Produktionseffizienz steigern: Rüstvorgänge automatisieren & repetitive Belastungen eliminieren

Suchen Sie neue Wege, um Ihrem Shop einen ordentlichen Produktivitätsschub zu geben? Automatisierung kann ein Force Multiplier sein. Sie kann auch die Zeit Ihrer erfahrensten und ehrgeizigsten Zerspaner für Mentoring, Erlernen neuer Systeme und Level-up der Maschinenprogrammierung freisetzen. Und sie könnte Versicherungsprämien senken.

Der Use Case für Automatisierung in einem Lohnfertiger unterscheidet sich stark von einem großen Automobilwerk oder anderen Hochvolumen-Fertigern. Aber Automatisierung kann positive, produktive Ergebnisse liefern, die wiederholbare, zeitfressende Aufgaben für Shops jeder Größe vereinfachen.

Was sind die richtigen Anwendungen für Roboter und Cobots? Welche Technologien bringen Qualitätsprüfungen näher an den Prozess? Worauf sollten Shopowner und Fertigungsleiter fokussieren?

Wir erkunden Wege, wie Hersteller heute mit Automatisierung Erfolg haben – und was Sie bei der Veränderungsplanung wissen müssen.

Automatisierung in der Fertigung gibt Zeit an Mitarbeiter zurück und hält Shops wettbewerbsfähig

Der Talentengpass in der Fertigung ist real. Heutige Kapazitätsnachfrage übersteigt das Arbeitskräfteangebot – und soll steigen. Eine Deloitte/Manufacturing Institute Studie 2018 schätzt, dass der Skills Gap bis 2028 ca. 2,4 Mio. Stellen unbesetzt lassen könnte – mit potenziellem wirtschaftlichem Impact von 2,5 Bio. $.

„Es wird nicht besser“, erklärt John Hicks, Inhaber von Kilgore Manufacturing, in einem Artikel über den Skills Delta seiner Firma.

Lohnfertiger können es schwer haben, mit größeren Betrieben um erfahrene, teure Talente zu konkurrieren. Aber Automatisierung kann theoretisch den Impact eines Fachkräftemangels reduzieren, indem sie die routiniertesten, manuellen Aufgaben reduziert – und das Maschinen-zu-Personen-Verhältnis maximiert.

Ein Roboter kann oft mehrere Maschinen bedienen. In manchen Fällen kann ein einzelner Bediener mehrere Roboter bedienen – und jeder Roboter könnte mehrere Maschinen gleichzeitig handhaben.

„Das befreit Bediener für Sekundäroperationen wie Entgraten, Montieren oder mehr Zeit für Qualitätsprüfungen“, erklärt Steve Alexander, VP Operations bei Acieta, einem Automatisierungsintegrator, im SME-Artikel „Automating Job Shops? You Bet!“

Video: Sehen Sie, wie Augustine Die & Mold Automatisierung nutzt, um Prozesse zu erweitern – und einen Skills Delta zu managen.

Der Top-Use-Case für Automatisierung in Lohnfertigern: Rüstvorgänge (Changeovers)

Es gibt keinen Zauberstab für Automatisierung. Es gibt auch neue Skills im Management von Automatisierungssystemen – andere Software, Sensoren, Sicherheit. Oft ist der effektivste Automatisierungseinsatz der Fokus auf Pre-Part und Post-Part Changeover und Setup-Aktivitäten.

„Automatisierung, die für Job-Shop-Bedürfnisse am besten passt, betont nicht nur schnelle, einfache Setups und reduziert Job-Changeover-Zeiten auf 15 Minuten oder weniger, sondern ist auch anpassbar für verschiedene Maschinentypen, besonders für Changeover-Aufgaben“, schreibt Chris Felix, Chefredakteur von Production Machining, in „Job Shop Automation: Fast, Simple and Agile.“

Erfahrene Zerspaner schätzen vielleicht, weniger Zeit für Changeovers und Rohteilbeladung aufzuwenden – und mehr Fokus auf große Jobs und Präzisionsfertigungsprobleme.

2018 nutzte Hicks von Kilgore Manufacturing eine automatisierte Fertigungszelle, die 8 Stunden täglich unbeaufsichtigt lief und half, wöchentlich 3.500 Flanschteile zu versenden – aber nur für ein Teil. Um automatisierter zu werden und Senior-Zerspanern Zeit freizumachen, fügte Hicks eine Ladeassistenzmaschine hinzu.

Das Ladesystem verbindet einen Roboterarm mit einem Drehtisch für Werkstückstaging in einer einzelnen Beladeeinheit, die neben jeder CNC-Dreh- oder Fräsmaschine stationiert und verlegbar ist.

Hicks skizziert, wie die erhöhte Automatisierung wirkt:

• Mehr Arbeit vom bestehenden Kundenstamm.
• Wichtige Platzersparnis auf engem Shopfloor.
• Steigende Teilequalität, da Zerspaner mehr Zeit für Qualitätsprüfungen hatten.

Die Fähigkeit, mehr Business durch wettbewerbsfähiges Bieten zu gewinnen, resultierte aus vorhersehbarerer Maschineneinsatzplanung.

Automatisierungsansatz in der Fertigung: Teilvolumen ist entscheidend

Funktioniert Automatisierung in Umgebungen, wo Teilvolumen stark variiert? Es kann, argumentiert Ed Sinkora von SME.

Stellen Sie sich ein mittelhohes Volumen-Szenario vor, wo Changeovers paar Mal pro Woche passieren. „Mit richtiger Planung könnte eine Zelle in der bemannten Schicht umgeändert werden, was eine schöne Menge unbeaufsichtigter Produktion in der Folgeschicht erlaubt“, erklärt John Lucier, Automation Manager bei Methods Machine Tools, in einem SME-Artikel.

SME sagt, die erforderliche Robotergeschwindigkeit hänge „von der Zerspanungszykluszeit der produzierten Teile ab. Je kürzer die Zykluszeit, desto schneller muss der Roboter sein und desto unwahrscheinlicher kann ein Roboter mehrere Maschinen unterstützen.“

Aber auch Shops mit niedrigeren Volumen können gute Automatisierungskandidaten sein, erklärt Lucier.

„Die wichtigste Überlegung ist Changeover-Zeit zu reduzieren oder Setup-Zeit ganz zu eliminieren. Leute fixieren sich auf Zykluszeit und Be-/Entladezeit, aber wenn Ihre Volumen so niedrig sind, dass die Hälfte der Zeit für Changeovers draufgeht, dann Changeover-Zeit anzugreifen – sogar auf Kosten der Zykluszeit – kann Sinn machen“, sagt Lucier.

Setup kann durch Automatisierung im Wesentlichen eliminiert werden. Roboter können programmiert werden, sowohl ihr eigenes End-of-Arm-Tooling als auch die Werkstückspannung in der Maschine oder Paletten von einem Karussell zu wechseln – „unabhängig vom produzierten Teil, eliminierend die Notwendigkeit, Roboter-Tooling zu ändern oder unterschiedliche Be-/Entladebewegungen für verschiedene Teile zu programmieren.“

Es gibt weitere wichtige Werkzeug-, Spann- und Teile-Stabilitätsbereiche zu evaluieren: Werkstückspannung, Messung, Zykluszeiten, End-of-Arm-Tooling, unbeaufsichtigte Prozesse – und Lights-Out-Bearbeitung.

Automatisierung und Werkstückspannung

„Wenn das Werkstück Positionierung im Spannfutter oder Vorrichtung braucht oder in der Sekundäroperation basierend auf Features der ersten Operation ausgerichtet werden muss, können Vision-Systeme oder Tastköpfe nötig sein“, schreibt Felix. „Spannlösungen müssen auch ausreichend Freiraum zwischen End-of-Arm-Tooling und Spannbacken beim Be-/Entladen erlauben.“

Automatisierung und Messung (Gaging)

„Wenn ein nicht-automatisierter Prozess verlangt, dass der Bediener das Werkstück während oder nach der Bearbeitung misst, sollte Automatisierung der Messung in Betracht gezogen werden“, erklärt Felix. „Verschiedene In-Prozess- oder Post-Prozess-Optionen sind verfügbar: Tastköpfe, periodische Artefakt-Kalibrierung oder Post-Prozess-Messgerät/Koordinatenmessmaschine.“

Automatisierung und Zykluszeiten

Bei Automatisierungsbetrachtung „bestimmen Zykluszeiten Kapazität/Größe von Queuetables und Ein-/Ausförderern für fertige Werkstücke“, schreibt Felix.

Zykluszeiten müssen in Koordination der Aufgaben „sequenziert werden, die der Roboter/Automatisierung erledigen muss, wie Beladen zu Messgeräten, Koordinatenmessmaschinen, Waschstationen, Wende-Stationen“ oder Palettenmanagement.

Automatisierung zur Verbesserung von Arbeitssicherheit und Arbeitnehmergesundheit

Arbeitnehmergesundheit und Shopfloor-Sicherheit sind nicht die primären Gründe für Automatisierungsinvestitionen, aber sie profitieren davon. Karpaltunnelsyndrom ist in Fertigungsjobs nicht ungewöhnlich.

„Etwas so Simples wie ein Teil in ein Drehfutter laden, kann schnell zu einer repetitiven Belastungsverletzung für einen Bediener werden, wenn der Prozess hunderte Male täglich wiederholt wird. Zwischen Ausfallzeiten und Ansprüchen kosten diese Verletzungen Unternehmen jährlich Milliarden Dollar“, erklärt Alexander.

Es gibt Bereiche, wo Automatisierung gefährliche Arbeit verbessert oder eliminiert und unsichere Umgebungen reduziert. Eines: Heben und Bewegen schwerer Objekte. Das andere: Nahe Exposition gegenüber Chemikalien, Partikeln und extremen Temperaturen, erklärt Jim Vinoski, Senior Manufacturing Leader und ehemaliger Werksleiter und Systemingenieur bei Seagrams und General Mills, in einem Forbes-Artikel.

„Rückenverletzungen sind eine der häufigsten in der Fertigung, und diese Aktivitäten sind ein Hauptfaktor. Automatisierte Lösungen: Roboter Pick-and-Place, automatische Palettierer, Vakuumhebesysteme u. a.“, schreibt Vinoski.

„Heute ist es ungewöhnlich, dass Arbeiter mehr als 23 kg (50 lbs) heben, und für repetitives Heben wird selbst das zunehmend seltener.“

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