Intelligente Fertigung durch Prozessoptimierung verbessern

Vorwort

Die Industrie sagt oft: Wenn wir Industrie 4.0 verwirklichen wollen, haben wir noch viel zu lernen. Unter dem zu lernenden Wissen ist das Handwerk (Prozesstechnologie) das Grundlegendste und Erste, das verstanden werden muss.

Im gesamten produktionsbezogenen Geschäft der Fabrik nimmt die Prozessarbeit eine grundlegende und führende Position ein. Wenn Ausrüstung der Muskel der Fabrik ist und Sensoren und Netzwerke die Nerven, dann ist der Prozess die Seele der Fabrik. Daher ist es zwingend erforderlich, den Prozess zu verbessern.

1. Prozessverbesserung beginnt mit schlanker Optimierung bestehender Prozesse, Implementierung von Prozessstandardisierung, Förderung von Lean-Prozessen und Erforschung von Prozessrobustheit.

Ob traditionelle Produktionsmethoden oder Smart Factories unter Industry 4.0 – schlanke und stabile Fertigungsprozesse sind erforderlich. Dies ist auch der grundlegende Weg, unsere aktuellen Effizienz- und Qualitätsprobleme zu lösen.

Die sogenannte „Intelligenz“ der Smart Factory wird von Technikern gebildet, die eine Reihe von Entscheidungsfaktoren und Denklogiken gemäß spezifischen Geschäftsprozessen verfeinern – dies ist nicht mit menschlicher Intelligenz vergleichbar. Daher sind die Anforderungen an Fertigungsprozesse viel höher als bei traditionellen Methoden. Unter aktuellen Bedingungen führen unvollkommene Prozesse nur zu niedriger Produktionseffizienz und instabiler Produktqualität. In der Industry-4.0-Umgebung verursachen instabile Prozessabläufe unvorhersehbare Fehler, die die Smart Factory zum Stillstand bringen und schwere Verluste verursachen.

2. Um Prozesse schlank und stabil zu machen, können wir nicht mehr die Verifizierungsmethode nutzen, die auf tatsächlicher Produktion basiert.

Stattdessen müssen wir ein wichtiges Industry-4.0-Konzept einführen: den Digital Twin. Dieser integriert die reale Umgebung und ihren Zustand in den virtuellen digitalen Raum. Simuliert wird ein virtueller digitaler Zwilling, der exakt der realen Fabrik entspricht. Die virtuelle Realität wird genutzt, um Prozesse, Abläufe und Planungen zu verifizieren, Rückmeldungen zu geben und zu verbessern. Ob Details des Bearbeitungsprozesses oder makroskopische Prozesslayout-Planung – Verifikationstests können im virtuellen digitalen Werk durchgeführt werden, was die Reife der Arbeit stark erhöht und viel Zeit und Ressourcen spart.

Wir haben bereits Simulationen in Technologien wie Gießen, Schweißen, Blechbearbeitung, Zerspanung usw. eingesetzt, aber der aktuelle Anwendungsbereich ist klein und die Standardisierung unzureichend. Künftig sollten wir einen detaillierten Plan aufstellen, eine Simulationsumgebung schaffen und die Simulationsanwendung im Feld ausweiten, bis die Simulation wirklich effektiv ist und eine Echtzeitsimulation der gesamten Umgebung schrittweise realisiert wird.

3. Den technologischen Denkansatz ändern.

Alle Veränderungen stammen aus dem Denkwechsel. Die Hauptaufgabe traditioneller Prozesstechniker ist die Erstellung von Arbeitsplänen für Einzelprozesse. In Zukunft wird die Hauptaufgabe der Prozesstechniker darin bestehen, die Logik des Prozesdenkens zu verfeinern und die riesige Prozessdatenbank kontinuierlich zu ergänzen, zu verbessern und zu optimieren, um Prozesswissensdaten zu pflegen. Die eigentliche Prozessdesign-Arbeit könnte dann vom Computer erledigt werden.

Prozessabläufe werden nicht mehr als Einzelprozess vorliegen, sondern als diskreter Mehrprozess-Flow. Unter Sicherstellung der Produktqualität wird der Prozessweg so flexibel wie möglich gestaltet, um dem Entscheidungssystem der Smart Factory möglichst viele Optionen zu bieten. Durch Gesamtanalyse aller Einflussfaktoren wird der beste Weg gewählt und angeordnet.

Veraltete traditionelle Prozesstechnik-Ideen sollten eliminiert werden. Die typischsten sind die Gewohnheiten bei der Kennzeichnung von Spannausrichtung und Körpermaßtoleranz.

In der aktuellen Produktion verschwendet das Spannen und Ausrichten auf der Werkzeugmaschine viel Maschinenarbeitszeit, was die Produktionseffizienz stark beeinträchtigt. Durch die stetige Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit und die Zunahme der Maschinenfunktionen kann das Problem des Spannens und Ausrichtens durch Präzisionspositioniervorrichtungen und die Selbstausrichtefunktion der Werkzeugmaschine gelöst werden.

Die Gewohnheit, die Körpermaßtoleranz zu kennzeichnen, stammt aus der Zeit, als konventionelle Werkzeugmaschinen verwendet wurden, um die Wahrscheinlichkeit manueller Außer-Toleranz-Bearbeitung zu verringern und die Produktqualitätsrate zu erhöhen. Dies führt dazu, dass die tatsächliche Bearbeitungsgröße des Produkts von der Normalverteilung abweicht, was der Qualitätsstabilität von Serienprodukten nicht zuträglich ist.

Derzeit sind CNC-Bearbeitungs-Geräte weit verbreitet, und die Bearbeitungsgenauigkeit hat sich im Vergleich zu früher stark verbessert. Es ist nicht mehr notwendig, für Prozessmaße die Körpermaßtoleranz-Kennzeichnung zu verwenden.

4. Anwendung von Robotern und Schnellwechselsystemen erforschen.

Die Intelligenz, die Industry 4.0 erreichen will, dient nicht dem Ersatz von Menschen. Smart Factories sind keine menschenleeren Fabriken, sondern sollen Mensch und Maschine zusammenarbeiten lassen, um höhere Arbeitsproduktivität zu erreichen.

Daher müssen in Smart Fabriken menschliche Instabilitätsfaktoren beseitigt werden. Angesichts der aktuellen Situation der Fertigungsindustrie ist es weder realistisch noch ökonomisch, einen hohen Grad an unmanned automatisierter Produktion zu erreichen. Der Einsatz von Robotern an geeigneten Stellen ist die beste Wahl, um Stabilität und Effizienz zu verbessern. Roboter und Schnellwechselsysteme können sich an die Produktion mehrerer Sorten in kleinen Losgrößen anpassen und dabei Produktionseffizienz und -stabilität verbessern, während Flexibilität gewahrt bleibt.

5. Bestehende Prozess-Informationssysteme integrieren, um eine einzige Datenquelle zu realisieren und Vernetzung zu gewährleisten.

Die Durchführung aller Geschäftsprozesse auf einer einheitlichen Plattform ist eines der wichtigen Ziele von Industry 4.0. Zuvor haben wir viele Ressourcen in die Informatisierung investiert, besonders in die Prozess-Informatisierung. In verschiedenen Geschäftsbereichen ist der Grad der Prozess-Informatisierung relativ hoch. Die bestehende Informatisierung fehlt jedoch an Gesamtplanung; jedes Informationssystem ist relativ unabhängig, es gibt keinen Austausch von Informationsressourcen, was Informationsinseln bildet und ein großes Hindernis für die Verbesserung der Gesamteffizienz darstellt. Daher ist es nun notwendig, auf Unternehmensebene die Prozess-Informationssysteme auf einer einheitlichen Plattform zu integrieren und die Rolle des Informationssystems wirklich zur Geltung zu bringen.

Auf dem Weg zur Verwirklichung von Industry 4.0 haben wir noch einen langen Weg vor uns und viel Wissen zu erlernen, aber das sind keine Probleme. Solange wir die Chance ergreifen, praktische Pläne formulieren und Schritt für Schritt vorangehen, können wir uns in diesem Prozess verbessern, sodass Industry 4.0 uns immer näher kommt.

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