Was bedeutet automatisierte Fertigung?

Unter dem Begriff automatisierte Fertigung...

versteht man den automatisierten Ablauf von Fertigungsprozessen. Die Automatisierung ist hierbei der entscheidende Faktor sie wird nach DIN 72 als „das Ausrüsten einer Einrichtung, sodass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet“, verstanden. Ausgerüstet wird die Fertigung deshalb mit modernsten Techniken, man spricht deshalb auch von der Automatisierungstechnik.

Die automatisierte Fertigung soll durch die Beschleunigung der Fertigungsprozesse unter anderem höhere Durchlauf- und dadurch kürzere Produktionszeiten bewirken und wird damit zu einem wichtigen Wettbewerbsvorteil in der modernen Produktion. Sie kann als Teil der Produktionsautomatisierung verstanden werden, die ebenfalls die Automatisierung von Produktentwicklungs- und Produktionsplanungsprozessen umfasst. Man unterscheidet zwischen teilautomatisierten Fertigung, bei der Menschen manuelle Tätigkeiten im Produktionsprozess übernehmen oder vollautomatisierter Fertigung, bei der eine menschliche Arbeitskraft lediglich für die Ingangsetzung, die Produktentnahme, sowie Reparatur- und Wartungsarbeiten zuständig ist.

Welche Vorteile bringt die automatisierte Fertigung mit sich?

Bei der automatisierte Fertigung sollen (intelligente) technische Einrichtungen die Arbeit von Menschen unterstützen oder ersetzen. Das bringt einige Vorteile mit sich:

Mehr Produktivität
Höhere Durchlauf- und kürzere Fertigungszeiten
Mehr Flexibilität in der Fertigung
Erhöhung der Qualität
Kostenreduktion
(körperliche) Entlastung des Mitarbeiters

Die Vorteile ergeben sich insbesondere aus der Tatsache, dass technische Einrichtungen menschliche Arbeit über einen längeren Zeitraum reproduzieren können, mit immer derselben Kraft, in immer derselben Geschwindigkeit und derselben Genauigkeit wie bei der ersten Ausführung. Pausen- oder Ruhezeiten benötigen Maschinen nicht, wodurch diese 24h / 7 in Betrieb bleiben können. Lediglich bei Reparaturen oder Wartungsarbeiten muss so die Fertigung unterbrochen werden, wodurch sich robuste und wartungsarme Einrichtungen als Wettbewerbsvorteil hervortun.

Automatisierte Fertigung als Teil der Industrie 4.0

Die automatisierte Fertigung ist eine Entwicklung, die auf den Bedarf schnellerer Produktionszeiten und geringer Produktionskosten reagiert, und zwar mit immer neuen Techniken und Innovationen. Während in der ersten Stufe der industriellen Revolution die Automatisierung der Fertigung noch durch eine Mechanisierung, die Dampfkraft und auch der Innovation des Webstuhls umgesetzt wurde, hat sich die Art der Fertigung und auch die Art der Automatisierung seit Ende des 18. Jahrhunderts kontinuierlich weiterentwickelt. Etwa 100 Jahre später, durch elektronische Fertigung und das Fließband, wurden in der zweiten industriellen Revolution Massenproduktionen in Fabriken möglich. Bis in den 1970er Jahren die dritte Phase der Industrialisierung durch den Einsatz von Robotik und Computern bestimmt wurde und wir schließlich -nur wenige Jahrzehnte später- in der 4. industriellen Revolution, der Industrie 4.0 angekommen sind.

Durch das Internet und die Entwicklung künstlicher Intelligenz ist die Digitalisierung mittlerweile Grundvoraussetzung, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Darauf aufbauend, soll eine globale Infrastruktur für eine intelligente Vernetzung als Basis autonomer Produktionsverfahren dienen. Genauer gesagt werden Maschinen und Prozesse durch intelligente Technik miteinander vernetzt. Die Fertigung soll dadurch einen höheren Automatisierungsgrad erreichen bis hin zur Autonomie, da mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnik Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte direkt miteinander kommunizieren und kooperieren können.

Und hierbei stehen wir erst am Anfang, denn die vierte industrielle Revolution hat gerade erst begonnen. Ziel ist es jeden Bereich des Produktionsprozesses zu optimieren, angefangen bei der Konstruktion, über die Fertigung bis hin zur Nutzung und Wartung eines Produktes. Dafür werden technische Einrichtungen aus verschiedenen Bereichen genutzt:

Sensor-/Aktortechnik,
Regelungs- und Steuerungstechnik,
Informations- und Kommunikationstechnik,
Leit- und Robotertechnik

Oft ist es sinnvoll verschiedene Techniken in der Fertigung zu integrieren, um die effizientesten Ergebnisse zu erhalten. Dafür ist es notwendig, dass die Entwickler von Automationstechnik breit aufgestellt und in den verschiedenen technischen Bereichen auf dem neuesten Stand sind. Eigene Forschung und Entwicklung ermöglichen Innovation und die Möglichkeit, das Automatisierungspotenzial in der Fertigung zu erhöhen

Was automatisierte Fertigung nicht bedeutet

Die automatisierte Fertigung bedeutet (noch) nicht, dass die Produktion völlig autonom durch die digitale Steuerung funktioniert und Qualität, Liefertermine und Produktionskosten plötzlich keine Herausforderung mehr darstellen würden. Sie darf lediglich als Schritt in diese Richtung verstanden werden, die weiterhin den Mensch als intelligenten und steuernden Part benötigt. Die Komplexität nimmt dabei stetig zu und die einzelnen Komponenten müssen präzise aufeinander abgestimmt ein, um eine tatsächliche Erhöhung der Produktivität und Wirtschaftlichkeit bewirken zu können. Die größtmögliche Effizienz kann bei möglichst vielen produzierten Stückzahlen erreicht werden. Um die Produktionsautomatisierung wirtschaftlich zu gestalten braucht es also eine bestimmte Losgröße. Dadurch wird die Produktion unflexibel und Variantenvielfalt nimmt ab. In einer individualisierten Welt, in der der Anspruch an die Möglichkeit von Variationen eher Standard als Ausnahme ist, wird die Individualisierung in der Automation zur echten Herausforderung.

Individualisierung in der Automation

Die Automatisierung der Konstruktion und Herstellung von Produkten bedeutet oft einen Verlust der Individualisierung, da unterschiedliche Ausführungen nicht mehr ohne weiteres möglich sind. Aber sich schnell ändernde Produktionsanforderungen in einer wettbewerbsbestimmten, globalisierten Welt benötigen gerade die Möglichkeit für teils schnelle Anpassungen in der Produktionsplanung und deren Ausführung. Ziel ist es also die Prozesse so zu automatisieren, dass sie flexibel adaptierbar sind und in Zukunft vielleicht sogar autonom auf kleine Veränderungen im Herstellungsprozess reagieren können. Als Lösung soll die Vernetzung der smarten Systeme nicht nur die vereinfachte Produktionsplanung und vollautomatische Fertigungstechnik ermöglichen, sondern auch die flexible Reaktion auf Anpassungen im Design oder der Montage. Das bringt natürlich Herausforderungen mit sich, da die integrierten Automationslösungen in hohem Maße adaptierbar und skalierbar sein müssen. Der technologische Anspruch an die erforderlichen Systeme erhöht sich also stark. Bis eine tatsächlich autonome Reaktion der Automationstechnik, auf sich ändernde Produktionsanforderungen, Realität wird, müssen Automationslösungen immer im Hinblick auf Modifikation der Prozesse entwickelt werden.

Wie automatisiert man die Fertigung am effizientesten?

Die Integration von Robotern hat sich insbesondere bei körperlich schweren oder gefährlichen Arbeiten bewährt. Aber auch für Arbeiten für die eine hohe Präzision erforderlich ist, zum Beispiel, wenn einzelne Komponenten am Werkstück verbaut werden müssen, trägt die Nutzung von Robotern zu mehr Produktivität bei. Auch der Einsatz Fahrerloser Transportsysteme (FTS) hat sich für die Automatisierung der Fertigung in der Praxis bereits als sehr effizient erweisen. Ebenso stellt die Integration der additiven Fertigung, also der Einsatz von 3D Druck Technologie mittlerweile eine gute Option zur Produktionsautomatisierung dar. Mithilfe von CAD werden bei den Methoden des Rapid Manufacturing Bauteile

durch werkzeuglose Produktion direkt hergestellt. Außerdem ermöglicht die CAD Technologie den effizienten Einsatz von Materialien und eine individuelle Konzeptentwicklung. Viele technische Errungenschaften der letzten Jahrzehnte, bzw. Jahrhunderte, finden mittlerweile standardmäßig Anwendung in der Produktion. Am effizientesten lässt sich die Fertigung also automatisieren, indem komplexe Prozesse durch die Nutzung aller verfügbaren Mittel automatisch funktionieren und miteinander agieren. Je nach Branche und Kundenwunsch gibt es also verschiedene technische Möglichkeiten für die Produktionsautomation, die in vielen Fällen auch kombiniert werden.

Aber nicht immer ist eine Vollautomatisierung möglich oder sinnvoll. In manchen Fällen ist ein duales System aus automatisierten Prozessen und manuellen Tätigkeiten angeraten oder notwendig, das gilt es im Einzelfall zu prüfen. Allgemein lässt sich sagen, dass durch den Einsatz intelligenter Automationstechnik die Wirtschaftlichkeit in -unter anderem- diesen Branchen erhöht werden kann: