Lights-Out-Fertigung: 5 Schlüsselelemente für vollautomatisierte Fabriken

„Lights-Out“-Fertigung nutzt Industry-4.0-Technologien, um Prozesse so zu automatisieren, dass sie ohne menschliche Arbeitskraft laufen. Unternehmen können Maschinen nachts und trotz Fachkräftemangel weiter betreiben. Hier sind fünf Faktoren, die Lights-Out-Fertigung für Sie erfolgreich machen.

In den vergangenen Monaten sahen sich Fertigungsunternehmen mit Lieferkettenunterbrechungen, Werksschließungen und begrenztem Personal aufgrund der COVID-19-Pandemie konfrontiert.

Infolge dessen gewannen Automatisierungslösungen wie Robotik und Software-Steuerungen an Attraktivität. Das Versprechen der Lights-Out-Fertigung rückte stärker in den Fokus und könnte ein entscheidender Faktor sein, um Unternehmen bei voller Kapazität zu halten.

Vollautomatisierte Fabriken mit Lights-Out-Fertigung benötigen keinen menschlichen Eingriff. Statt Maschinen und Werkzeuge untätig stehen zu lassen, kann das Management diese abends und an Wochenenden laufen lassen – wenn Mitarbeiter zu Hause sind oder nicht verfügbar.

Es gibt Einschränkungen: Es muss genügend Arbeit für die Maschinen geben, um die Investition zu rechtfertigen. Nicht alle Teile eignen sich für unbeaufsichtigtes Zerspanen – doch mit dem richtigen Ansatz und der passenden Ausführung sind die meisten dafür geeignet.

Dennoch: Je mehr Sie über Fabrikautomatisierung wissen, desto größer das Potenzial für zusätzlichen Output und eine bessere Bilanz. Hier sind fünf wesentliche Elemente, um Lights-Out-Fertigung Realität werden zu lassen.

1. Der richtige Teile-Mix

Man könnte denken, Lights-Out-Fertigung sei nur für Betriebe möglich, die relativ einfache, großzügig tolerierte Teile in Tausenderstückzahlen fertigen – vorzugsweise aus Aluminium oder anderen gut zerspanbaren Werkstoffen.

Weit gefehlt. Viele Shops fertigen im Lights-Out-Betrieb eng tolerierte, hochkomplexe Titan- und Inconel-Bauteile – sogar in Losgröße 1.

Das Erfolgsrezept in diesen Umgebungen basiert nicht primär auf dem Werkstoff oder den Toleranzen. Es geht vielmehr um die Schritte, die Sie unternehmen, um die Variablen der Zerspanung zu beherrschen.

Ist der Prozess stabil und vorhersagbar, sind die meisten Teile für einen gewissen Automatisierungsgrad geeignet, wenn folgende Punkte erfüllt sind:

• Spanmanagement
• Standzeitmanagement
• In-Prozess-Messtechnik

Eine Teilefamilie oder ein häufig wiederholtes Teil ist ein idealer Einstieg für jede Lights-Out-Initiative.

Sehen Sie den definitiven Leitfaden zur Lights-Out-Fertigung:

2. Die richtigen Maschinenmerkmale und Werkzeuge

Jede CNC-Maschine lässt sich automatisieren, wenngleich dies mit bestimmten Maschinentypen deutlich einfacher ist.

Beispielsweise sind Drehmaschinen serienmäßig mit hydraulischer Spannung ausgestattet – eine Grundvoraussetzung für Automatisierung. Viele verfügen zudem über Spänförderer und Hochdruckkühlsysteme, die verhindern, dass herumfliegende Späne nachts Probleme verursachen.

Rüstet man einen Stangenlader mit Magazin und ein In-Prozess-Tastsystem nach, stehen die Chancen gut, die Maschine für ein oder zwei zusätzliche Schichten unbeaufsichtigt laufen zu lassen.

Bei einem Bearbeitungszentrum mit vertikaler Spindel (VMC) ist der Aufwand größer. Sie benötigen:

• Einen Roboter zum Be- und Entladen
• Ein Fördersystem für Rohmaterial und Fertigteile
• Ein automatisiertes Spannsystem (Spannzange oder Palettenwechsler)
• Eine effektive Spanabfuhr aus dem Arbeitsraum

Horizontale Bearbeitungszentren (HMC) sind am automation-freundlichsten. Ein HMC eliminiert viele VMC-Schwächen, besonders wenn es mit einem Palettenpool oder linearen Palettensystem ausgestattet ist.

Unabhängig vom Maschinentyp oder -hersteller sollte die Maschine über die nötige Spindelleistung verfügen, um effizient Span zu entfernen, präzise genug für die geforderten Toleranzen ohne „Babysitting“ sein und äußerst zuverlässig arbeiten.

Neuere Maschinen verfügen zudem über Ethernet-basierte Vernetzungsfähigkeiten und oft fortschrittliche Sensoren, die die Überwachung von Zerspanungsbedingungen und die Analyse nächtlicher Ereignisse erleichtern.

3. Automatisierungsfreundliches Werkzeug und Spanntechnik

Eine Maschine sollte über ausreichend freie Werkzeugplätze und eine Standzeitmanagement-Funktion verfügen, um ihre Lights-Out-Fähigkeiten zu maximieren.

So können CNC-Programmierer Ersatzwerkzeuge zu vordefinierten Intervallen oder bei Tastsystem-Meldung über Werkzeugverschleiß aufrufen. Dies ist bei Werkstoffen wie Baustahl oder Aluminium weniger kritisch, gewinnt aber bei Edelstahl und Superlegierungen massiv an Bedeutung.

Dies spricht erneut für ein HMC: Die meisten Maschinenbauer bieten Optionen für riesige Werkzeugmagazine und zentrale Werkzeuglagersysteme. Ein Mehrzweck-Drehzentrum mit Werkzeugwechselfunktion eignet sich für Lights-Out-Arbeit weit besser als eine klassische Revolverdrehmaschine.

Was ist das richtige Werkzeug? Aus Automatisierungssicht eher zweitrangig, doch die Investition in Dual-Contact-Systeme wie Capto, HSK, KM oder äquivalente Werkzeughalter lohnt sich für Shops, die Maschinenverfügbarkeit und Effizienz schätzen.

Weitere für Lights-Out relevante Werkzeugbereiche: Schnellwechsel-Nullpunktspannung, Schnellwechselbacken und -vorrichtungen sowie hydraulische oder pneumatische Spannzangen. All diese Bereiche erhöhen die Flexibilität und reduzieren Maschinenstillstände.

4. Fernüberwachung, Software und Bereitschaftsdienst

Spindel- oder Revolver-getastete Tastsysteme sind entscheidend für Bruchwerkzeugerkennung, Werkstückpositionsvalidierung und In-Prozess-Messung. Diese Systeme sind heute an vielen Maschinen Standard.

Die Zeiten komplexer Makroprogramme sind vorbei. Heutige Überwachungssysteme und Software sind deutlich benutzerfreundlicher.

Tasten ist eine notwendige Komponente jeder Lights-Out-Strategie, doch Shops sollten auch über Fernüberwachungsmöglichkeiten verfügen. Das kann so einfach sein wie eine Benachrichtigung der CNC-Steuerung aufs Handy des Bereitschaftsmachers über einen Maschinenstopp.

Sie können auch Kameras im Maschineninnenraum installieren und über das firmeninterne VPN überwachen.

Wichtig: Ein Lights-Out-Ansatz erfordert weiterhin menschlichen Eingriff – etwa bei unerwarteten Maschinenstopps oder Werkzeugbruch. Das Letzte, was ein Shop will, ist ein kompletter Produktionsstillstand, der die Tagschicht beeinträchtigt. Ziel ist ja gerade, Stillstand zu vermeiden.

5. Investition von Zeit und Kapital

Lights-Out-Fertigung erfordert Aufwand in Prozessentwicklung und -validierung, Einrichtung und Management von Tastroutinen, Standzeitmanagement, Robotern und Greifern sowie Fernüberwachungssystemen.

Hinzu kommt: Die Maschinen selbst müssen in exzellentem Zustand gehalten werden. Besondere Aufmerksamkeit gilt routinemäßiger Maschinen- und Werkzeugwartung, Kühlschmierstoffmanagement und Shopfloor-Organisation, damit nächtliche Überraschungen minimiert werden.

Der Weg zur Lights-Out-Fertigung ist eine ganzheitliche Reise. Er maximiert verfügbare Bearbeitungsstunden und das Potenzial des Betriebs.

Arbeiten Sie mit Lights-Out-Fertigung? Welche Herausforderungen haben Sie erlebt? Teilen Sie Ihre Gedanken in den Kommentaren.