerhalb weniger Wochen auf das neue Produkt umgerüstet werden.

Was eine halbautomatische Montagelösung kostet

Die Investition für ein halbautomatische Montage Die Station hängt vom Prozess, der geforderten Genauigkeit und dem Umfang der integrierten Tests ab. Die folgende Tabelle enthält Richtwerte für schlüsselfertige Fertigungszellen, einschließlich Maschine, Werkzeugen, Steuerung und Programmierung.

Diese Preisspannen umfassen die schlüsselfertige Maschine; Werkzeuge für spezifische Produktvarianten, Bedienerschulungen und Versand sind nicht im Preis enthalten. Die Amortisation erfolgt typischerweise durch eine Kombination aus reduziertem Arbeitsaufwand, geringerem Ausschuss und gesteigertem Durchsatz. Eine Fertigungszelle, die zwei Bediener pro Schicht über zwei Schichten ersetzt oder kostspielige Garantierücksendungen eliminiert, kann ihre Investition in weniger als 18 Monaten amortisieren.

Die Wahl des richtigen Integrators für eine halbautomatisierte Lösung

Bei der Auswahl eines Partners für die Planung und den Bau einer halbautomatisierten Montagezelle sollten neben den Kosten auch andere Faktoren berücksichtigt werden. Ein Systemintegrator muss mit dem eingesetzten Fertigungsprozess, den erforderlichen Toleranzen und den zu erfassenden Daten vertraut sein.

• Branchenerfahrung ist wichtig. Unternehmen, die allgemeine Automatisierungstechnik herstellen, werden wahrscheinlich Schwierigkeiten bei der Kalibrierung einer Thermoauslöseeinheit oder beim Schweißen eines Silberkontakts haben. Im Gegensatz dazu hat Benlong Automation durch die Entwicklung hunderter Stationen für die Niederspannungsindustrie bereits Erfahrung mit solchen spezifischen Problemen und deren Lösungen gesammelt.
• Steuerungsarchitektur und Daten. Das Gerät soll mithilfe einer industriellen speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), beispielsweise von Rockwell Automation oder Siemens, entwickelt werden, die mit dem Manufacturing Execution System (MES) der Fabrik kommuniziert. Die Daten jedes Zyklus werden in einer Datenbank gespeichert und unabhängig vom Zustand der Maschine (eingeschaltet oder nicht) erhalten.
• Support und Ersatzteile. Eine halbautomatisierte Zelle gilt als Kapitalinvestition mit einer Nutzungsdauer von mindestens zehn Jahren. Der Integrator muss kritische Ersatzteile vorrätig halten und innerhalb einer definierten Reaktionszeit adäquaten Support per Fernwartung oder vor Ort gewährleisten.

Häufig gestellte Fragen

Was ist ein halbautomatisierter Prozess?

Die Halbautomatisierung ist eine Fertigungsmethode, bei der alle wichtigen Arbeitsschritte – wie Schweißen, Dosieren, Prüfen und Befestigen – von einer Industriemaschine automatisch ausgeführt werden. Ausgenommen hiervon sind das Einlegen der Teile, der Prozessstart und das Entladen des fertigen Produkts. Die Kernprozesse sind somit automatisiert, das Einlegen und Entladen der Teile erfolgt jedoch weiterhin manuell, was eine größere Flexibilität im Teilehandling ermöglicht.

Was ist ein halbautomatisches System?

Ein halbautomatisiertes System ist ein automatisierter Fertigungsprozess (mittels SPS, Sensoren etc.), bei dem ein Bediener in jedem Fertigungszyklus Teile be- und entlädt. Die Maschine bzw. Fertigungszelle besteht aus weiteren Automatisierungskomponenten und Werkzeugen, die speziell auf das jeweilige Bauteil abgestimmt sind.

Worin besteht der Unterschied zwischen automatisierten und halbautomatisierten Prozessen?

Ein vollautomatisches System steuert den gesamten Materialtransport und die Verarbeitung ohne manuelle Eingriffe, während ein teilautomatisiertes System zwar den Prozess automatisiert, aber einen Bediener benötigt, der das Werkstück vor und nach jedem Zyklus vorbereitet und handhabt. Der Unterschied zwischen den beiden Systemtypen liegt in den Methoden der Materialhandhabung und nicht in der Prozessqualität.

Welche verschiedenen Arten von automatisierten Montagesystemen gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von automatisierten Montagesystemen, von vollintegrierten, unbemannten Fertigungslinien bis hin zu halbautomatisierten Zellen, die von einem Bediener gesteuert werden können, sowie weitere Arbeitsbereiche oder Prozesse, in denen Teile geordnet montiert werden müssen. Diese Systeme lassen sich in vier Hauptkategorien einteilen: feste Automatisierung zur Herstellung eines einzigen Produkttyps in großen Stückzahlen; programmierbare Automatisierung für die Produktion mehrerer Chargenprodukte; flexible Automatisierung zur Herstellung verschiedener Produkttypen; und halbautomatisierte Zellen, die den Montageprozess automatisieren, die manuelle Teilehandhabung jedoch beibehalten.

Referenzen

• McKinsey & Company – Digitale Fertigung und Industrie 4.0 — Forschung zur Auswirkung gezielter Automatisierung auf Produktivität und Qualität.
• Rockwell Automation – Industrielle Steuerungs- und Automatisierungslösungen — SPS-, HMI- und MES-Plattformen für die halbautomatisierte und vollautomatisierte Fertigung.
• FANUC Corporation – Cobots und Industrieroboter — Roboterlösungen, die häufig in halbautomatisierte Montagezellen integriert werden.
• Automation World – Fallstudien zur halbautomatisierten Montage — Fachpublikation über erfolgreiche Teilautomatisierungsprojekte in verschiedenen Branchen.

A halbautomatische Montagelösung Es handelt sich nicht um einen Kompromiss zwischen manueller und automatischer Fertigung, sondern um eine bewusste Strategie, die die Präzision und Datenerfassung der Automatisierung dort einsetzt, wo sie am wichtigsten sind – bei den qualitätsbestimmenden Prozessschritten – und gleichzeitig das anpassungsfähigste und kostengünstigste Bedienelement beibehält: einen geschulten Bediener. Für Hersteller von Leistungsschaltern, Schützen, Automobilkomponenten, Medizingeräten und hunderten weiteren Produkten liefert eine halbautomatisierte Fertigungszelle die zertifizierte, reproduzierbare Leistung, die moderne Lieferketten fordern, zu Kosten und mit einer Flexibilität, die eine vollautomatisierte Linie nicht erreichen kann. Benlong Automation baut diese Zellen für die Elektroindustrie und wandelt die Kalibrierung, Prüfung und Montage von Schutzgeräten von einem variablen manuellen Vorgang in einen kontrollierten, dokumentierten und reproduzierbaren halbautomatisierten Prozess um.