Der Weg zur Automatisierung im Mittelstand

Die Automatisierung ist ein zentraler Stellhebel, um dem Fachkräftemangel wirksam zu begegnen. Im Mittelstand bestehen jedoch häufig noch Vorbehalte gegenüber Automatisierungslösungen oder dem Einsatz von Robotern. Dabei gibt es inzwischen innovative und leicht umsetzbare Lösungen.

Die Ergebnisse langjähriger Forschung und Erfahrungen aus der Umsetzung innovativer Automatisierungslösungen für produzierende Unternehmen hat das Fraunhofer IWU in einem Methodenkasten verdichtet: "How-to-Automate". Ziel ist es, produzierende Unternehmen jeder Größe bei der Optimierung ihrer Fertigung zu unterstützen und Automatisierungspotenziale gezielt zu erschließen, damit sich qualifizierte Mitarbeitende stärker auf ihre Kernaufgaben konzentrieren können.

Flexible Maschinenkonzepte ermöglichen die schnelle und unkomplizierte Integration von Automatisierungslösungen in bestehende Produktionsumgebungen. So können innerhalb weniger Wochen spürbare Verbesserungen erzielt werden – von der ersten Analyse bis zur Umsetzung effizienter Lösungen.

Der Weg zu mittel- und langfristigen Lösungen bei komplexeren Aufgabenstellungen führt über modernste Techniken wie steuerungsangebundene Simulation, fähigkeitsbasierte Steuerung oder auch die virtuelle Inbetriebnahme. Die Bandbreite möglicher Lösungen reicht von punktuellen Verbesserungen bis hin zu komplett neuen Produktionsarchitekturen.

Kurzfristig wirksame wie auch tiefergehende Umgestaltungen sollen sich passgenau in bestehende Produktionsumgebungen einfügen können. Damit dies gelingt, begleitet das Fraunhofer IWU Unternehmen von der Analyse bis zur Umsetzung.

Phase 1: Bestand analysieren, Automatisierungspotenziale erkennen

Ausgangspunkt ist eine strukturierte Analyse der Prozesse – zunächst müssen sämtliche Prozesse und Abläufe detailliert erfasst werden. Wertstrom- und Materialflussanalysen schaffen Transparenz über die gesamte Wertschöpfungskette und sind Grundlage für ein klares Verständnis für Bearbeitungsprozesse sowie den Material- und Informationsfluss. Ineffizienz, Verschwendung und Engpässe können so identifiziert und Verbesserungspotenziale aufgedeckt werden. Der Fokus liegt dabei auf genau den Anwendungsfällen im Unternehmen, die den größten Mehrwert versprechen und sich technisch sowie wirtschaftlich sinnvoll durch den Einsatz mobiler und stationärer Robotik automatisieren lassen.

Phase 2: Entwicklung und Umsetzung effizienter Automatisierungslösungen

Nach der Analyse geht es weiter mit der Gestaltung, Validierung und Optimierung eines Automatisierungskonzepts, damit hinsichtlich Technik und Kosten die sinnvollste Lösung entstehen kann. Die Entwicklung und Detaillierung von Anlagentechnik und Steuerung erfolgen dabei parallel und modellbasiert. Während der Realisierung der Anlagenhardware sorgt eine abschließende virtuelle Inbetriebnahme dafür, dass bis zu 70 % der Fehler im Quellcode bereits vor der Installation erkannt werden. Ein weitgehend fehlerfreier Steuerungscode ermöglicht eine zügige Inbetriebnahme der Hardware und einen verzögerungsfreien Produktionsbeginn. Die Bereitstellungszeit der Automatisierung kann so um bis zu 20 % verkürzt werden – und das bei einer Minimierung der Stillstandzeit bestehender Systeme.

Praxisbeispiele für die Bandbreite an Lösungen: RoboOperator und REAL-M

Der vom Fraunhofer IWU gemeinsam mit der Industrie-Partner GmbH entwickelte RoboOperator ist eine mobile, flexible Roboterzelle, die bei Personalausfall sofort einspringen kann. Möglich wird dies durch eine schnittstellenlose Maschinenanbindung und ein intelligentes Kamerasystem, das Bauteile lokalisiert, Handhabebewegungen anpasst und den Maschinenzustand optisch auswertet. Der RoboOperator bedient Schalter und Türen der Maschine eigenständig; nach einmaligem Anlernen ist die Zelle in wenigen Minuten ohne Roboterprogrammierkenntnisse einsatzbereit. Durch den großen Teilepuffer kann er Maschinen über längere Zeit selbstständig betreiben.

Auch komplexe Automatisierungssysteme lassen sich schnell und kosteneffizient umsetzen. Helfen kann dabei beispielsweise das Robotics Engineering Application Lab for Matrixproduction (REAL-M), das die vollständige Fertigungszelle einer innovativen, effizient automatisierten Produktion abbildet. Die flexibel angeordneten Fertigungsmodule der REAL-M sind durch ein fahrerloses Transportsystem vernetzt und ermöglichen einen produktoptimierten Materialfluss. Mittelständische Unternehmen profitieren hier von erprobten Konzepten. Die REAL-M zeigt die Möglichkeiten von Mehrroboter-Lösungen auf, in denen Roboter im Team mit Mitarbeitenden oder auch direkt miteinander kooperieren und interagieren. Modernste Steuerungs- und Sicherheitstechnik bahnt dabei den Weg zu besonders effizienten Prozessen, die noch vor kurzem als nicht realisierbar galten.

Dr.-Ing. Christer-Clifford Schenke, Abteilungsleiter IIoT-Steuerungen und technische Kybernetik am Fraunhofer IWU