Vom Konzept zur Realität:Fertigungstechnologien werden Mainstream

Von Bob Beckmann, Artikel für das Ag Innovator Magazine.

Als Henry Ford vor rund 100 Jahren seine Montagelinie optimierte, verließen die von ihm vorgenommenen Veränderungen und Fortschritte schnell die Grenzen seiner vier Wände und wurden zum Treibstoff für eine industrielle Revolution, die wir seitdem optimieren.

Jetzt sehen wir technologiegetriebene Veränderungen. Konzepte, die vor 10 Jahren noch Träume waren, gehören heute zu unserem Werksbetrieb. Es ist schwer vorstellbar, dass wir in einer Welt mit Telefonen leben, die mehr Rechenleistung haben als eine Apollo-Raumkapsel. Wir haben Dinge zur Verfügung, die George Jetson nicht glauben würde. Die Technologie bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die die meisten von uns zurücklässt, anstatt Schritt zu halten.

Die Produktion hat in Bezug auf die Technologie wachsende Schmerzen. Fabriken, die seit 70 Jahren auf die gleiche Weise betrieben wurden, sind nun gezwungen, sich einer Welt der Individualität und Unmittelbarkeit anzupassen. Es ist eine echte industrielle Revolution, und wenn uns die Geschichte etwas gezeigt hat, wird eine nächste Technologiestufe den Sprung von den großen Betrieben zu kleinen und mittleren Werken weltweit schaffen.

Hier untersuchen wir, was einige dieser Technologien sind und wie sie verwendet werden.

Digitale Operationen

Obwohl einige Unternehmen immer noch Hauptbücher und Tabellenkalkulationen verwenden, geht der digitale Trend hin zu einem robusten ERP-System, das bei der Verwaltung des Betriebs eines Unternehmens helfen kann. Mit diesen Systemen wird alles organisiert, von Rohstoffen bis hin zu fertigen Produkten, und sie können sogar verwendet werden, um die wahren Kosten eines fertigen Produkts zu ermitteln.

Lieferkette

Eine Person kann jetzt ein Auto online bestellen. Sie können das Modell und jede gewünschte Option eingeben. Sie drücken den „Kaufen“-Knopf und sofort geht das Firmensystem an die Arbeit. Verabschieden Sie sich von den Tagen des Planers, des Käufers, des Planers und des Papierkrams. Jetzt werden die Daten sofort an das Werk sowie an die First- und Second-Tier-Lieferanten und zurück zum Kunden gesendet. Produktionstermine sind schnell bestätigt, die Teile bestellt und der Kunde weiß genau, wann sein neues Fahrzeug ankommt. Sie können sogar online gehen und genau sehen, wo im Produktionsprozess das Fahrzeug steht.

Engineering/Digital Plant Floor

Die Tage der Zeichnungen vergehen schnell. Jetzt werden in der Konstruktionsabteilung CAD-Modelle erstellt und diese Modelle zur Herstellung von Teilen verwendet. Die Dateien werden an den Formenbauer – oder das Bearbeitungszentrum oder den 3D-Drucker – gesendet und der Prozess beginnt. Wenn die fertigen Teile ankommen, werden dieselben Modelle zur Inspektion verwendet (manchmal mit digitalen Vergleichslasern) und der Monteur verwendet einen Bildschirm an seiner Station, um dieselben Modelle zu sehen, um sicherzustellen, dass die endgültigen Teile richtig zusammengesetzt sind.

Cybersicherheit

Bei all diesen Daten muss sich jedes Unternehmen der Bedrohungen, denen es ausgesetzt ist, bewusst sein. Hier geht es nicht darum, dass jemand Ihre Produktionsdaten stiehlt, sondern jemand, der das Wertvollste auf Ihrem Computer stiehlt – Ihr Geld.

Jedes Unternehmen hat eine Liste aktueller (und einiger früherer) Mitarbeiter. Sie haben den Namen, die Adresse, die Telefonnummer, die Sozialversicherungsnummer und höchstwahrscheinlich die Bankkontonummer dieses Mitarbeiters für die direkte Einzahlung. Oh, was für ein Schatz für einen Bösewicht!

Wann haben Sie das letzte Mal einen echten Cybersicherheitstest Ihres Systems durchgeführt? Sie können sagen, dass es Ihnen gut geht, weil Ihre Computer über aktuelle Antivirensoftware verfügen, aber was ist mit diesem Computer in der Fabrikhalle, der unter Windows 95 läuft, weil der Computer, an den er angeschlossen ist, nie aktualisiert wurde?

3D-Druck/Additive Fertigung

Die Technologie für die additive Fertigung (AM) gibt es schon seit einigen Jahrzehnten, war aber nur für Unternehmen verfügbar, die über ein großes Taschengeld und eine ständige Nutzung verfügten. Jetzt sind Versionen dieser Art von Ausrüstung in Box-Stores oder online erhältlich. Es hat sich so etabliert, dass es in Grundschulen verwendet wird. Der Einsatz in der Fertigung war noch vor fünf Jahren selten, aber heute ist es das am schnellsten wachsende Technologie-Upgrade in Fertigungsbetrieben. Hier ist der Grund:

Kostensenkung: Da bei der Teilefertigung mittels additiver Fertigung keine Rüst- und Werkzeugkosten anfallen, fallen Produktionskosten nur für die Teile selbst zum Zeitpunkt der Herstellung an. Auch Kleinserien und Einzelstücke verursachen keine zusätzlichen Kosten. Zudem lassen sich funktionsoptimierte Systemteile oft als Einzelteil realisieren, was die Montage und Qualitätssicherung vereinfacht.

Leichtes Design: Intelligent gefertigte Teile im Laser-Sinter-Verfahren vereinen hohe Festigkeit mit einer Gewichtsreduzierung von 40 bis 60 Prozent. Die Materialeinsparungen führen zu mehr Flexibilität in Design und Engineering. Dadurch verbrauchen Autos oder Flugzeuge deutlich weniger Treibstoff und stoßen weniger Kohlendioxid aus.

Keine Werkzeuge: Die 3D-Drucktechnologie ermöglicht maximale Flexibilität in der Produktionsplanung. Zudem benötigen Produktionsprozesse ohne Werkzeug weniger Energie und Rohstoffe als konventionelle Fertigungsverfahren. Modifizierte Teile, Upgrades und Ersatzteile können nach Bedarf produziert werden, sodass keine Lagerhaltung erforderlich ist. Beobachten Sie diese Branche genau. Neue Materialien wie Metalle, Epoxide, Kunststoffe, Keramiken und sogar Lebensmittel werden jetzt gedruckt. Wenn Ihr Unternehmen diese Technologie in der Vergangenheit weitergegeben hat, möchten Sie vielleicht sehen, was sich seit dem Lesen dieses Artikels geändert hat!

Virtuelle Realität/Augmented Reality

Virtual Reality (VR), manchmal auch als Augmented Reality (AR) bezeichnet, hält schnell Einzug in die Fertigungsumgebung. Dieses schnelle Wachstum sollte dazu führen, dass mehr Anbieter in das Feld einsteigen, wodurch die Kosten gesenkt und die Technologie leichter zugänglich gemacht wird.

VR ist definiert als „eine dreidimensionale, computergenerierte Umgebung, die von einer Person erkundet und mit ihr interagiert werden kann. Diese Person wird Teil dieser virtuellen Welt oder taucht in diese Umgebung ein und kann dort Objekte manipulieren oder eine Reihe von Aktionen ausführen.“

Wie profitiert also VR der Fertigungsbranche? Durch die Verbesserung der Arbeitssicherheit, die Entwicklung besserer Produkte und die Einsparung von Geld für die Hersteller. Hier ist der Grund:

Verbesserung der Arbeitssicherheit. Obwohl die Fertigungsindustrie ihre Sicherheitsprogramme im Laufe der Jahre dramatisch verbessert hat, ist jede Verletzung oder jeder Todesfall einer zu viel. VR ermöglicht es Werksleitern, den Produktionsprozess und die Montagelinienkonfigurationen zu simulieren und potenziell gefährliche Situationen zu identifizieren. Virtual Reality kann einen Mitarbeiter auch in einen zukünftigen Arbeitsplatz eintauchen und dann die Bewegung des Mitarbeiters erfassen, um die Durchführbarkeit und das Können der Aufgabe zu bewerten. Durch den Einsatz von VR hat der Automobilriese Ford die Verletzungsrate seiner Mitarbeiter um bis zu 70 % gesenkt.

Erstellung besserer Produkte. VR macht eine nahezu perfekte Montage möglich. Mit einer Brille, die Kameras, Tiefensensoren und Bewegungssensoren verwendet, um Bilder in einer realen Arbeitsumgebung zu platzieren, können Arbeiter und Ingenieure die richtigen Teile und Anweisungen zum richtigen Zusammenbauen einer Komponente „sehen“.

Geld sparen. Um Produkte zu erhalten, die den Spezifikationen entsprechen, müssen Prototypen erstellt, getestet und erneut getestet werden. Das wird teuer. Durch den Einsatz von VR machen Hersteller den Bau von Modellen im Originalmaßstab überflüssig. Mithilfe der VR-Technologie von Microsoft können Ingenieure jedes Gerät, das am Design eines Produkts beteiligt ist, sehen und in der virtuellen Welt zusammenstellen, bevor sie es in der Realität bauen. Dadurch wird die Trainingszeit pro Person um 75 % verkürzt und Millionen eingespart.

Cobots

Da das Internet der Dinge exponentiell wächst, werden kollaborative Roboter im Fertigungszyklus alltäglich. Kollaborative Roboter, kurz Cobots, sind Roboter, die in einem gemeinsamen physischen Raum mit Menschen arbeiten und es Menschen und Robotern ermöglichen, zusammenzuarbeiten. Cobots haben seit 2010 an Popularität gewonnen und werden oft traditionellen Fertigungsrobotern vorgezogen, die für die Arbeit in einem abgetrennten Bereich mit geringer oder keiner Interaktion mit Menschen entwickelt wurden.

Sie sind so konzipiert, dass sie sich nicht mehr bewegen, wenn ihr menschlicher Kollege oder jemand sie berührt. Es wird erwartet, dass der Cobot-Markt in den nächsten zehn Jahren aus mehreren Gründen erheblich wachsen wird. In allen Branchen besteht ein steigender Bedarf an Automatisierung, insbesondere jedoch in der Fertigung, in der sich Aufgaben häufig wiederholen und daher ein Verletzungsrisiko besteht. Inzwischen schreitet die Cobot-Technologie jedes Jahr voran. Sie sind weiter verbreitet und kostengünstiger, derzeit werden sie auf durchschnittlich 24.000 US-Dollar geschätzt. Diese sinkenden Preise und die erhöhte Funktionalität werden wahrscheinlich die Einführung von Cobots in kleinen und mittleren Unternehmen fördern, die die Technologie in der Vergangenheit möglicherweise übersehen haben.

Roboter, die im Tandem mit Mitarbeitern arbeiten, können zu einem hocheffizienten, flexiblen und zuverlässigen Produktionsprozess führen. Cobots können in der Produktmontage, bei der Produktbestückung, beim Spritzgießen, beim Platzieren von Teilen und bei der Qualitätsprüfung eingesetzt werden.

Sie können besonders beim Heben schwerer Lasten hilfreich sein, indem sie die Effizienz im Produktionszyklus verbessern und das Verletzungsrisiko verringern. Einige Cobots sind für sich wiederholende schwere Hebearbeiten ausgelegt.

Ein herausragendes Beispiel dafür, wie Roboter und Mensch zusammenarbeiten können, ist eine schwere Hebeaufgabe, bei der der Mensch das zu hebende Objekt ausrichtet und der Cobot hebt.

Der Mensch reduziert das Risiko von Beschädigungen an Gegenständen, indem er das, was er heben soll, positioniert. Der Roboter erspart dem Menschen Ermüdung und Verletzungsgefahr beim Heben. Die Kombination reduziert Kosten, verbessert das Ergebnis durch Präzision und hält einen schnellen Zeitplan ein.

Zusammenfassung

All diese Technologien waren vor einigen Jahren nur ein Traum. Heute sind sie Realität und verändern die Art und Weise, wie weltweit produziert wird. Angesichts des erwarteten anhaltenden Arbeitskräftemangels ermöglichen diese Fortschritte einem Unternehmen, die Produktion zu optimieren, die Qualität zu steigern und Geld zu sparen, während es gleichzeitig eine Belegschaft anzieht, die es liebt, Probleme mit Technologie zu lösen. Sie können nur dazu beitragen, Ihr Geschäft zu stärken.