Robotik & Automatisierung: Drei zentrale Chancen für die Fertigung

Von großen Fertigungsanlagen, in denen Roboter die komplette Montage übernehmen, bis hin zu kleinen Unternehmen, die ausgewählte Produktionsprozesse optimieren – die Automatisierung verändert das Gesicht der Fertigung grundlegend. Den „einen“ Weg zur Smart Factory gibt es dabei jedoch nicht. Gerade Unternehmen in High-Tech- sowie stark regulierten Branchen müssen bei ihren Automatisierungsbemühungen oft eine Extrarunde drehen. Letztendlich läuft es für die Hersteller auf zwei Fragen hinaus: Wo sind die größten Chancen der Automatisierung für mein Unternehmen? Und wie lassen sich diese einfach und kosteneffizient implementieren?

Idealerweise erstreckt sich der Ansatz der digitalen Transformation auf das gesamte Unternehmen – von der Forschung und Entwicklung über das Produktdesign bis hin zu Fertigung und Supply Chain Management. Trotzdem ist es sinnvoll, sich zunächst auf einzelne Bereiche zu fokussieren, im kleinen Maßstab nach Optimierungsmöglichkeiten zu suchen und so sukzessive die Automatisierung flächendeckend auszubauen.

Wie die Automatisierung von Prozessen Hersteller dabei unterstützt, ihr Produktdesign zu verbessern, Kosten zu reduzieren und Qualitätsanforderungen über die Maße hinweg zu erfüllen, zeigen die folgenden drei Beispiele:

1. Design-for-Automation für flexible Skalierung

Wer sich nur darauf konzentriert, die Produktion zum Laufen zu bringen, ohne zuvor die dafür notwendigen Automatisierungsprozesse geprüft zu haben, wird sehr schnell Probleme bekommen. Automatisierung ist nicht gleich Automatisierung und nicht jedes Produktdesign ist von vornherein kompatibel mit den bestehenden Fertigungssystemen einer Anlage. Lassen sich die Teile vom System erkennen, greifen und bewegen? Sind für die Roboter visuelle Marker an den Transport-Trays nötig? Nicht selten stellen Hersteller bei der Überführung fest, dass für eine automatisierte Fertigung kostspielige Veränderungen am Design nötig sind. Auch der Übergang von einen manuellen auf einen automatisierten Montageprozess, muss verifiziert und validiert werden.

Mit Design-for-Automation lassen sich solche Probleme frühzeitig vermeiden und ein reibungsloser Übergang vom Prototyp zur Produktion sicherstellen. Dabei wird die Automatisierung schon beim ersten Entwurf mitgedacht. Geht es dann in die Vorserie können die Systeme erneut evaluiert und für die Vollproduktion optimiert werden. Ein solcher Design-Ansatz ist vor allem dann interessant, wenn das Volumen bei steigender Nachfrage schnell hochgefahren werden soll. Hier können Hersteller agiler reagieren – mit deutlich weniger Personalbedarf und Aufwand bei der Implementierung von Redundanzen.

Diese Erfahrung machte auch ein Getränkehersteller. Das Unternehmen entwickelte für den Vertrieb seiner Softdrinks einen neuen Getränkeautomaten. Um das Produktionsvolumen der Automaten hochzufahren, wurde der EMS-Dienstleister Plexus mit ins Boot geholt. Ziel war es, die Fertigung zu automatisieren und so der Nachfrage am Markt möglichst schnell nachzukommen. Ein Hauptaugenmerk lag dabei auf den Einbau der Pumpen, die das Füllgut bzw. die verschiedenen Kaltgetränke befördern. Da jeder Automat mehrere Pumpen enthält, war die manuelle Montage sehr zeitaufwändig. Konstruktions- und Produktionsteams arbeiteten eng zusammen, um ein automatisiertes System zur Optimierung des Prozesses zu entwickeln. Zum Einsatz kamen dabei Roboter, die die Bauteile der Pumpen schneller – und mit höherer Präzision – greifen, platzieren und montieren. Der höhere Automatisierungsgrad ermöglicht es, das Produktionsvolumen der Getränkeautomaten zu erhöhen, Zeit und Kosten zu sparen und die Fertigung insgesamt effizienter zu gestalten. Ein weiterer Effekt der Automatisierung: Der Getränkehersteller konnte die Automaten zum anvisierten Preis an Kunden verkaufen.

2. Programmierte Systeme und Cobots

Das Automatisieren von Prozessen macht die Fertigung weniger anfällig für Fehler – zumindest menschliche Fehler. Für Hersteller bringt das einige Vorteile: eine effiziente Produktion, niedrige Gesamtbetriebskosten und wiederholbare Ergebnisse, die letztendlich zu einer höheren Produktqualität beitragen. Die Leiterplattenbestückung ist hier ein klassisches Beispiel. In einem Fall entwickelte Plexus gemeinsam mit einem Hersteller ein automatisiertes Maskierungssystem. Ein smartes Dispenser-Modul wurde implementiert, um sicherzustellen, dass die Leiterplatten in der Produktionslinie die richtige Schutzschicht erhielten. Die Reihenfolge und Art der Leiterplatte spielte dabei keine Rolle, denn das neue System erkannte von selbst, mit welchem Auftragsverfahren die Fläche der Leiterplatte überzogen werden sollte.

Einen ähnlich hohen Automatisierungsgrad bieten sogenannte Cobots (kollaborative Roboter). Diese Industrieroboter sind im Produktionsprozess nicht durch Schutzeinrichtungen von den Mitarbeitern getrennt, sondern arbeiten eng mit ihnen zusammen. Bei der Fertigung von Metalldetektoren setzte Plexus die Cobots ein, um eine Schutzschicht automatisch und mit höchster Präzision aufzutragen. In beiden Fällen können Hersteller mit automatisierten Prozessen, den manuellen Aufwand und damit Kosten reduzieren sowie die Produktqualität verbessern.

3. Selbstkalibrierungsfähigkeiten

Überhaupt sind Roboter in Fertigungsanlagen heute mehr als nur für die Montage von schweren Bauteilen zuständig. Dank der rasanten Fortschritte in der Robotik, Machine Vision, der künstlichen Intelligenz (KI) und Machine Learning übernehmen sie mehr und mehr Arbeitstätigkeiten ihrer menschlichen Kollegen.

Insbesondere im Rahmen der Qualitätskontrolle nehmen sie eine immer wichtigere Rolle ein. Denn mit der Automatisierung in der Fertigung rückt die Null-Fehler-Produktion in greifbare Nähe. Ausgestattet mit modernster Bildverarbeitungstechniken können Roboter, Bauteile mit hoher Genauigkeit greifen, platzieren oder sogar auf Fehler überprüfen. Perfekt sind diese Systeme natürlich nicht. Schon ein leichter Stoß reicht aus, um eine bildverarbeitende High-Tech Kamera zu verschieben. Auch Schmutzpartikel in der Fabrikumgebung können Sensoren blockieren und Messwerte verfälschen.

Selbstkalibrierungsfunktionen sind daher für die automatisierte Fertigung ein Muss. Die Systeme führen dazu eigenständig routinemäßige Selbstkontrollen durch und vergleichen die erfassten Ergebnisse mit vorab definierten Parametern. Abweichungen, wie die falsche Position einer Kamera oder ein eingeschränktes Sichtfeld, werden erkannt und automatisch korrigiert. Die Re-Kalibrierung wird zudem dem Maschinenbediener gemeldet, der eine Sicherheitsüberprüfung vornimmt und damit eine zusätzliche Qualitäts-Checkpoint darstellt.

Automatisierung in kleinen Schritten und nicht allein

Die digitale Transformation mag auf den ersten Blick als Mammutaufgabe erscheinen. Und selbst wenn die Automatisierung in kleinen Schritten voran getrieben wird, stellt sich doch immer zuerst die Frage: Womit beginnen? Die gute Nachricht: Hersteller müssen sich mit dieser Frage nicht zwangsläufig allein herumschlagen. Insbesondere wenn es um den Einsatz von neuen Technologien, die nicht zu den eigenen Kernkompetenzen geht, lohnt sich die Zusammenarbeit mit einem Partner. EMS-Dienstleister sind heute mehr als nur Auftragsfertiger und werden immer früher in die Produktentwicklung miteinbezogen. So wird später die reibungslose Fertigung garantiert und die Lowest-Total-Cost-of-Ownership. Darüber hinaus verfügen EMS-Dienstleister über ein branchenübergreifende Wissen, wie digitale Technologien am besten und über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts hinweg eingesetzt werden können.

Gemeinsam lassen sich unerwartete Herausforderungen besser meistern und Produkte sicher und in-time auf den Markt bringen. Es ist eine Win-Win-Situation: Hersteller profitieren von den Best Practices der Branche und können sich gleichzeitig voll auf die Entwicklung ihrer Produkte konzentrieren, ohne den Anschluss an die digitale Transformation zu verlieren. 

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