Automation in Aktion: Wie Hersteller Robotik für Erfolg nutzen

Berichte von Herstellern, die Automatisierung implementiert haben: Warum sie es taten, wie die Ergebnisse waren – und Ratschläge für andere, die einen neuen „Droiden“ erwägen

Einen neuen Pickup kaufen? Einen Ersatz für den müden Trolling-Motor? Oder entscheiden, ob das thailändische Restaurant, das letzten Monat eröffnet hat, gut ist? In diesen und unzähligen anderen Kaufsituationen ist der beste Rat oft, mit Kunden zu sprechen, die diese Produkte gekauft oder diese Küche probiert haben. Wie waren ihre Erfahrungen? Erhielten sie guten Service, erfüllte das Produkt ihre Anforderungen? Vielleicht am wichtigsten: Würden sie es wieder kaufen?

Dasselbe gilt für Roboter. Gerade für Roboter. Denn angesichts anhaltendem Fachkräftemangel und hoffnungsvoller Wiederbelebung von Reshoring-Bemühungen in den USA und anderswo ist robotische Automatisierung der Schlüssel zum Wachstum und zur Effizienzsteigerung der Fertigungsindustrie. Nirgends ist dies wahrer als bei kleinen Unternehmen wie MT Solar Co. in Charlo, Montana, wo Inhaber und Präsident Travis Jordan seit der Gründung rapides Wachstum erlebt. Jordan setzte kürzlich auf kollaborative Roboter (Cobots) als Lösung. Wie sich herausstellte, war seine Entscheidung ein Gamechanger.

„Wir begannen vor etwa 12 Jahren mit allgemeiner Fertigung und Fabrikation, dann pivotierten wir 2014 zur Solarindustrie mit dem Launch unserer ersten Flaggschiff-Produktlinie“, sagt Jordan. „Wir hatten kurz zuvor in einen CNC-Plasmatisch investiert, sodass unser Workflow damals aus automatisiertem Zuschnitt der Einzelteile und manuellem Schweißen bestand. Das funktionierte gut, bis vor einigen Jahren der Solarmarkt richtig durchstartete und wir schnell hochfahren mussten. Aber wie die meisten Shops heute kämpften wir um qualifizierte Arbeitskräfte. Wir entschieden uns, Robotik als Weg zu prüfen, um Durchsatz bei unseren wiederholten Schweißarbeiten zu steigern.“

Trotz rapiden Wachstums und explodierender Nachfrage betont Jordan, dass sein Produktionsteam auf Lean-Fertigungsprinzipien fokussiert ist und seine anpassbaren Montagesysteme in kleinen Losgrößen Just-in-time fertigt. Seine Suche nach einer skalierbaren, flexiblen Lösung führte ihn schließlich zu Universal Robots USA Inc. (UR) in Ann Arbor, Michigan, wo er ein System fand, das die Low-Volume/High-Mix-Bedürfnisse des Unternehmens erfüllte. Der Cobot Welding Tool von UR-Partner Vectis Automation in Loveland, Colorado, ist mit einem UR10e Cobot, integriertem Pendant und „DIY-Programmierungs“-Software ausgestattet und an einen tragbaren modularen Spannmitteltisch mit Bordstromversorgung von Rhino Cart montiert.

Jordan sagt, sie testeten diverse hochwertige Systeme, aber die meisten waren auf höhere Produktionsvolumen ausgelegt, nicht auf die Dutzend-Stück-und-kleiner Losgrößen, die MT Solar stündlich verarbeiten musste. Die meisten erforderten auch Schutzzäune – ein Kostenfaktor, den Jordan wenn möglich vermeiden wollte. „Unsere Spannbedürfnisse sind auch viel simpler als bei einem konventionellen Roboter“, sagt er. „Wenn ein Teil nicht passt und Handschweißen erfordert, kann jemand einfach reinspringen und es am selben Tisch machen, dann lässt man den Cobot weiterarbeiten. Das geht nicht, wenn man mit Guarding und schwenkbaren Drehtischen zu tun hat wie bei den meisten automatisierten Schweißzellen.“

Sein einziger Bedauern: Er hätte zwei davon kaufen sollen. „Später dieses Jahr planen wir, einen weiteren Cobot anzuschaffen, damit wir einen für Setup und Programmierung und einen für Produktion dedizieren können“, sagt Jordan. „Das ermöglicht kontinuierlichen Fluss, wie er in einer Lean-Umgebung nötig ist.“

Enge Räume

Steve Dillon teilt eine ähnliche Cobot-Erfolgsgeschichte, allerdings mit völlig anderer Begründung. Als Vice President von CDP Diamond Products in Livonia, Michigan, gehört er zur dritten Generation von Werkzeugmachern in der Familie Dillon. Als er seinen Brüdern vorschlug, in Roboter zu investieren, um ihre acht FANUC Draht-EDM-Maschinen (WEDM) rund um die Uhr laufen zu lassen, waren sie skeptisch, stimmten aber einem Versuch zu.

Wie der Name andeutet, entwirft und fertigt CDP Diamond Products ein breites Spektrum kundenspezifischer Diamantschneidwerkzeuge. Ein Prozessschritt erfordert das Laden des gelöteten Werkzeugs in einen Drehtisch und Drahtschneiden des gewünschten Profils auf jeder Schneide – ein Vorgang, der typischerweise rund drei Stunden dauert. Um Maschinenverfügbarkeit zu maximieren und Durchsatz zu steigern, rüstete Dillon die meisten WEDMs mit einem Paar Drehtische aus, was ihm aber nur sechs Stunden unbeaufsichtigte Bearbeitung brachte. Er wandte sich an seinen FANUC-Distributor, Methods Machine Tools Inc. in Sudbury, Massachusetts, um Rat.

„Zuerst schlugen sie mehr Drehtische vor, aber die sind irre teuer, und ich wusste, ich könnte wahrscheinlich einen Roboter für ungefähr den gleichen Preis bekommen“, sagt Dillon. „Das Problem war der Platz. Ich hatte temperaturkontrollierte Räume um die Drahtmaschinen gebaut, um Teilegenauigkeit zu maximieren, und das bedeutete: kein Platz für Guarding, Käfige und all das. Glücklicherweise hatte FANUC gerade ihre kollaborative Roboter-Serie eingeführt.“

Ähnlich wie MT Solars Schweißlösung lieferte Methods CDP Diamond Products einen beweglichen Ständer mit Taschen für zwei Dutzend HSK-63-Werkzeughalter. Daran montierten sie einen FANUC CRX Cobot, der genug Armreichweite hat, um zwei Maschinen zu bedienen. Je nach Werkzeugmix können Dillon und sein Team nun zwei oder mehr Schichten komplett unbeaufsichtigt fahren, und wenn ein Bediener eingreifen muss, kann die andere Maschine einfach weiterlaufen.

„Es ist so schwer, Leute zu finden, dass ich, als mein Sohn in der High School war, ihn bat, nachts die Maschinen zu bedienen“, sagt Dillon. „Neulich rief er vom College an, ob wir Arbeit für ihn hätten. Ich musste ihm sagen: ‚Sorry, Sohn. Du wurdest von einem Roboter ersetzt. Jetzt lern.‘“

Käfig-Duell

Ron Douglas, Inhaber und Präsident von Associated MetalCast LLC in Oxford, Alabama, hat kein Problem mit Käfigen. Sein Unternehmen installierte vor einigen Jahren einen FANUC Roboter an einer Okuma Genos L300 CNC-Drehmaschine und Douglas ist seither fester Überzeugung von Automatisierung. Das Unternehmen hat nun drei solche Zellen und plant, zwei weitere im Sommer zu implementieren. Da es sich um „Industrieroboter“ und nicht Cobots handelt, sind Käfige nötig, um Menschen sicher zu halten, obwohl eine Zelle nur einen Lichtvorhang nutzt. Alle sind mit Be- und Entladen, Reinigen in den Zellen-Waschstationen und in einem Fall 100-Prozent-Prüfung an einem integrierten KMG betraut.

Associated MetalCast gießt oder schmiedet keine Teile. Douglas gründete das Unternehmen 1998 und wählte den Namen wegen enger Verbindung zu Gießereien landesweit. Es bietet Präzisionsbearbeitung, Lackieren, Wärmebehandlung, Montage und andere wertschöpfende Prozesse für Branchen wie Landwirtschaft, Schwermaschinen und Infrastruktur. Und während viele Fertigteile als Guss- oder Schmiedeteile beginnen, bearbeiten Associated MetalCast und seine 96 Mitarbeiter auch viel Stangenmaterial und Platten und bieten Kunden eine „One-Source“-Fertigungslösung.

Auf die Frage, warum er zu automatisieren begann, war Douglas‘ Antwort nicht überraschend. „Angesichts unserer Herausforderungen bei der Suche nach qualifizierten Arbeitskräften hier in Alabama wird Automatisierung ein sehr großer Teil unserer Zukunft bleiben. Nicht nur, dass es Effizienz, Durchsatz und Teilekonsistenz steigert, es befreit auch unsere Mitarbeiter, sich interessanteren Aufgaben als Maschinenbedienung zu widmen. All das ist in der heutigen Bearbeitungswelt sehr wichtig.“

Er nennt einen weiteren wichtigen Punkt: Teammitglieder bei jedem Automatisierungsprojekt mit ins Boot holen. „Überraschenderweise war das anfangs recht herausfordernd“, sagt Douglas. „Ich kämpfte um Buy-in von Engineering- und Produktionsleuten, weil es für sie neu war und völlig außerhalb ihres Horizonts lag. Aber sobald sie Ergebnisse sahen und erkannten, dass Automatisierung der richtige Schritt für das Unternehmen war, standen sie dahinter. Zwischen ihrer Unterstützung und der unseres Robotik-Integrators war der Rollout sehr erfolgreich.“

Mit Tradition brechen

Duane Manth, General Manager von Manth Manufacturing Co. in Tonawanda, New York, hat eine lange Geschichte mit Robotern. Über die letzten zwei Jahrzehnte investierte er in diverse Automatisierungsformen, darunter mehrere Wasino Gang-Style CNC-Drehmaschinen mit integrierten Gantry-Ladern für höhere Volumenkomponenten. Diese Maschinen machten einen guten Job, aber er wollte einen Roboter, der flexibler ist als diese 2- und 3-Achs-Gantries und in einer zellularen Konfiguration mit menschlichen Arbeitern nutzbar ist.

„In unserer 40-jährigen Geschichte haben wir immer versucht, wettbewerbsfähiger zu werden, und wo angemessen, spielte Automatisierung dabei eine Rolle“, sagt Manth. „Als mein Fertigungsleiter Mike Rex und ich über Durchsatzsteigerung in einer unserer manuellen Produktionszellen sprachen, passierte es gerade, dass der Verkäufer von Absolute Machine Tools wenige Tage früher hereingekommen war und einen Flyer für den OB7 dagelassen hatte. Jemand legte ihn auf meinen Schreibtisch, ich las ihn immer wieder und sah auf den Preisschild und rief ihn bald an: ‚Erzähl mir mehr darüber.‘“

Der OB7 ist ein Cobot von Productive Robotics Inc., einem Carpinteria, Kalifornien basierten Spin-off von ZBE Inc., das Roboterkamerasysteme für die Filmindustrie baut. Manth kümmerte sich nicht um die Unternehmensgeschichte – ihm ging es um Arbeitskostensenkung in seiner dreiköpfigen Bearbeitungszelle. Er kaufte zwei OB7s und setzte sie zum Bedienen der Zellen-CNC-Drehmaschinen ein, wobei eine Person den Zylinderschleifer bediente und ein Auge auf die Cobots hatte.

Die Lösung war so effektiv, dass Rex bald nach weiteren OB7-Anwendungen suchte und sie schließlich an Hon- und Nuthmaschinen einsetzte. „Wir haben auch einen OB7, der einen Zylinderschleifer in einer anderen Zelle beschickt, was einen Bediener für andere Dinge freimachte“, sagt Manth. „Sie waren ein riesiger Erfolg.“

Sein und seines Teams kontinuierlicher Drang nach höherer Effizienz führte zur Akquisition von Manth Manufacturing Ende letzten Jahres durch seinen größten Kunden, Dynabrade USA in Clarence, New York. „Wir glauben fest, dass Automatisierung die Zukunft der Fertigung ist, weshalb wir weiter in Manths Fähigkeiten investieren und gleichzeitig an unserem eigenen Automatisierungsangebot arbeiten“, sagt Unternehmenspräsident Mike Buffamonti. „Dynabrade sieht viele Chancen für robotergestützte Materialabtragung und Oberflächenkonditionierung und hat begonnen, mit verschiedenen Cobot-Herstellern Proof-of-Concept-Lösungen für unsere Kunden zu erarbeiten. Wir sind sehr gespannt auf diesen nächsten Evolutionsschritt.“

Prioritäten setzen

Keines davon überrascht Douglas Bingham, Senior Director of Manufacturing Technology bei Honeywell International Inc. in Phoenix. Mit fünf Divisionen, über 100.000 Mitarbeitern weltweit und 34 Milliarden Dollar Umsatz letztes Jahr hat der in Charlotte, North Carolina ansässige Hersteller umfangreiche Automatisierungserfahrung. Ob automatisierte Rauchmeldelinien in Triest, Italien, oder robotergestützte Schweißzellen in Mexicali, Mexiko – dieser Fortune-100-Konzern hat Automatisierungstechnologie an hunderten Fertigungsstandorten eingesetzt.

Was fehlte, so Bingham, war eine umfassende, unternehmensweite Strategie. „Jeder Standort hat sich über die Jahre selbst darum gekümmert, das zu automatisieren, was einen vernünftigen ROI versprach. Und während das in den meisten Fällen gute Ergebnisse brachte, könnte es weit effizienter und kosteneffektiver sein. Deshalb gründeten wir das Automation Center of Excellence (COE) Team, das einen dedizierten Automatisierungsleiter aus jedem Geschäftsbereich umfasst.“

Statt bei jedem neuen Werk oder Produktlaunch das Rad neu zu erfinden, werden Bingham und seine Kollegen die Automatisierungslösungen des Unternehmens standardisieren. Sie werden Schlüsselstandorte bewerten, identifizieren, welche Fertigungstechnologien oder -prozesse sich am besten automatisieren lassen, Benchmarks definieren und modulare Lösungen entwickeln, diese dann in Bereiche skalieren, wo sie den größten Nutzen bringen.

Zu diesem Zweck sprach Bingham kürzlich auf einem Treffen von fast 200 Integrationsfirmen. Er beschrieb das Projekt und die Automatisierungsprioritäten seiner Gruppe – Schweißen, Maschinenbedienung, Entgraten, Inspektion unter ihnen – und bot folgende Missionserklärung: „Deploy Intelligent Automation Technologies On Key Processes In Our Core Footprint To Create Predictable, Resilient, And Efficient Operations.“

Er schlug vor, dass externe Expertise nötig sein würde, wenn Honeywell diese Mission erfüllen wolle, und lud sie ein, Ideen zu teilen. „Wir wussten, es war wichtig, diese und andere Experten früh einzubinden, um die richtigen Lösungen bestmöglich zu machen und dann darum zu standardisieren“, sagt Bingham.

Diese Standardisierung ist entscheidend, fügt er hinzu, ebenso wie detaillierte Leistungsbeschreibungen und präzise Simulationen vorgeschlagener Lösungen. „Das haben wir bei früheren Automatisierungsprojekten nicht immer verlangt. Jetzt ist es ein Muss. Wir wollen sehen, wie die Zelle funktioniert, bevor wir einen Bestellauftrag platzieren. Dazu gehört die Vorgabe, nur vorab genehmigte Hardware zu nutzen – spezifische Marken von SPS und Robotern zum Beispiel – und die Entwicklung standardisierter Module, die wir dann kopieren und einfügen können über unsere verschiedenen Standorte. Das wird den Wildwuchs an Equipment beseitigen, den man derzeit in manchen Fabriken sieht, und Automatisierung einfacher und kosteneffektiver machen. Wir haben das Projekt erst letztes Jahr gestartet, aber ich muss sagen: Wir sehen jede Menge Chancen vor uns.“