Fertigungsautomatisierung meistern: Strategien, Vorteile und Industry-4.0-Einblicke

Zu sagen, dass die Auswirkungen der COVID-19-Pandemie weitreichend waren, ist eine Untertreibung. Wenige Branchen sind von der COVID-19-Pandemie unberührt geblieben, der Fertigungssektor eingeschlossen. Während viele Sektoren bereits vor der Pandemie die Vorteile von Industrie 4.0 angenommen haben, hat das vergangene Jahr einen dramatischen Anstieg der Automatisierung in der Fertigung gesehen.

Angesichts der Pandemie und globaler Arbeitskräftemangel fanden sich viele Hersteller mit leeren Werken oder gestaffelten Arbeitsschichten aufgrund von Lockdowns und Social-Distancing-Protokollen wieder. Dies führte sie dazu, smarte Technologien, Fernüberwachung, Echtzeit-Datenerfassung und Automatisierung in ihre Produktionsprozesse zu integrieren, um Einstellungsherausforderungen auszugleichen und gleichzeitig die Produktivität und Effizienz ihrer Teams zu steigern.

Die Vorteile der Automatisierung im Fertigungssektor werden wahrscheinlich auch nach Abklingen der Pandemie bestehen bleiben – clevere Fertigungspartner wissen, dass die Nutzung von Automatisierung wann immer möglich der Schlüssel ist, um der Konkurrenz voraus zu sein und Geschäftsprozesse zu optimieren. Dieser Artikel wird untersuchen, wie Automatisierung in der Fertigungsindustrie aussehen kann und die wichtigsten Vorteile einer Partnerschaft mit einem Fertigungsunternehmen hervorheben, das die Kraft der Automatisierung kennt.

Die primären Formen der Fertigungsautomatisierung

Die drei Haupttypen der Automatisierung in der Fertigung sind fest, flexibel und programmierbar.

Feste Automatisierung

Feste Automatisierung, oder „harte Automatisierung“, wird typischerweise in Produktionsumgebungen mit hohen Volumenanforderungen und spezialisierten Geräten für festgelegte Aufgaben implementiert. Im Allgemeinen werden die meisten festen Automatisierungslösungen auf einzelne Maschinen eingesetzt, und die Abfolge der Operationen, die die Maschinen ausführen, ist sowohl vorgegeben als auch endlich.

Feste Automatisierung ist ideal für die Herstellung hoher Stückzahlen desselben Teils, da die involvierten hohen Produktionsvolumina wirtschaftlich keine Geräte- und Prozesswechsel zulassen. Änderungen an einem festen Automatisierungssystem erfordern oft, dass die Maschinen abgeschaltet und Ingenieure das Werkzeug manuell wechseln. Diese Ausfallzeit erhöht die Produktionskosten und -zeit dramatisch. Daher sind Niedrigvolumen-Produktionsläufe, Teile mit sich ändernden Abmessungen oder Merkmalen und solche mit kürzeren Lebenszyklen tendenziell besser für programmierbare Automatisierungssysteme geeignet als für feste Automatisierung.

Beispiele für feste Automatisierungslösungen sind automatisierte Montagemaschinen, Maschinentransferlinien (oft in der Automobilfertigung verwendet), Materialförderbänder, Lackier- oder Beschichtungsprozesse und mehr.

Programmierbare Automatisierung

Programmierbare Automatisierungssysteme ermöglichen es, Maschinenkonfigurationen und -operationen über elektronische Steuerungen anzupassen. Dies ermöglicht Teams, Teile in Chargen herzustellen, indem sie die Maschinen und Operationsfolgen neu programmieren. CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) sind ein gängiges Beispiel für programmierbare Automatisierung.

Ein Vorteil programmierbarer Automatisierung ist, dass die Ausrüstung speziell dafür ausgelegt ist, eine breite Palette von Teilen mit minimalem Werkzeugwechsel herzustellen, was Chargenmengen von wenigen Dutzend bis zu Tausenden von Teilen pro Charge ermöglicht.

Flexible Automatisierung

Flexible Automatisierungssysteme sind Erweiterungen programmierbarer Automatisierung. Diese hochanpassungsfähigen Systeme haben vier Komponenten – Teilebearbeitungsmaschinen (typischerweise CNC-Bearbeitungswerkzeuge), ein Materialhandhabungssystem, ein zentrales Computersystem und menschliche Eingaben. Diese Systeme verbinden mehrere Maschinen über ein Materialhandhabungssystem, und menschliche Bediener geben Befehle über Computercode oder eine Human-Machine-Interface (HMI) ein, was es ihnen ermöglicht, Produktion und Betrieb von einer zentralen Steuerung aus zu verwalten. Ein wesentlicher Unterschied zwischen festen und flexiblen Systemen ist, dass letztere besser geeignet sind, mehrere Teile gleichzeitig zu bearbeiten.

Da sich die Eingaben für flexible Automatisierungssysteme auftragsabhängig ändern, sind diese Systeme oft vernetzt, was Fernüberwachung und -steuerung ermöglicht und die Notwendigkeit physischer Nähe zwischen Steuerung und Maschine eliminiert. Während flexible Automatisierungssysteme Werkzeugwechsel automatisch ohne manuelles Eingreifen ausführen können, müssen Sie die Teileproduktion auf solche beschränken, die mit einem ähnlichen Werkzeugsatz hergestellt werden können. Flexible Automatisierung eignet sich gut für Niedrig- bis Mittelvolumenproduktion, Aufträge mit hoher Produktvielfalt und Umstände, in denen Nachfrageänderungen erwartet werden.

Flexible Automatisierungssysteme werden häufig in der chemischen Verarbeitung und der Herstellung gängiger Metalle wie Eisen, Stahl, Aluminium und anderen eingesetzt.

Vorteile der Automatisierung in der Fertigung

Automatisierung bietet Herstellern eine breite Palette von Vorteilen, die sich auch auf ihre Kunden und Partner auswirken.

Robotik und Automatisierung können weit höhere Effizienz und Konsistenz zwischen Teilen und über Aufträge hinweg bieten. Automatisierte Lösungen helfen auch, Arbeitskosten zu senken, indem sie den Bedarf an manuellen Operationen minimieren und gleichzeitig die Arbeitsproduktivität steigern – eine Kombination, die dem Kunden zugutekommt, indem sie Teilekosten senkt und Produktionszeitpläne verkürzt.

Nicht nur das, effizientere Prozesse und kürzere Zeitpläne geben Produktteams mehr Zeit, sich mit Produktdesign und -produktion zu beschäftigen, was zu höherwertigen Teilen führt. Automatisierung kann auch helfen, Materialverschwendung zu minimieren und menschliche Fehler aus dem Fertigungsprozess zu entfernen, was letztlich die Sicherheit der Produktionsprozesse verbessert.

Schließlich sind einige Fertigungsprozesse tatsächlich nicht manuell durchführbar. Rapid Prototyping und integrierte Schaltkreisfabrikation sind Beispiele für viele Prozesse, die auf geometrischen und Toleranzanforderungen beruhen, die nicht von Hand erreicht werden können, was Automatisierung in diesen Fällen unverzichtbar macht.

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Angesichts der signifikanten Vorteile der Integration von Automatisierungssystemen in die Produktion ist es für Produktteams ratsam, mit einem Hersteller zusammenzuarbeiten, der die richtigen Werkzeuge und Lösungen hat, um Teiledesign, Maschinenoperationsfolgen und andere Prozesse zu optimieren.

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