Automobilindustrie verbessert Automatisierung, übernimmt fortschrittliche Technologien

Die Autoindustrie fügt ausgeklügeltere Roboter hinzu, setzt auf 3D-Druck und integriert andere fortschrittliche Technologien.

Die US-Autoindustrie ist seit Jahrzehnten automatisiert. Die Produktion von Autos und Lastwagen ist mit großen, massigen Robotern verbunden, die von menschlichen Mitarbeitern abgezäunt sind. Innerhalb dieser eingezäunten Bereiche werden Arbeiten wie Schweißen durchgeführt.

Die Industrie schreitet jedoch an der Automatisierungsfront voran. Autohersteller und Zulieferer bewegen sich in Richtung des Einsatzes kollaborativer Roboter, sogenannter Cobots. Solche Geräte sind oft kleiner, handlicher und können sicher zusammen mit menschlichen Bedienern eingesetzt werden.

Darüber hinaus will die Industrie auch den Einsatz von 3D-Druckern ausweiten. Automobilhersteller wie Ford Motor Co. und die BMW AG arbeiten beim Einsatz der Technologie direkt mit additiven Herstellern zusammen. Unternehmen nutzen auch Virtual und Augmented Reality, um Fertigungsprobleme anzugehen. Und wie viele andere Hersteller möchte auch die Automobilindustrie das Beste aus Industrie 4.0 herausholen, bei der „vernetzte“ Maschinen miteinander und mit menschlichen Bedienern kommunizieren.

„Die neue Automatisierung unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von der Automatisierung in den 1980er Jahren“, sagte Kristin Dziczek, Vizepräsidentin für Industrie, Arbeit und Wirtschaft am in Ann Arbor, Michigan, ansässigen Center for Automotive Research (CAR).

„Heutzutage repliziert die Automatisierung nicht nur die körperliche Anstrengung des Menschen, sondern verbindet sie auch mit anderen Cyber- und physischen Systemen innerhalb und außerhalb der Anlage“, sagte Dziczek. „Das bedeutet, dass Hersteller mehr Daten aus der Automatisierung erhalten und mehr Kontrolle über das gesamte Fertigungssystem haben – nicht nur über einzelne automatisierte Stationen.“

Ein Symbol für die Trends der Automobilautomatisierung ist das neue Advanced Manufacturing Center von Ford in Redford, Michigan, einem Vorort von Detroit. Im Inneren werden 3D-Drucker und Cobots auf Möglichkeiten für den Einsatz in der Fabrik untersucht. Die Virtual- und Augmented-Reality-Einrichtungen des Zentrums sind eine Möglichkeit für Ford-Fabriken weltweit, Probleme wie die Stationierung von Produktionsanlagen in der Werkshalle zu lösen.

Ford hat 2017 eine fortschrittliche Fertigungsorganisation gegründet, die Mitarbeiter aus allen Fertigungsbetrieben des Autoherstellers zusammenbringt. Die Gruppe hat ihren Standort letztes Jahr identifiziert, nachdem ein Industrieunternehmen an einen anderen Standort in der Gegend von Detroit umgezogen war.

„Die Ford Motor Co. hat eine sehr ausgereifte Beziehung zur Automatisierung“, sagte Mike Mikula, Chefingenieur der globalen Advanced Manufacturing Organization für Ford. Das Unternehmen wollte seine Fertigungstechnologie beschleunigen, sagte er.

Im Folgenden sind einige der Möglichkeiten aufgeführt, wie sich die Automatisierung und neue Technologien in der Automobilindustrie weiterentwickeln.

3D-Druck mit Power

Beim 3D-Druck oder der additiven Fertigung wird ein Teil Schicht für Schicht aus einem digitalen Design gedruckt. Die Technologie verlagert sich auf das Drucken größerer Teile und mehr Druck mit verschiedenen Arten von Metallen. Die Luft- und Raumfahrt investiert seit Jahren in Additive, da der 3D-Druck neue Designs ermöglicht und eine effizientere Nutzung von Metallen wie Titan verspricht.

Die Autoindustrie hat jedoch größere Produktionsvolumina. Bisher hinkte die Einführung des 3D-Drucks durch Automobilhersteller und -zulieferer ihren Gegenstücken in der Luft- und Raumfahrt hinterher.

„Aktuelle Anwendungen des 3D-Drucks beschränken sich auf Werkzeuge, Matrizen, Formen, Vorrichtungen und einige Kleinserienteile“, sagte Dziczek von CAR. „Die wirklichen Hürden für eine breitere Einführung des 3D-Drucks in der Massenproduktion von Autos und Teilen sind die Zykluszeit, die Kosten und die versunkenen Kosten der aktuellen stanz-, form- und bearbeitungsbasierten Teilebildungsprozesse. Der 3D-Druck muss schneller werden und die Kosten müssen erheblich gesenkt werden, bevor wir weit verbreitete, hochvolumige Anwendungen in der Autoindustrie sehen werden.“

Dennoch ist die Entwicklung der additiven Fertigung in der Automobilindustrie im Gange.

„Fortschritte in der Technologie des 3D-Drucks an und für sich schaffen eine Reihe von Lösungen, die in der Vergangenheit nicht verfügbar waren“, sagte Mikula von Ford. Zu den Verbesserungen gehören „die Geschwindigkeit, mit der wir drucken können, und die Materialien, mit denen wir drucken können. Die Einführung von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFK), fortschrittlichen Kunststoffen und sicherlich Metall hat die potenziellen Anwendungen unter dem Gesichtspunkt der „Kunst des Möglichen“ dramatisch verändert.

„Wenn Sie dies mit einer erhöhten Rechenkapazität kombinieren“, fuhr er fort, „lassen Sie sich von der Software beim Entwerfen des Teils unterstützen. Es erfordert nicht den gleichen technischen Aufwand und die gleiche Vorlaufzeit, um Ihnen eine Hauptlösung bereitzustellen, die alle Ihre Anforderungen erfüllt. Sowohl in Bezug auf das, was wir drucken können, als auch auf die Geschwindigkeit, die wir drucken können … das macht den 3D-Druck zu einer sehr faszinierenden Technologie. Unser Ziel hier ist sicherlich, es unter dem Gesichtspunkt zu nutzen, unsere Fertigungsprozesse mit den Werkzeugen und Montagehilfen auszustatten, die sie benötigen, um robuster zu sein und möglicherweise einige der technologischen Herausforderungen im Zusammenhang mit dem 3D-Druck zu bewältigen.“

Zuvor hat Ford mit Stratasys Ltd. an Prototypen von 3D-Druckern zur Herstellung großer Teile zusammengearbeitet. Der Autohersteller mit Sitz in Dearborn, Michigan, ist zusammen mit BMW auch Investor in Desktop Metal, einem Unternehmen für additive Fertigung mit Sitz in Burlington, Massachusetts. Ken Washington, Chief Technology Officer von Ford, ist im Vorstand von Desktop Metal /P>

Ford und BMW „wissen, dass das kommt“, sagte Jonah Myerberg, Chief Technology Officer und Mitbegründer von Desktop Metal. "Sie sind in Eile. Es dauert noch ein paar Jahre, bis es in einem Fahrzeug zu sehen ist.“

Myerberg sagte, dass der 3D-Druck wahrscheinlich über Formen und Vorrichtungen hinausgehen wird, aber es gibt viele Unsicherheiten.

„Man kann sich nicht nur einen Bereich des Fahrzeugs ansehen“, sagte er. „Man muss das ganze Fahrzeug betrachten. Wir versuchen, ihnen die Augen dafür zu öffnen, was wir als die wichtigsten Vorteile des 3D-Drucks ansehen.“ Die Führungskraft von Desktop Metal sagte, die Autohersteller könnten die Technologie an ihre Top-Zulieferer weitergeben.

„Hinter den Kulissen passiert eine Menge, worüber diese Ingenieure nicht sprechen wollen“, sagte Myerberg. „Wir haben nur eine kleine Vorstellung davon, wie unsere Kunden diese Drucker verwenden werden.“

Im September führte HP Inc. eine neue 3D-Drucktechnologie namens HP Metal Jet ein, die für die Massenproduktion von Stahlteilen bestimmt ist. Die Volkswagen AG beabsichtigt laut HP, die HP Metal Jet-Technologie in den 2020er Jahren zur Produktion von Elektrofahrzeugen einzusetzen. Elektrofahrzeuge haben weniger bewegliche Teile als herkömmliche Verbrennungsmotoren. Infolgedessen können Elektrofahrzeuge eine Gelegenheit sein, die additive Fertigung in der Autoindustrie auszuweiten.

Kollaborative Roboter

Roboter waren eines der frühesten Beispiele für die Automatisierung in der Fabrikhalle der Autoindustrie.

Die frühen Stadien der Einführung von Robotern bestanden darin, gefährliche, sich wiederholende Arbeiten auszuführen, sagte Lou Finazzo, General Manager, Automobil- und Komponentenmärkte bei FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. Viele Roboter wurden zum Schweißen von Auto- und LKW-Karosserien verwendet.

„Menschen waren restriktiv, was die Automobilindustrie auf der Körperseite wirklich entwickeln konnte“, sagte er. Es war eine Herausforderung für menschliche Bediener, „diese riesigen, großen Schweißpistolen“ zu manipulieren und blind über das Fahrzeug zu greifen und zahlreiche Schweißpunkte anzubringen, „von denen man nicht wusste, ob sie gut oder schlecht waren.“

„Sobald die Robotertechnologie auf dem Vormarsch war, konnten sie Fahrzeuge etwas anders konstruieren, [mit] komplexerer Montage“, fuhr er fort. „Ein besserer Regelkreis für die Qualität, der es ihnen ermöglichte, die Menge an Schweiß- und Strukturkomponenten tatsächlich zu reduzieren, hat die Montage von Fahrzeugen zu dem gemacht, wo wir heute sind. Das waren die Anfangsstadien.“

Heutzutage subventionieren Roboter und Automatisierung Arbeitskräfte, und es gibt laut Finazzo Arbeitskräftemangel bei Herstellern und Zulieferern.

„Jetzt können Sie also eine Person nehmen und diese Person kann für vier, fünf kollaborative [Roboter] verantwortlich sein, und Sie haben ihre Effizienz tatsächlich gesteigert … Wenn wir mit traditionellen Autobauern sprechen, ist die erforderliche Flexibilität viel größer als früher in der Vergangenheit“, sagte er.

Kollaborative Roboter werden in der Autoindustrie wahrgenommen. „Zwei Schlüsselfaktoren, die das Interesse der Automobilindustrie an kollaborativen Robotern antreiben, sind Geschwindigkeit und Kosten“, sagte Darrell Paul, Marketing Manager für Robotik und Bewegungssteuerung bei Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. „Kollaborative Roboter können schneller und in bestehende Fertigungsumgebungen implementiert werden. Diese Roboter können auch mit bestehenden Fertigungszellen und Bedienern zusammenarbeiten, wodurch zusätzliche Struktur- oder Infrastrukturkosten entfallen.“

Das Unternehmen stellte seinen neuen Cobot der TM-Serie auf der diesjährigen CES in Las Vegas vor. Laut Omron ermöglicht der Roboter, der über ein Bildverarbeitungssystem verfügt, schnelle Inbetriebnahmen und Umrüstungen. Omron behauptet auch, dass die Software des Roboters es ermöglicht, ihn für verschiedene Aufgaben zu trainieren.

Im Advanced Manufacturing Center von Ford gibt es Roboter von FANUC, ABB, Universal Robots und KUKA Robotics.

„Ein Großteil der Arbeit, die in unseren Werken erledigt wird, erfordert keinen Industrieroboter, der die Reichweite und Nutzlast hat, die Industrieroboter im Grunde ansprechen“, sagte Mikula von Ford. „Kollaborative Roboter bieten einen geringen Platzbedarf in der Fertigung und können sicher in und zwischen unseren Technikern und unseren Einrichtungen integriert werden, ohne dass eine erhebliche Schutzinfrastruktur aufgebaut werden muss.“

„Mit einem kollaborativen Roboter haben Sie eine viel einfachere Lösung; [Sie können] die Arbeit zum Roboter bringen, damit der Roboter die Arbeit sicher und zuverlässig ausführen kann“, fuhr Mikula fort.

„Die Änderung unserer Produktionsanlagen ist sehr teuer“, sagte er. „Der Inhalt in unseren Fahrzeugen nimmt weiter zu. Der Aufwand für die Montage von Motoren, Getrieben, Batteriepacks und Fahrzeugen nimmt mit der Zeit immer weiter zu. Wo wir also diese zusätzlichen Inhalte unterbringen und dafür Automatisierung einführen können … um sicherzustellen, dass wir unseren Verbrauchern Produkte von höchster Qualität zu einem erschwinglichen Preis liefern, da passen kollaborative Roboter wirklich in die Gleichung.“

Aus Sicht der Roboteranbieter besteht ein hoher Leistungsdruck.

„Bei der Automobilindustrie ist eine schnelle Markteinführung sehr wichtig“, sagte Finazzo. „Vor zehn Jahren wäre es ein großer Erfolg gewesen, einen neuen Lkw in 18 Monaten auf den Markt zu bringen. Jetzt sagen sie:‚Wow, wir müssen es in 12 Monaten schaffen.‘ Also ist eine schnelle Markteinführung eine große Sache.“

Automobilanbieter passen sich an

Einige Automobilzulieferer haben sich auf den verstärkten Einsatz von Cobots und das schnellere Tempo eingestellt.

Inficon mit Sitz in Bad Ragaz, Schweiz, stellt Kfz-Inspektionsgeräte für Autosysteme her. Das Unternehmen hat gesehen, wie seine Ausrüstung mit kleineren, kollaborativen Robotern eingesetzt wurde. Inficon-Geräte werden verwendet, um Lecks von Feuchtigkeit oder Gasen zu erkennen. Mit kollaborativen Robotern hat Inficon mehr Möglichkeiten, seine Geräte an Roboter anzuschließen. Infincon-Produkte werden jetzt zur Erkennung von Feuchtigkeit in Elektrofahrzeugsystemen eingesetzt.

„Daran arbeiten wir seit fünf bis sieben Jahren“, sagte Thomas Parker, nordamerikanischer Automobil-Verkaufsleiter von Inficon.

Kollaborative Roboter erleichtern die Bereitstellung von Inficon-Geräten. „Wir schulen unsere Kunden viel darüber, was mit einem kollaborativen Roboter möglich ist, was mit einem sechsachsigen Roboter möglich ist. Seitens meines Teams gibt es viel Bildung.“

Hydromat Inc., ein Hersteller von Werkzeugmaschinen, zu dessen Kunden Automobilkunden gehören, hat sich an Branchentrends angepasst.

Mit Hydromat „ist die Automatisierung interaktiver geworden“, sagte Kevin Shults, Marketingleiter des in Maryland Heights, Missouri, ansässigen Unternehmens. „Für die Arbeiter sind die Systeme zwischen den Bedienern und den von ihnen betriebenen Werkzeugmaschinen interaktiver geworden. Programmieren an der Maschine ist üblicher.“

Änderungen in der Autoindustrie bedeuten „häufigere Umstellungen“, sagte Shults. „Umstellungen müssen schneller gehen.“

Shults fügte hinzu:„Automatisierung ist unerlässlich, um unseren Automobilkunden die mehrteiligen Familien anzubieten, die ihnen Vielfalt und Produktgewinne bieten.“

Workers Adjust

Es werden Anstrengungen unternommen, um die Fähigkeiten der Arbeitnehmer zu verbessern, da die Autoindustrie immer ausgefeilter wird.

AIDT, das Schulungsprogramm für Arbeitskräfte in Alabama, versucht, seine Schulungsbemühungen für Arbeitnehmer zu intensivieren, da die Beschäftigung in der Autoindustrie immer anspruchsvoller wird. Mitarbeiter der Fabriken kommen für Schulungen in die AIDT-Einrichtungen in Tanner, Alabama, in der Nähe von Huntsville.

In Alabama gibt es mehrere Fahrzeugmontagewerke. Der Staat hat auch Luft- und Raumfahrtfabriken. Infolgedessen versucht Alabama, seine Fertigungsausbildung zu verbessern. Im Januar besuchte eine Delegation aus Alabama den Hauptsitz von Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT) in Detroit,
dem Manufacturing USA Institute, das Unternehmen und Akademiker zusammenbringt, um die Leichtbautechnologie für die Fertigung zu verbessern.

„Alabama entwickelt sich in der Fertigung weiter“, sagte Kristi Bain, stellvertretende Direktorin von AIDT.

„Wir müssen in einem fortschrittlichen Fertigungsszenario arbeiten“, sagte Ed Castle, stellvertretender Handelsminister von Alabama in der Personalentwicklungskommission dieser Agentur. „Für uns ist es eine einfache Gleichung. Was ist der Bedarf und wie definieren Sie diesen Bedarf?“

Laut Mikula von Ford spiegeln diese Trends wider, dass die Automobilherstellung attraktiver ist als früher.

„Es ist ein wirklich aufregender Ort“, sagte er. „Es ist ein wirklich lustiger Ort.“