Effizienzvorteile von industriellen Automatisierungslösungen

Ein mittelständischer Elektrohersteller in Pune verzeichnete sofortige Produktivitätssteigerungen von 401 TP3T, nachdem er die manuelle Montage seiner Leitungsschutzschalter durch eine integrierte und automatisierte Montagelinie ersetzt hatte. Sechs Monate später entdeckte der Hersteller jedoch eine noch erstaunlichere Zahl: Die Rücklaufquote der Leitungsschutzschalter im Rahmen der Garantie war um 661 TP3T gesunken. Die automatisierte Kalibrierstation, die Bildverarbeitungskamera und die Roboter-Montagezelle erhöhten nicht nur die Montagegeschwindigkeit der Schalter, sondern auch die Konsistenz und Genauigkeit der Montage auf ein Niveau, das mit der manuellen Montage schlichtweg nicht zu erreichen war. Dies ist die wahre Geschichte industrieller Automatisierungslösungen: Die spürbaren betrieblichen Effizienzgewinne werden vom ersten Tag an erzielt; die Qualitätsverbesserungen entwickeln sich über Jahre hinweg. Durch die Kombination von gesteigerter betrieblicher Effizienz und Qualitätsverbesserungen wandelt die industrielle Automatisierung ein produzierendes Unternehmen vom Hersteller von Produkten akzeptabler Qualität zum Lieferanten von zertifizierten Produkten in Exportqualität – und das zu Kosten, die unter denen der manuellen Montage liegen.

Was die industrielle Automatisierung tatsächlich leistet

Industrielle Automatisierung Steuerungssysteme dienen dem Betrieb von Maschinen und Prozessen mit minimalem menschlichen Eingriff. Sie umfassen Steuerungssysteme wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Roboter, Förderbänder, Bildverarbeitungssysteme und Software. Der Begriff deckt alles ab, von robotergestützten Schweißzellen bis hin zu vollautomatisierten Produktionslinien, die im Dreischichtbetrieb unbeaufsichtigt laufen. Die Kennzahlen sind für alle relevanten Fertigungsparameter messbar: Ausstoßrate, Fehlerrate, Lohnkosten pro Einheit, Energieverbrauch und Materialverschwendung. Außerdem lässt sich ermitteln, wie einfach die Produktion gesteigert werden kann, ohne zusätzliches Personal einzustellen oder die Mitarbeiterzahl proportional zu erhöhen.

veröffentlichte Forschungsergebnisse McKinsey & Company Untersuchungen zum Einfluss der digitalen Fertigung und Automatisierung zeigen, dass automatisierte Produktionslinien im Vergleich zur manuellen oder halbautomatischen Montage routinemäßig Durchsatzverbesserungen von 25–50% und Fehlerreduzierungen von 50–80% erzielen. Dies sind keine Wunschvorstellungen – es sind die dokumentierten Erfahrungen von Herstellern in den Bereichen Automobil, Elektronik, Medizintechnik und Konsumgüter. Material Handling Institute (MHI) Ebenso berichten Studien, dass Investitionen in Automatisierung stark mit reduzierten Betriebskosten und verbesserter Produktkonsistenz korrelieren.

Wie Automatisierung die Effizienz steigert: Die entscheidenden Zahlen

Das Effizienzargument für Lösungen für die industrielle Automatisierung basiert auf wenigen unteilbaren Kennzahlen:

• Durchsatz. Der Arbeitszyklus eines automatisierten Fördersystems ist konstant und wird weder durch Erschöpfung der Mitarbeiter noch durch Schichtarbeit oder unterschiedliche Schulungen beeinflusst. Ein manuelles Fördersystem kann mit 10 Mitarbeitern in einer Schicht etwa 300 Leistungsschalter produzieren. Ein automatisches Fördersystem, das dieselbe Anzahl an Leistungsschaltern herstellt, kann mit zwei Mitarbeitern, die den Betrieb der Anlage überwachen, 600 bis 900 Leistungsschalter in einer Schicht produzieren.
• Erstdurchgangsausbeute. Alle automatisierten Stationen prüfen, ob die Baugruppen die erforderlichen Spezifikationen erfüllen, bevor sie weiterverarbeitet werden. Dazu werden Drehmomentprüfungen, Durchgangsprüfungen und Sichtprüfungen an allen Baugruppen durchgeführt, bevor diese in die nächste Produktionslinie gelangen. Fehlerhafte Baugruppen (die einen oder mehrere der drei Tests nicht bestehen) werden nicht weiterverarbeitet und erreichen somit nie die Kunden. In regulierten Branchen besteht aufgrund dieser Prüfschritte ein deutlicher Unterschied zwischen “Rückruf” und “zertifiziertem Produkt”.
• Arbeitsmarktstabilität. Die Automatisierung verringert die Abhängigkeit von einer großen Anzahl qualifizierter Montagearbeiter in Regionen der Welt, in denen Arbeitskräfte knapp oder sehr teuer sind oder eine hohe Fluktuation herrscht. Die wenigen verbleibenden Bediener haben zusätzliche Schulungen in neuen Fertigkeiten erhalten; sie überwachen die Montagelinie, warten die Anlagen vorbeugend und beurteilen die Qualität der hergestellten Produkte, anstatt den ganzen Tag die gleiche manuelle Tätigkeit auszuführen.
• Energie- und Materialverschwendung. Automatisierte Schweißverfahren nutzen nur die für den Schweißvorgang notwendige Energie (z. B. Schweißstrom oder Aushärtungswärme). Durch die Regelung mit geschlossenem Regelkreis wird nur die benötigte Energie zugeführt, während bei manuellen Prozessen oft zu Energieüberschuss (Energieverschwendung) geführt wird. Dies liegt daran, dass ein manueller Schweißer tendenziell mehr Energie als Sicherheitsreserve einplant, als es bei einer automatisierten Kontaktschweißmaschine mit geschlossenem Regelkreis der Fall wäre. Durch die Anpassung des Schweißimpulses an den gemessenen Widerstand werden Kaltschweißungen und übermäßiger Materialausstoß vermieden.

Automatisierungsvorteile nach Branchen

Elektrische Betriebsmittel und Stromkreisschutz

Für Hersteller von Geräten wie Leitungsschutzschaltern (MCBs), Motorschutzschaltern (MCCBs), Leistungsschaltern (ACBs), Schützen und Überspannungsschutzgeräten (SPDs) löst die Automatisierung ein spezifisches Fertigungsproblem: die Montage, Kalibrierung und Prüfung jedes einzelnen Geräts. Alle Leistungsschalter sind Sicherheitsgeräte und können nicht serienmäßig geprüft werden; vielmehr muss jedes Gerät einzeln kalibriert werden. Die manuelle Kalibrierung ist langsam, bedienerabhängig und mit Schwankungen behaftet. Automatisierte Kalibrier- und Prüflinien – wie die von Benlong Automation entwickelten und gebauten – kalibrieren die thermischen und magnetischen Auslösecharakteristiken jedes Leistungsschalters innerhalb von Sekunden, speichern die Kalibrierdaten und sortieren alle Geräte aus, die außerhalb des Spezifikationsbereichs liegen. Dadurch löst jeder Leistungsschalter unabhängig von den durch einen manuellen Kalibrierstand verursachten Schwankungen stets gemäß der spezifizierten Kennlinie aus. Die detaillierten technischen Details dieser Systeme finden Sie in unserem Leitfaden zu Was ist eine automatische MCB-Testlinie? erklärt jede Station und ihre Funktion.

Automobil- und Elektrofahrzeugkomponenten

Als eine der ersten Branchen, die großflächige Automatisierung einführte, verzeichnet die Automobilindustrie aufgrund des rasanten Übergangs zu Elektrofahrzeugen (EVs) einen steigenden Bedarf an Roboterlösungen. Beispielsweise müssen Batterien, Leistungselektronik und Elektromotorspulen für Elektrofahrzeuge mit einer Präzision verbunden (z. B. geschweißt) und geprüft werden, die manuell nicht zu erreichen ist. Automobilhersteller betreiben ihre automatisierten Montagelinien mit deutlich höheren Taktzeiten (die mittlerweile in Sekunden gemessen werden) und haben Inline-Qualitätskontrollsysteme integriert, um sicherzustellen, dass keine fehlerhaften Baugruppen in Fahrzeuge eingebaut werden.

Medizinprodukte und Arzneimittel

Für die Herstellung von Medizinprodukten benötigen Hersteller sowohl etablierte Prozesse als auch vollständige Rückverfolgbarkeit. Automatisierte Montage- und Prüfsysteme gewährleisten dies durch die Dokumentation (z. B. aller Schweißparameter, Drehmomentwerte und Ergebnisse der Sichtprüfung), die für die Zulassung erforderlich ist. Dies ist nicht nur ein Beispiel für Automatisierung zur Effizienzsteigerung, sondern dient auch dem Nachweis, dass jedes einzelne Produkt gemäß dem definierten Prozess korrekt hergestellt wurde.

Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung

Automatisierte Abfüll-, Verschließ-, Etikettier- und Verpackungsanlagen reduzieren das Kontaminationsrisiko durch menschlichen Kontakt. Sie arbeiten schneller, sauberer und mit weniger Abfall als halbautomatisierte Anlagen und sind leichter zu reinigen, da die Reinigung direkt vor Ort ohne Demontage möglich ist.

Einen umfassenderen Überblick über die Rolle der Automatisierung in diesen verschiedenen Sektoren bietet unsere Übersicht zu Was ist Automatisierung? liefert den grundlegenden Kontext.

Die vier Arten der Automatisierung und ihre Anwendungsbereiche

Die Verwendung von vier grundlegenden Kategorien der industriellen Automatisierung schafft eine standardisierte Methode, um eine Automatisierungslösung auf eine Produktionsanforderung abzustimmen.

• Feste (harte) Automatisierung: Eine Montagelinie mit dedizierter Produktionskapazität für nur einen Produkttyp. Die MCB-Montagelinie produziert eine Familie von Leistungsschaltern mit höchster Geschwindigkeit. Die Montagelinie erfordert zwar eine hohe Anfangsinvestition, bietet aber die niedrigsten Produktionskosten pro Einheit.
• Programmierbare Automatisierung: Wiederprogrammierbare Geräte für mehrere Produkte einer Produktfamilie (z. B. eine Roboterlötzelle für verschiedene Leiterplattentypen). Mittlere Stückzahlen und Flexibilität.
• Flexible (sanfte) Automatisierung: Systeme, die sich durch minimale Umrüstungen zwischen Produkten auszeichnen und in der Regel bildgesteuerte Roboter und modulare Werkzeuge einsetzen, eignen sich sowohl für die Auftragsfertigung als auch für Produktmixvariationen.
• Integrierte Automatisierung: Die Vision von Industrie 4.0 wird mit einem integrierten computergestützten System realisiert, in dem alle Konstruktionsinformationen direkt in die Produktion einfließen und jede Station mit einem zentralen Manufacturing Execution System (MES) kommuniziert.

Was Automatisierung kostet und was sie einbringt

Die Amortisation berechnet sich nicht nur anhand der eingesparten Arbeitskosten, sondern auch durch den höheren Durchsatz, den geringeren Ausschuss und die vermiedenen Kosten für Garantiereparaturen und Qualitätsprüfungen. Ein Hersteller, der für eine vollautomatische MCB-Linie eine Amortisationszeit von 36 Monaten ansetzt, erwirbt damit einen Wettbewerbsvorteil, der über die gesamte Lebensdauer der Anlage von 10 bis 15 Jahren anhält.

Die Zukunft der industriellen Automatisierung

Mehrere Trends prägen die nächste Generation von Lösungen für die industrielle Automatisierung. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen halten Einzug in die Produktion: Ein KI-gestütztes Bildverarbeitungssystem erkennt selbst kleinste Defekte, die einem regelbasierten System entgehen würden, und ein Algorithmus für maschinelles Lernen kann einen Motorausfall Tage im Voraus vorhersagen. Digitale Zwillinge – virtuelle Abbilder der physischen Produktionslinie – ermöglichen es Herstellern, die Einführung neuer Produkte zu simulieren, das Linienlayout zu optimieren und Bediener zu schulen, bevor die erste Maschine installiert wird. Die Konvergenz von Betriebstechnik (OT) und Informationstechnik (IT) führt dazu, dass jede automatisierte Station zu einer Datenquelle für eine zentrale Analyseplattform wird, die Werksleitern und Geschäftsführern gleichermaßen Echtzeit-Einblicke in die Produktion bietet.

Für Elektrohersteller ist die Zukunft bereits im Gange. Die MCB-Linie, die jeden Leistungsschalter kalibriert und die Kalibrierungsdaten in einer Cloud-Datenbank speichert, ist keine Zukunftsmusik mehr – sie ist bereits Realität. Benlong Automation baut diese Linie. MCB-Automatikprüfleitungen und MCCB-Automatisierungslinien die diese Datenintegration heute schon bereitstellen, denn der Leistungsschalter von morgen wird nicht nur sicherer, sondern auch intelligenter sein, und die Produktionslinie, die ihn herstellt, muss ebenfalls intelligenter sein.

Häufig gestellte Fragen

Was ist industrielle Automatisierung?

Industrielle Automatisierung Automatisierung bezeichnet den Einsatz von Technologien wie Robotern, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), Förderbändern, Sensoren und Software zur Herstellung von Produkten, bei denen nur wenige oder gar keine menschlichen Eingriffe erforderlich sind. Die Automatisierung kann durch den Einsatz einer einzelnen automatisierten Station oder durch die Integration einer kompletten Produktionslinie in ein einziges System erfolgen.

Welche vier Arten der Automatisierung gibt es?

Es gibt vier Arten der Automatisierung: Feste (harte) Automatisierung für die Produktion großer Mengen einzelner Produkte, Programmierbare Automatisierung für die Produktion von Produktchargen, Flexible (weiche) Automatisierung für gemischte Produktlinien und Integrierte Automatisierung, bei der Computer und Datenverbindungen die Produktion an allen Punkten einer Fabrik steuern.

Was besagt die 80/20-Regel für die Automatisierung?

Bei der Prozessautomatisierung werden die Qualitätsverbesserungen (80%) durch die Automatisierung der kritischen, hochpräzisen Aufgaben (20%) erzielt, die besonders anfällig für menschliche Fehler sind. Daher erzielt die Konzentration auf die Aufgaben (20%) den größten Nutzen für die in deren Automatisierung investierten Mittel.

Was sind die 5 besten Automatisierungstools?

Zu den Automatisierungswerkzeugen für Fertigungsprozesse gehören speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Industrieroboter, Bildverarbeitungssysteme, fahrerlose Transportsysteme (FTS) und MES-Software. Jedes dieser Werkzeuge erfüllt eine spezifische Rolle bei der Erfassung, Steuerung, dem Transport, der Überprüfung und der Datenverwaltung in einer automatisierten Fertigungslinie.

Referenzen

• McKinsey & Company – Digitale Fertigung und Industrie 4.0 — Forschung über die Auswirkungen der Automatisierung auf Produktivität, Qualität und Kosten in der Fertigung.
• Material Handling Institute (MHI) – Jährlicher Branchenbericht — Daten zu Investitionstrends und Einführungsraten der Automatisierung in den verschiedenen Fertigungssektoren.
• Internationale Gesellschaft für Automatisierung (ISA) — Normen und Bildungsressourcen für industrielle Automatisierungs- und Steuerungssysteme.
• Automation World — Branchenpublikation, die Automatisierungstechnologien, Anwendungen und Fallstudien in verschiedenen Fertigungssektoren behandelt.

Die Effizienz und Vorteile von Lösungen für die industrielle Automatisierung Dies sind keine Zukunftsversprechen. Es sind die dokumentierten Erfahrungen jedes Herstellers, der einen kritischen Prozess von manuell auf automatisiert umgestellt und dadurch Produktionssteigerungen, sinkende Fehlerquoten und reduzierte Stückkosten erzielt hat. Ob es sich um einen Leistungsschalter, ein Medizinprodukt oder eine Automobilkomponente handelt – die Logik ist dieselbe: Zuerst die hochpräzisen, sich wiederholenden Arbeitsgänge automatisieren, dann in die Prüfung und Verifizierung investieren, die ein Produkt vom “montiert” zum “zertifiziert” macht, und eine Produktionslinie aufbauen, die neben Produkten auch Daten generiert. Benlong Automation entwickelt und baut automatisierte Montage- und Prüfsysteme für die Elektroindustrie – denn ein Leistungsschalter, der einen Stromkreis schützt, muss selbst mit der Präzision gefertigt werden, die nur ein automatisierter, verifizierter Prozess gewährleisten kann.