Vom Konzept zum Mainstream: Der Aufstieg moderner Fertigungstechnologien

Von Bob Beckmann, Artikel für Ag Innovator Magazine.

Als Henry Ford vor etwa 100 Jahren seine Montagelinie optimierte, verließen die Änderungen und Fortschritte schnell die vier Wände seiner Fabrik und wurden zum Treibstoff für eine industrielle Revolution, die wir seither optimieren.

Heute sehen wir Veränderungen, die durch Technologie getrieben werden. Konzepte, die vor 10 Jahren noch Träume waren, sind heute Teil unserer Werksabläufe. Es ist schwer vorstellbar, dass wir in einer Welt leben, in der Telefone mehr Rechenleistung haben als eine Apollo-Raumkapsel. Wir haben Dinge zur Verfügung, die selbst George Jetson nicht glauben würde. Technologie bewegt sich so schnell, dass die meisten von uns hinterherjagen, statt Schritt zu halten.

Die Fertigung erlebt Wachstumsschmerzen bei der Technologie. Fabriken, die 70 Jahre gleich gearbeitet haben, müssen sich nun einer Welt der Individualisierung und Unmittelbarkeit anpassen. Es ist eine echte industrielle Revolution, und wenn die Geschichte uns etwas gezeigt hat, dann dass eine nächste Technologiestufe 곧 vom Großbetrieb in kleine und mittlere Werke weltweit springen wird.

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

Digitale Abläufe

Obwohl einige Unternehmen noch Bücher und Tabellenkalkulationen nutzen, geht der digitale Trend zu einem robusten ERP-System, das den Betrieb eines Unternehmens managen kann. Alles – von Rohmaterialien bis zu Fertigwaren – wird mit diesen Systemen organisiert, und sie können sogar verwendet werden, um die wahren Kosten eines Fertigprodukts zu ermitteln.

Lieferkette (Supply Chain)

Man kann heute ein Auto online bestellen. Modell und jede gewünschte Option eingeben, auf „Kaufen“ drücken – und sofort geht das Unternehmenssystem an die Arbeit. Lebewohl den Tagen des Terminplaners, Einkäufers, Planers und Papierkrams. Jetzt werden Daten sofort an das Werk sowie an Erst- und Zweitlieferanten und zurück an den Kunden gesendet. Produktionsdaten werden schnell bestätigt, Teile bestellt, und der Kunde weiß genau, wann sein neues Fahrzeug ankommt. Er kann sogar online sehen, wo genau im Produktionsprozess das Fahrzeug steht.

Engineering / Digitaler Shopfloor

Die Zeit der Zeichnungen schwindet. Jetzt werden CAD-Modelle in der Konstruktion erstellt und diese Modelle zur Teilefertigung genutzt. Die Dateien gehen an den Formenbauer – oder das Bearbeitungszentrum oder den 3D-Drucker – und der Prozess beginnt. Wenn die fertigen Teile eintreffen, werden dieselben Modelle für die Inspektion verwendet (manchmal mit digitalen Vergleichslasern), und der Monteur nutzt einen Bildschirm an seiner Station, um dieselben Modelle zu sehen und sicherzustellen, dass die endgültigen Teile korrekt zusammengefügt werden.

Cybersicherheit

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

Jedes Unternehmen hat eine Liste aktueller (und einiger ehemaliger) Mitarbeiter mit Namen, Adresse, Telefonnummer, Sozialversicherungsnummer und höchstwahrscheinlich Bankverbindung für Direkteinzahlung. Oh, was für ein Schatz für einen Bösewicht!

Wann hatten Sie das letzte Mal einen echten Cybersicherheitstest Ihres Systems? Sie sagen vielleicht, Sie seien sicher, weil Ihre Computer aktuelle Antivirensoftware haben – aber was ist mit dem Computer auf dem Shopfloor, der unter Windows 95 läuft, weil die Maschine, an die er angeschlossen ist, nie upgegradet wurde?

3D-Druck / Additive Fertigung

Die Technologie für additive Fertigung (AM) gibt es seit einigen Jahrzehnten, war aber nur Unternehmen mit tiefen Taschen und ständiger Nutzung vorbehalten. Jetzt sind Versionen dieser Ausrüstung in Baumärkten oder online erhältlich. Sie ist so mainstream geworden, dass sie in Grundschulen eingesetzt wird. Der Einsatz in der Fertigung war noch vor fünf Jahren selten, heute ist sie die am schnellsten wachsende Technologie-Upgrade in Fertigungsbetrieben. Hier ist der Grund:

• Kostenreduzierung: Da die Teilefertigung durch additive Fertigung keine Rüst- und Werkzeugkosten erfordert, fallen Produktionskosten nur für die Teile selbst an, zum Zeitpunkt ihrer Herstellung. Selbst kleine Losgrößen und Einzelstücke erhöhen die Kosten nicht. Zudem können Systemteile, die für optimale Funktion ausgelegt sind, oft als Einzelteil realisiert werden, was Montage und Qualitätssicherung vereinfacht.
• Leichtbau: Intelligent gefertigte Teile mittels Lasersintern kombinieren hohe Festigkeit mit 40 bis 60 % Gewichtsreduzierung. Die Materialersparnis bedeutet mehr Flexibilität in Design und Engineering. Dadurch verbrauchen Autos oder Flugzeuge deutlich weniger Kraftstoff und stoßen weniger CO₂ aus.
• Kein Werkzeug: 3D-Druck ermöglicht maximale Flexibilität in der Produktionsplanung. Produktionsprozesse ohne Werkzeuge benötigen weniger Energie und Rohstoffe als konventionelle Fertigungsvorgänge. Geänderte Teile, Upgrades und Ersatzteile können bedarfsgerecht produziert werden, wodurch Lagerhaltung entfällt. Beobachten Sie diese Branche genau. Neue Materialien wie Metalle, Epoxide, Kunststoffe, Keramik und sogar Lebensmittel werden jetzt gedruckt. Wenn Ihr Unternehmen diese Technologie in der Vergangenheit abgelehnt hat, sollten Sie sehen, was sich seit Beginn dieses Artikels geändert hat!

Virtual Reality / Augmented Reality

Virtual Reality (VR), manchmal als Augmented Reality (AR) bezeichnet, erobert schnell die Fertigungsumgebung. Dieses schnelle Wachstum sollte mehr Anbieter in den Bereich ziehen, was Kosten senkt und die Technologie zugänglicher macht.

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

Wie profitiert der Fertigungssektor von VR? Durch verbesserte Arbeitssicherheit, bessere Produkte und Kosteneinsparungen für Hersteller. Hier ist der Grund:

• Arbeitssicherheit verbessern. Obwohl der Fertigungssektor seine Sicherheitsprogramme über die Jahre dramatisch verbessert hat, ist jede Verletzung oder jedes Todesopfer eines zu viel. VR ermöglicht Werksleitern, den Produktionsprozess und Montagelinienkonfigurationen zu simulieren und potenziell gefährliche Situationen zu identifizieren. VR kann auch einen Mitarbeiter in einen zukünftigen Arbeitsplatz eintauchen lassen und dessen Bewegungen erfassen, um Aufgabenmachbarkeit und -kompetenz zu bewerten. Mit VR hat der Automobilriese Ford die Verletzungsrate der Mitarbeiter um bis zu 70 % gesenkt.
• Bessere Produkte schaffen. VR macht nahezu perfekte Montage möglich. Mit Brillen, die Kameras, Tiefensensoren und Bewegungssensoren nutzen, um Bilder auf eine reale Arbeitsumgebung zu projizieren, können Arbeiter und Ingenieure die richtigen Teile und Anweisungen sehen, wie ein Bauteil korrekt montiert wird.
• Geld sparen. Um Produkte zu erhalten, die Spezifikationen entsprechen, müssen Prototypen erstellt, getestet und erneut getestet werden. Das wird teuer. Mit VR eliminieren Hersteller die Notwendigkeit, Vollskalmodelle zu bauen. Mit Microsofts VR-Technologie können Ingenieure jedes Gerät sehen, das am Design eines Produkts beteiligt ist, und es in der virtuellen Welt zusammenfügen, bevor es real gebaut wird. Das verkürzt die Schulungszeit um 75 % pro Person und spart Millionen.

Cobots (Kollaborative Roboter)

Mit dem exponentiellen Wachstum des Internets der Dinge werden kollaborative Roboter im Fertigungszyklus alltäglich. Cobots sind Roboter, die in einem gemeinsamen physischen Raum mit Menschen arbeiten, sodass Menschen und Roboter zusammenarbeiten können. Cobots haben seit 2010 an Beliebtheit gewonnen und werden oft traditionellen Fertigungsrobotern vorgezogen, die in separierten Bereichen mit wenig oder keiner Interaktion mit Menschen arbeiten.

Sie sind so konzipiert, dass sie stoppen, wenn ihr menschlicher Kollege – oder jemand – sie berührt. Der Cobot-Markt wird in den nächsten zehn Jahren erheblich wachsen aus mehreren Gründen. Es gibt eine steigende Nachfrage nach Automatisierung in allen Branchen, besonders in der Fertigung, wo Aufgaben oft repetitiv sind und somit ein Verletzungsrisiko darstellen. Gleichzeitig schreitet die Cobot-Technologie jedes Jahr voran. Sie sind breiter verfügbar und günstiger, derzeit durchschnittlich ca. 24.000 $ pro Stück. Diese sinkenden Preise und die erhöhte Funktionalität werden wahrscheinlich die Cobot-Einführung in kleinen und mittleren Unternehmen fördern, die die Technologie in der Vergangenheit übersehen haben.

Roboter, die im Tandem mit Mitarbeitern arbeiten, können zu einem hocheffizienten, flexiblen und zuverlässigen Produktionsprozess führen. Cobots können in der Produktmontage, Pick-and-Place-Prozessen, Spritzguss, Teileplatzierung und Qualitätsprüfung eingesetzt werden.

Sie können besonders beim Heben schwerer Lasten helfen, indem sie die Effizienz im Produktionszyklus verbessern und das Verletzungsrisiko reduzieren. Einige Cobots sind für repetitive Hebeaufgaben konzipiert.

Ein herausragendes Beispiel für die Zusammenarbeit von Robotern und Menschen ist eine Hebeaufgabe, bei der der Mensch das zu hebende Objekt ausrichtet und der Cobot hebt.

Der Mensch reduziert das Risiko von Beschädigungen, indem er positioniert, was gehoben werden soll. Der Roboter erspart dem Menschen Ermüdung und Verletzungsrisiko durch das Heben. Die Kombination senkt Kosten, verbessert das Ergebnis durch Präzision und hält einen schnellen Zeitplan.

Fazit

All diese Technologien waren vor wenigen Jahren nur ein Traum. Heute sind sie Realität und verändern die Art, wie Fertigung weltweit betrieben wird. Mit dem erwarteten anhaltenden Arbeitskräftemangel ermöglichen diese Fortschritte Unternehmen, die Produktion zu optimieren, Qualität zu steigern und Geld zu sparen, während sie eine Belegschaft anziehen, die Probleme mit Technologie lösen liebt. Sie können Ihr Unternehmen nur stärker machen.