Werkerassistenz für fehlerfreie Schraubverbindungen Wie digitale Assistenten die Verbindungstechnik verändern

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In der modernen Fertigungslandschaft geben nicht nur Automatisierung und Digitalisierung den Takt vor, sondern auch die Integration des Menschen in vernetzte Prozesse. In der Schraub- und Verbindungstechnik schließen die Werkerassistenzsysteme diese Lücke .

Auch wenn in Fertigungsbetrieben dank Automatisierung und Robotik immer mehr Schraub- und Verbindungsprozesse ohne manuelles Zutun ablaufen, bleibt der Mensch an vielen Stellen unverzichtbar. Monteure und Techniker werden allerdings zunehmend in die vernetzte Produktion eingebunden. Dies geschieht nicht mehr nur über die klassischen Mensch-Maschine-Schnittstellen, sondern kann über eine ganze Reihe von Interfaces erfolgen. Angefangen von digitalen Anzeigetafeln über mobile Endgeräte bis hin zu Virtual- und Augmented-Reality-Lösungen stehen den Unternehmen verschiedenste Assistenzsysteme zur Verfügung, um fehlerfreie Schraubverbindungen zu gewährleisten.

Schritt für Schritt durch den Montageprozess 

Vorreiter sind hier vor allem Branchen, in denen menschliche Fehler folgenschwer und teuer sein können. So sind in der Automobilindustrie, der Elektronikfertigung oder der Luft- und Raumfahrt Systeme zur Werkerführung meist schon selbstverständlich. Diese spezielle Form der Assistenz stellt den Mitarbeitern detaillierte Anleitungen zur Verfügung und befähigt sie, Fehler zu reduzieren. Das schlägt sich direkt in einer höheren Qualität der Endprodukte nieder. „Ein Werkerassistenzsystem funktioniert vereinfacht gesagt wie eine digitalisierte Bauanleitung für Möbel, die Schritt für Schritt durch den kompletten Montageprozess führt“, beschreibt Alexander Grosser, Projektmanager bei Stahlwille, das Prinzip kurz und knapp.

Komplexe Montageprozesse in einfache Teilschritte herunterbrechen

Natürlich ist die Arbeit an Montagelinien oft komplexer und muss hohe Qualitätsstandards erfüllen. Zudem sind Montagearbeiter einer zunehmenden Prozesskomplexität ausgesetzt, die zu einer physischen und kognitiven Arbeitsbelastung führt. Werkerassistenzsysteme werden zur Bewältigung dieser Herausforderung eingesetzt, indem sie Informationen darüber bereitstellen, was zu tun ist, wie es getan werden sollte und warum es getan werden sollte. „Die Werkerführung stellt das ideale Hilfsmittel dar, um komplexe Montageprozesse in einfache Teilschritte herunterzubrechen. Dabei kann die Software sicherstellen, dass jeder Teilschritt ordnungsgemäß ausgeführt wird und damit jedes Bauteil den gleichen Qualitätsstandards entspricht. Der große Mehrwert liegt dabei daran, dass wir dem Werker die Last der Verantwortung einer komplexen Montage nehmen, sodass er sich auf das Wesentliche konzentrieren kann. Dies führt nachweisbar zu weniger Fehlern und höherer Zufriedenheit,“ erklärt Marian Kück, Produktmanager Software bei Desoutter.

Fehlerpotenzial von Beginn an reduziert

Fehlerhaften Verbindungen, die sich erst im Feld herausstellen, können teure und rufschädigende Rückrufaktionen zur Folge haben. So musste Honda im vergangenen Jahr in den USA 150.000 Fahrzeuge in die Werkstätten beordern. Der Grund: Der Hauptbremszylinder wurde während der Produktion nicht ordnungsgemäß an der Bremskraftverstärker-Baugruppe befestigt, was zu losen oder fehlenden Stangenmuttern führte. Und auch Ford machte 2023 Schlagzeilen, weil seine SUVs der Modellreihe Explorer beim Parken ins Rollen geraten könnten. Fehlerhafte Achsschrauben wurden hier als Grund angegeben.

Equipment-as-a-Service für Werkerassistenzsysteme

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Mit moderner Werkerführung stehen Mittel zur Verfügung, solche Fehler von Anfang an zu vermeiden. Möglich ist das durch die Vernetzung der Kontrollebenen, von Programmen und der an einzelnen Maschinen und Arbeitsplätzen gesammelten Daten. Die Assistenzsysteme bereiten diese Erfahrungswerte auf und präsentieren sie den Benutzern über diverse Kanäle. Die anschließende Visualisierung spielt dabei eine nicht zu unterschätzende Rolle. Laut Nexonar- Geschäftsführer Frank Honisch geht der Trend dabei weg von starren Bildschirmen. Stattdessen werden Werker mithilfe von Tablets oder Datenbrillen zunehmend am Produkt geführt, wodurch der Aktionsradius der Werker erweitert wird. Dies ermöglicht es,Daten direkt am Einsatzort zu erfassen und zu teilen. „Durch das kontinuierliche Abspeichern von wichtigen Messdaten sind darüber hinaus auch Trends in einer Produktion erkennbar. Daten können schneller erfasst und bewertet werden, sodass Fehlerquellen einfacher gefunden werden“, so Frank Honisch.

Effizienzsteigerung durch nahtlose Datenintegration

Werkerführungssysteme dienen als flexible Kommunikationsschnittstelle von Backend-Systemen – wie ERP, MES und PLC – mit Menschen und Maschinen. Sie gehen weit über die bloße Anleitung von Werkern hinaus, indem sie Werkzeuge automatisch konfigurieren und steuern, Messgeräte integrieren, sowie 2D- und 3D-Positionierungstechnologien für Live-Messungen und Inspektionen nutzen. Diese Systeme erfassen Messdaten und speichern wichtige Informationen für die Produktionsoptimierung in Datenbanken.
 „Werkerführungssysteme mit ihren angeschlossenen Sensoren sind Datenquellen. Prozesse werden transparenter und liefern wertvolle Daten, um die Prozessqualität zu bestimmen und zu steuern“, erläutert Steven Geirnaert, Key Account Manager bei Nexonar. „Wichtig sind auch Echtzeit-Hinweise, wenn Prozesse nicht korrekt ablaufen. Dies können einfache Signale sein, wie ein Audio-Feedback oder visuelle Meldungen durch Dioden, Video- oder Laser-Projektionen.“
 Standardisierte Schnittstellen und Protokolle stellen eine Grundvoraussetzung dar, um eine reibungslose Datenübertragung zu ermöglichen. Sie gewährleisten eine nahtlose Integration von Systemen, sichern eine effiziente und sichere Datenkommunikation, steigern die Flexibilität und Skalierbarkeit von Produktionsprozessen und unterstützen die Echtzeit-Interaktion zwischen Menschen und Maschinen. „Ein wesentlicher Bestandteil unserer aktuellen Technologielandschaft ist OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), ein offenes Protokoll für industrielle Kommunikation. Diese Technologie ermöglicht eine zuverlässige und flexible Verbindung zwischen verschiedenen Maschinen und Systemen in der Produktionsumgebung“, sagt Thomas Wree von CSP.

Künstliche Intelligenz im Prozessdesign

Der so an den Montageplätzen gewonnene Datenschatz eignet sich optimal zum Trainieren Künstlicher Intelligenz. Vor allem im Prozessdesign sehen Experten vielversprechende Ansätze für den Einsatz von KI. „Wir sehen großes Potenzial für den Einsatz Künstlicher Intelligenz bei der Planung, Auswertung und Interpretation von Schraubfällen. Die konsequente Anwendung von KI-Systemen bei der Entwicklung von komplexen Schraubfolgen kann schnellere und damit effizientere Fertigungsprozesse ermöglichen“, prognostiziert Alexander Grosser. Marian Kück geht sogar davon aus, dass sich die Werkerführung selbst generieren wird, indem sie beispielsweise automatisch Konstruktionsdaten extrahiert und in Montageprozesse übersetzt.
 Es deutet sich an, dass durch die Synergie von Mensch, Maschine und Künstlicher Intelligenz in der modernen Produktionsumgebung eine neue Ära der Effizienz und Qualität eingeläutet wird. Die fortschrittliche Werkerführung, unterstützt durch KI, stellt dabei einen zentralen Pfeiler dar. Dieser steigert nicht nur die Produktivität, sondern fördert auch die Mitarbeiterzufriedenheit durch klare Anweisungen und eine optimierte Arbeitsplatzgestaltung .