Fortschrittliche Robotik revolutioniert die industrielle Fertigung

Individualisierung und Flexibilität sind derzeit zwei der heißesten Schlagworte in der industriellen Fertigung. Kunden wollen etwas, das genau für sie gemacht ist – sei es ein personalisiertes Aftershave mit ihrem Namen auf der Flasche, ein Fahrzeug mit genau den Features, die sie brauchen, oder ein neues Smartphone mit der neuesten 5G-Funkantenne. Diese Individualisierung führt zu einem Schluss: Die Fertigung bewegt sich in Richtung High-Mix-Produktion und der Herstellung von Millionen unterschiedlicher Produkte in sehr kleinen Losgrößen.

Gleichzeitig sind viele heute gefertigte Produkte für etablierte Automatisierungstechnologien allein zu komplex, was Hersteller zwingt, traditionelle Robotik mit manueller Montage durch menschliche Arbeitskräfte zu ergänzen. Menschen werden für ihre Fähigkeit geschätzt, Prozessänderungen sehr schnell zu verstehen und zu berücksichtigen. Was wäre, wenn diese Flexibilität in automatisierte Prozesse integriert wäre?

Ein flexibles und automatisiertes (sogar autonomes) Produktionssystem ist der Heilige Gral für viele Hersteller, die die Herausforderung wachsender Produktkomplexität meistern und gleichzeitig Anforderungen nach stärkerer Individualisierung erfüllen wollen. Die Fähigkeit, die Produktion schnell von einem Produkt auf ein anderes umzustellen, wird ein entscheidendes Merkmal von Unternehmen auf dem Weg zu Losgrößen von eins und den hochindividualisierbaren Produkten von morgen sein.

Kleine Losgrößen sind an sich kein Problem, aber aktuelle Produktionsprozesse können dies nicht ohne große Investitionen in eine zunehmend komplexe Infrastruktur bewältigen. Um das Problem exponentieller Investitionen zu vermeiden, das das Problem möglicherweise nicht einmal löst, suchen viele Unternehmen nach einem flexibleren Produktionsansatz. Wie können Hersteller mehrere Produkte effizient mit minimalen Änderungen auf dem Shopfloor zwischen den Produkten fertigen?

Fortschrittliche Robotik ist die Antwort, und viele Unternehmen sind bereits auf dem Weg zur Einführung.

Die Reise zur fortgeschrittenen Robotik

Viele Shopfloors verlassen sich auf Förderbandnetzwerke, um alles von Rohmaterial bis zu Endprodukten zu transportieren. Diese Netze wurden jedoch nicht dafür ausgelegt, Tausende verschiedener Produkte zu den sich ständig ändernden Orten zu bringen, die in einem Multi-Produkt-Fertigungsprozess benötigt werden. Was wäre, wenn ein Fördersystem sich ändern könnte? Vielleicht Wege ändern, um überlastete Bereiche in der Fabrik zu umgehen? Oder Ziele ändern, um ein Werkstück zur optimalen Bearbeitungsstation zu bringen?

Diese Probleme löst fortgeschrittene Robotik durch den Einsatz von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und autonomen mobilen Robotern (AMR) in Kombination mit einer fortschrittlichen Software-, Lösungs- und Anwendungsentwicklungsplattform.

Typischerweise besteht das Ziel darin, Material von Punkt A nach Punkt B mit relativer Leichtigkeit zu liefern. Aber es ist nicht so einfach, nur FTS oder AMR in eine Anlage einzuführen. Ein großer Teil des Investitionswerts kommt aus der Optimierung und Koordination der fortschrittlichen Robotertechnologien. In unserer Erfahrung ist die Unterstützung von Unternehmen bei der Einführung fortgeschrittener Robotik in ihre Fertigungsprozesse eine vierstufige Reise.

Stufe 1 – Einsteiger (Entrant): Sie ist geprägt durch den Einsatz von fixer Automatisierungsrobotik oder ähnlichen Technologien, bei denen die meisten Operationen manuell programmiert werden. Die gesamte Prozessplanung wird von einem Menschen durchgeführt, möglicherweise mit Softwareunterstützung, und die Aufgaben werden dann bestimmten Robotern zugewiesen, die an bestimmten Orten und zu bestimmten Zeiten funktionieren. Dieser Ansatz funktioniert gut bei der Herstellung großer Stückzahlen, wenn Änderungen oder Modifikationen an einer Produktionslinie auf ein Minimum beschränkt sind. Da jede Aktion eines Roboters in dieser Stufe explizit festgelegt ist, muss der Roboter bei Änderungen außer Betrieb genommen und manuell neu programmiert werden. Dies beeinträchtigt die Produktionszeiten negativ.

Stufe 2 – Erfahrene (Veterans): Dies ist heute die häufigste Stufe für industrielle Hersteller. Sie zeichnet sich durch den Einsatz des digitalen Zwillings für die vollständige Systemvalidierung und für den Aufbau von Steuerungsalgorithmen für die gesamte Produktionslinie aus. Die Nutzung eines digitalen Zwillings der Fertigung liefert tiefe Einblicke, wie man in späteren Phasen der Reise vorgehen kann, indem die Simulation der gesamten Anlage ermöglicht wird. Signifikante Produktivitätssteigerungen in dieser Stufe können durch das gleichzeitige Aktualisieren mehrerer Roboter erreicht werden, die von den gleichen speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) laufen, was Stillstandszeiten auf dem Shopfloor reduziert.

Stufe 3 – Pioniere (Pioneer): Hersteller beginnen, mehr des Produktionsprozesses zu automatisieren. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem digitalen Zwilling und ergänzt durch Feedback von IoT-Sensoren, kann aufgabenbasierte Programmierung für Roboter in der gesamten Anlage implementiert werden. Dies verkürzt die Zeit, die benötigt wird, um Roboter an Design- oder Prozessänderungen anzupassen, erheblich. Einfache Befehle können verwendet werden, um den Roboter basierend auf einer Closed-Loop-Kalibrierung zwischen der physischen Umgebung und dem digitalen Zwilling automatisch anzupassen.

Stufe 4 – Visionäre (Visionary): Hier werden fortschrittliche Robotik-Initiativen hochautonom und liefern nahezu vollständige Autonomie der Roboter. Dies ist auch die Stufe, in der FTS und AMR hochwirksam werden, indem sie statische Förderbänder und lineare Prozesspfade durch fortschrittliche, mobile Robotik ersetzen. Jetzt können Produktionsänderungen fast so einfach sein wie die Eingabe der benötigten Produktanzahl und der Varianten. Aus diesen Informationen bestimmt das System den optimalen Pfad, um das gewünschte Los zu produzieren.

Die Software bestimmt nun, wie viele Teile aus Lager B benötigt werden, oder welche Bearbeitungsstation am schnellsten hochfahren kann, um das Los zu produzieren. Und wenn die erste Wahl wegen Wartung ausfällt, was ist die nächstbeste Option? Die Grenzen enden nicht an den Fabrikmauern. Die Vorteile erstrecken sich auf Lieferanten und Distributoren und helfen, die effizienteste Arbeitslast für die Fabrik zu erzeugen.

Die Visionär-Stufe ist der optimale Zeitpunkt für die Implementierung von FTS und AMR, dank vollständiger Fabriksimulationen. Aber fortgeschrittene Robotik kann in früheren Stufen eingeführt werden, um Aufgaben auszuführen, die simpler sind als Produktionsplanung. Einige Unternehmen haben FTS und AMR als semi-autonome Kommissionierwagen für Lager eingeführt, wo der Roboter einem menschlichen Arbeiter folgt und assistiert.

Je nachdem, wie die Fabrik betrieben wird, gibt es nahezu unendlich viele Möglichkeiten, die Anlage zu optimieren. Deshalb ist die Investition in den umfassenden digitalen Zwilling so wichtig für diese Reise. Er ermöglicht tiefere Einblicke, wie eine Fabrik läuft, und hilft, zukunftssicher in das Geschäft zu investieren. Fortschrittliche Robotik ist Teil von Siemens Xcelerator-Portfolio aus Software, Lösungen und Anwendungsentwicklungsplattform, wo heute auf morgen trifft für die industrielle Fertigung.