Produktion revolutionieren: Wie maßgeschneiderte Automatisierungsanlagen & Robotik die Fertigungseffizienz steigern

Maßgeschneiderte Automatisierungsanlagen: Wie Robotik die Fertigung transformiert

Automatisierung und Robotik sind in der Menschheitsgeschichte relativ neu, doch bereits zu integralen Bestandteilen unseres täglichen Betriebs geworden. Von automatischen Türen bis zu chirurgischen Robotern durchdringen diese Technologien fast jede Branche. Automatisierungsanlagen sind besonders spannend für die Fertigungsindustrie, da neuere Systeme umfassendere Automatisierungslösungen bieten. Um die Begeisterung für die Zukunft der Robotik in der Fertigung zu verstehen, muss man verstehen, was industrielle Automatisierung bedeutet, wie sie sich entwickelt hat und was sie der modernen Fertigung bietet.

Was ist industrielle Automatisierung?

D.S. Harder, ein Engineering-Manager bei der Ford Motor Company, prägte 1946 das Wort „Automatisierung“, um Maschinen zu beschreiben, die Aufgaben übernahmen, die zuvor von Menschen an der Automobilproduktionslinie erledigt wurden. Der Begriff hat sich im Laufe der Zeit leicht gewandelt und bezeichnet heute eine Technologie, die spezifische, vorab festgelegte Prozesse als Reaktion auf Rückmeldungen ohne menschliches Eingreifen ausführt. Automatisierung wird oft mit Mechanisierung verwechselt, die den Ersatz menschlicher Arbeit durch Maschinen bezeichnet, wobei Automatisierung meist mit Mechanisierung einhergeht.

In der Fertigungsindustrie bezieht sich industrielle Automatisierung auf den Einsatz von Computer- oder Roboter-basierten Steuerungssystemen, die Prozesse in einer Fertigungsumgebung ausführen. Automatisierte Fertigungssysteme arbeiten in Fabriken und führen Operationen aus, die Materialhandling, Verarbeitung, Montage und Inspektion umfassen. Diese Aufgaben werden kurz erläutert:

• Materialhandling: Relativ einfache Aufgaben, bei denen ein Roboter Material von einem Ort zum anderen bewegt. Dazu gehören Maschinenbe- und -entladung, Förderbandtransfer, Materialanordnung u. v. m.
• Verarbeitung: Wie der Name suggeriert, führt ein Roboter einen vorab festgelegten Prozess aus, um ein Teil zu verändern, meist unter Einsatz eines Werkzeugs. Dazu gehören Aufgaben wie Schweißen, Lackieren, Schleifen oder Polieren.
• Montage: Die Anordnung und Fixierung von Teilen zu einem kompletten Produkt. Roboter werden zunehmend im Montageprozess eingesetzt, um menschliche Arbeit zu reduzieren und die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.
• Inspektion: Die visuelle Beurteilung eines fertigen Produkts, um festzustellen, ob es Spezifikationen entspricht. Roboter werden zunehmend in dieser Funktion eingesetzt, indem sie Sensoren nutzen, um das Teil schneller und gründlicher als ein Mensch mit Spezifikationen zu vergleichen.

Das Fazit zur robotergestützten Automatisierung in der Fertigung: Sie deckt ein breites Aufgabenspektrum mit reduziertem menschlichen Eingriff ab. Je fortschrittlicher das Industrierobotersystem, desto weniger menschliche Beteiligung ist in diesem System erforderlich.

Kurze Geschichte der Automatisierung

Die Idee automatischer Geräte existiert seit Jahrhunderten. Die erste bekannte Beschreibung eines automatischen Mechanismus stammt vom griechischen Ingenieur Heron von Alexandria im 1. Jh. v. Chr., der ein Konzept für automatisch öffnende Türen mit einem dampfbetriebenen System entwickelte. Obwohl dieses Design nie Verbreitung fand, nahm Khalif von Bagdad diese und andere Ideen in seine neunte Jahrhundert-Sammlung „Die Wissenschaft der genialen Mechanismen“ auf. Dieser Text wurde von der arabischen Welt genutzt, um die Möglichkeiten der Automatisierung über die folgenden Jahrhunderte zu erforschen, obwohl im Dunklen Zeitalter viel Fortschritt verloren ging.

Die Renaissance brachte ein erneutes Interesse an Automatisierung, und Khalifs Text diente als Basis für die Erforschung dieses Themas. Das Buch inspirierte viele Renaissance-Wissenschaftler und Vordenker, darunter Leonardo da Vinci, sich mit diesen Ideen auseinanderzusetzen, was in der Schaffung von Automaten durch Schweizer Handwerker im 18. Jahrhundert gipfelte. Obwohl diese Automaten lediglich bewegliche Puppen waren, die hauptsächlich der Unterhaltung und ästhetischen Ansprache dienten, waren sie der erste Schritt zur modernen Automatisierung.

Die Ideen von da Vinci und anderen Renaissance-Wissenschaftlern inspirierten weiter die Erfinder der Industriellen Revolution. Diese reagierten auf die steigende Nachfrage nach Produktion, indem sie sich Maschinen zuwandten und die Möglichkeiten der Automatisierung erforschten. Der bekannteste dieser Erfinder war Nikola Tesla, der viele Roboter-Modelle erfand, darunter ein Roboterboot. Diese Ideen setzten sich jedoch nicht vollständig in einer industriellen Umgebung durch, bis zum 20. Jahrhundert.

Die moderne Geschichte automatisierter Roboter in der Fertigung

Die erste Erforschung von Robotern im 20. Jahrhundert fand in den Künsten statt. Ein Stück namens „Rossums Universal Robots“ wurde 1921 in Prag uraufgeführt, mit Robotern, die menschliche Arbeit verrichteten, dann revoltierten und die Erde zerstörten. Das Stück schuf eine Angst vor Robotern, die fortbestand. Doch das hinderte andere nicht, die Idee weiterzuverfolgen. Am bekanntesten schrieb Isaac Asimov ausführlich über die potenziellen Auswirkungen verbreiteter Robotik und entwickelte die fundamentalen Gesetze der Robotik, die bis heute verwendet werden. Tatsächlich inspirierte Asimovs Werk die Erfinder, die die ersten automatisierten Industrieroboter entwickelten.

George Charles Devol erfand 1954 den ersten Industrieroboter und ging dann eine Partnerschaft mit Asimov-Fan und Unternehmer Joseph F. Engelberger ein, um das Robotikunternehmen Unimation zu gründen. Der von ihnen geschaffene Roboter, der Unimate, war ein einfacher Einarm-Roboter. Er wurde 1961 erstmals in General Motors' Fabrik in Trenton als Druckgussmaschine installiert. Von dort aus gewann der Roboterarm in mehreren Branchen an Zugkraft und übernahm grundlegendes Materialhandling und Verarbeitung.

Industrieroboterarme entwickelten sich in den 60er und 70er Jahren weiter, vorangetrieben durch neue Technologien wie Computer und integrierte Schaltkreise. Diese Roboter konnten Menschen bei schweren, gefährlichen oder monotonen Aufgaben ersetzen, und Ende der 1970er Jahre schossen Erkundung und Investition in Robotik in die Höhe. Die 1980er Jahre sahen einen signifikanten Rückgang der Robotereinführung, hauptsächlich aufgrund ungeeigneter Installationen, Fertigungsfehler und anderer Probleme, die mehrere Fabriken beschädigten. Schließlich nahm die Robotiknutzung wieder zu, und die Erfindung und Integration von Sensoren half der Robotik, im 21. Jahrhundert breite Verbreitung zu finden.

Vor- und Nachteile der industriellen Automatisierung

Automatisierung wurde in vielen industriellen Umgebungen übernommen, und es ist nicht schwer zu verstehen, warum. Automatisierungslösungen bieten Fertigungsunternehmen eine breite Palette von Vorteilen. Einige werden im Detail unten erklärt.

1. Höhere Produktivität

Selbst die produktivsten Arbeiter haben ihre Grenzen, und Mitarbeiter brauchen Zeit für Schlaf, Feiertage und Familie. Das gilt nicht für einen Roboter. Während Fabriken drei Schichten benötigen, um 24/7 mit menschlichen Mitarbeitern zu laufen, können Roboter dies ohne Pause oder Schichtwechsel bewältigen. Zudem können Roboter ein hohes Tempo und Genauigkeit beibehalten, da sie nicht ermüden oder die Aufmerksamkeit verlieren. Diese Faktoren bedeuten, dass ein Unternehmen signifikante Produktivitätssteigerungen durch Implementierung industrieller Automatisierungslösungen in seinen Fertigungsprozessen erreichen kann.

2. Kürzere Lieferzeiten

Automatisierung verkürzt die Zeit zwischen Kundenbestellung und Produktlieferung. Anstatt auf menschliche Arbeitskräfte zu warten, die den Prozess von Anfang bis Ende durchlaufen, können automatisierte Maschinen dieselben Aufgaben in kürzerer Zeit erledigen. Dies ermöglicht es Unternehmen, Wettbewerber auszustechen.

3. Höhere Qualität

Menschliches Versagen ist immer ein Problem bei der Beschäftigung menschlicher Arbeiter. Menschen sind in ihrer Genauigkeit begrenzt und können ermüden und im Tagesverlauf an Aufmerksamkeit verlieren, was ihre Fähigkeit verringert, ein hohes Präzisionsniveau zu halten. Roboter haben dieses Problem nicht. Durch Automatisierung von Prozessen können Unternehmen ein höheres Maß an Genauigkeit und Einheitlichkeit in ihrer Produktion erreichen, was zu besserer Gesamtproduktqualität führt.

4. Weniger Abfall

Höhere Genauigkeit führt zu weniger Fehlern und weniger Fehler bedeuten weniger Ausschuss. Wenn ein menschlicher Arbeiter einen Fehler macht, kann dies zu einem Ausschuss oder Materialverschwendung führen. Automatisierte Robotergeräte machen diese Art von Fehlern nicht, was zu weniger Abfall führt. Dies hilft auch, Materialkosten für Unternehmen mit automatisierten Geräten zu senken.

5. Höhere Flexibilität

Wenn ein Prozess am Montageband geändert wird, benötigen Menschen möglicherweise umfangreiche Schulung für die Änderung. Selbst wenn die Arbeiter den neuen Prozess schnell erfassen, kann Schulung Stunden des Tages in Anspruch nehmen, was zu Produktivitätsverlust führt. Roboter hingegen benötigen nur eine Programmänderung, um ihre Prozesse zu ändern. Dadurch wird der Fertigungsprozess signifikant flexibler und anpassungsfähiger an Veränderungen.

6. Höhere Informationsgenauigkeit

Moderne Robotik und Steuerungstechnik haben begonnen, automatisierte Datenerfassung in ihre Kernprozesse zu implementieren. Diese Art von Daten ermöglicht Herstellern, wichtige Produktionsinformationen zu sammeln, die helfen, Prozesse signifikant zu erhalten und zu verbessern. Diese Datenüberwachung kann erkennen, wenn eine Maschine Schwierigkeiten hat und Wartung benötigt. Sie kann auch Engpässe im Fertigungsprozess identifizieren. Kurz gesagt: Datenerfassung liefert Entscheidungsträgern Fakten, um informierte Entscheidungen über ihre Prozesse zu treffen.

7. Verbesserte Sicherheit

Typischerweise wird industrielle Automatisierung eingesetzt, um Jobs auszuführen, die repetitiv, gefährlich oder den Umgang mit gefährlichen oder unhandlichen Werkzeugen erfordern. All diese Faktoren erhöhen die Gefahr für Arbeiter. Repetitive Aufgaben können den Arbeiter langweilen und dazu führen, dass er die Aufmerksamkeit verliert und einen entscheidenden Sicherheitsschritt übersieht, während schwere, unhandliche Werkzeuge eher fallen gelassen oder falsch gehandhabt werden und Verletzungen verursachen. Industrielle Automatisierung übernimmt diese Aufgabentypen und macht die Produktionslinie für Mitarbeiter sicherer. Dies ist besonders wichtig aufgrund des US Occupational Safety and Health Act von 1970 (OSHA), der Arbeitssicherheit zu einem primären Anliegen jedes Unternehmens macht. Tatsächlich ist OSHA einer der Haupttreiber für die Einführung von Automatisierung in industriellen Umgebungen.

8. Reduzierte Arbeitskosten

Menschliche Arbeit ist kostspielig – zwischen Mitarbeiterschulung, Gesundheitsversorgung, Arbeiterentschädigung, Boni, Rentenbeiträgen, bezahltem Urlaub und Feiertagen können Mitarbeiter Unternehmen erhebliche Summen kosten. Während es immer notwendig sein wird, in qualifiziertes Personal zu investieren, können Unternehmen durch Automatisierung befähigt werden, Arbeitskosten zu reduzieren oder umzuverteilen. Automatisierung bewältigt alle zeitintensiven, repetitiven Aufgaben effektiv und effizient, wodurch der Bedarf an Menschen für diese Aufgaben sinkt. Dadurch benötigt das Unternehmen möglicherweise weniger Mitarbeiter oder kann diese an andere Standorte oder Spezialisierungen im Unternehmen umverteilen.

9. Abgemilderte Arbeitskräftemangel

Feiertage, Krankheiten oder wirtschaftlich bedingte Arbeitskräftemangel sind ein ernstes Problem für viele Unternehmen, die auf menschliche Arbeit in ihren Fabriken angewiesen sind. Roboter können jedoch nie krank werden und werden Ihr Unternehmen nie verlassen. Das bedeutet, dass die Arbeitsverfügbarkeit für Unternehmen, die automatisierte Maschinen nutzen, konsistenter ist.

10. Niedrigere Betriebskosten

Die oben genannten Vorteile kombinieren sich zu verbesserten Gewinnen und niedrigeren Betriebskosten für Unternehmen, die Automatisierung nutzen. Reduzierte menschliche Arbeits- und Materialkosten senken den Overhead in der Produktion, während verbesserte Produktqualität und Produktionszahlen bedeuten, dass mehr Qualitätsprodukte hergestellt und verkauft werden. Selbst wenn man die regelmäßige Wartung berücksichtigt, die für maßgeschneiderte automatisierte Maschinen erforderlich ist, verblasst sie im Vergleich zu den Kosteneinsparungen und Gewinverbesserungen, die automatisierte Maschinen bieten.

Diese Vorteile machen Automatisierungslösungen in der Fertigung zu einer äußerst wünschenswerten Option. Dennoch können andere Faktoren als Nachteile betrachtet werden:

1. Erstens die anfängliche Investition für die Implementierung von Automatisierung – Roboter-Automatisierungsausrüstung ist an sich extrem kostspielig, aber die Kosten steigen, wenn Anpassung und Installationsausgaben hinzukommen.
2. Zweitens müssen Unternehmen Zeit und Geld für die Schulung der Mitarbeiter aufwenden, wie man diese neue Ausrüstung richtig bedient.
3. Drittens ist Arbeitsplatzverdrängung ein oft diskutierter Faktor bei Automatisierung – während Arbeiter oft umgeschult und in sicherere Arbeitsumgebungen versetzt werden, kann der Verlust des Arbeitsplatzes an eine Maschine emotionalen Stress verursachen, besonders wenn dies geografische Umsiedlung zur Folge haben könnte.

Die Zukunft der Robotik in der Fertigung

Auch wenn Industrieroboter bereits wesentliche Rollen in der modernen Fertigung spielen, schreitet die Technologie weiter voran. Beispielsweise wird künstliche Intelligenz als nächste revolutionäre Technologie erwartet, die die Fähigkeiten von Industrierobotern verbessert, sodass Roboter lernen, schlussfolgern, Probleme lösen und sogar Sprache verstehen können. KI dieser Art könnte Fertigungsroboter befähigen, zu kommunizieren, hochrangige Anweisungen anzunehmen und sogar Sprachbefehle zu befolgen.

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Automatisierung ist der Weg der modernen Welt, besonders in der Fertigungsindustrie. Die zahlreichen Vorteile, die automatisierte Maschinen bieten, machen sie zu einem logischen Schritt für viele Fertigungsunternehmen, und viele Unternehmen mit bestehender Automatisierung entscheiden sich, erweiterte Optionen zu erforschen, um mit Wettbewerbern Schritt zu halten. Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Automatisierungsintegration für Unternehmen ist jedoch eine maßgeschneiderte Lösung. Wenn Ihr Unternehmen an maßgeschneiderter Automatisierungsausrüstung für die Fertigung interessiert ist, kann die RG Group helfen.

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