Mit flexiblen Anlagen kommen kleine Lose groß raus

Von unserem Redaktionsmitglied Thomas Preuß – thomas.preuss@konradin.de

Mikron schafft es in einer Viertelstunde, Teamtechnik will es auf der Motek in 10 min präsentieren: die Umrüstung ihrer Hochleistungs-Montageautomaten auf eine andere Produktvariante oder eine neue Produktlinie. „Zu schaffen ist das, indem neue Prozesse hauptzeitparallel vorbereitet werden“, erklärt Jean-Francois Bauer, Marketing-Manager der Schweizer Mikron SA Boudry in Boudry. Die Anlage selbst steht dadurch nur noch 15 min still. „Unsere Prozessmodule verfügen über eine eigene Intelligenz“, sagt Bauer. „Die Anwender können sie offline programmieren, einstellen und sogar testen und müssen die Produktion nicht unterbrechen.“ Die Module enthalten neben dem eigenen PC schon die elektrische und pneumatische Verkabelung, die Werkzeuge werden von unten eingebaut.

Die kurze Umrüstzeit ist nur einer der Vorteile des Linear-Montagesystems G05 von Mikron oder ähnlicher Anlagen. Von drei bis fünf Monaten Lieferzeit ist die Rede. Bis zu 100 Takte/min sollen möglich sein. Und 60 % der Komponenten sind bei den Schweizern wiederverwendbar, wenn die Anlage ausgemustert wird. Ein hoher Standardisierungsgrad und die Modularität des Systems sind die Ursache. Im Wettbewerb um die Endkunden soll das – zumindest temporär – Vorteile bringen.

Um diese zu nutzen, müsse eine Anlage schnelle Designwechsel und kurze Time-to-Market-Zeiten ermöglichen sowie eine hohe Funktionsdichte aufweisen, betont Stefan Müller, Vorsitzender des Vorstands des Fachverbands Robotik + Automation im VDMA, Frankfurt/M. „Durch den modularen Aufbau lassen sich Montageanlagen besser an künftige Aufgaben anpassen, was sich wiederum positiv auf die Amortisationszeiten auswirkt.“ Wirtschaftliche Automation führe selbst bei kleineren Losgrößen zu einem recht schnellen Return-on-Investment der Anlagen.

Vor allem bei Produkten mit kurzem Lebenszyklus, wie Mobiltelefonen, habe jeder Anbieter das Ziel, der Erste am Markt zu sein, unterstreicht Jean-Francois Bauer. „Kapazitäten müssen schnell aufgebaut und kurzfristig wieder abgebaut werden können.“ Die Mikron-Maschinen zum Beispiel bestehen deshalb aus nur vier Basiseinheiten: dem Gehäuse, den Prozessmodulen, einem Logistikmodul, das mehrere Zellen miteinander verketten kann, und den Prozesseinheiten. Funktionen und Schnittstellen der Mechanik sind ebenso standardisiert wie die Softwareseite.

Hans-Dieter Baumtrog, stellvertretender Vorsitzender des Fachverbands Robotik + Automation im VDMA und Geschäftsführender Gesellschafter der Sortimat Technology GmbH & Co. in Winnenden, blickt weiter in die Zukunft: „Gehen wir von wachsender Variantenvielfalt und kurzen Produktlebenszyklen aus, muss es möglich sein, die Automatisierungslösung über viele Produktgenerationen hinweg schnell anzupassen.“ Die Montage benötige standardisierte, „universelle“ Plattformen mit einheitlichen mechanischen, elektrischen und datentechnischen Schnittstellen. Dann könnten einzelne Module im Fall eines Produktwechsels schnell ausgetauscht und bei Bedarf wieder verwendet werden. „Dabei muss sich die Anlage nicht in einem Produktlebenszyklus amortisieren“, hebt Baumtrog hervor, „denn sie versieht ihren Dienst über mehrere Produktgenerationen hinweg.“ Wenn es dann darum gehe, das Produkt so rasch wie möglich auf den Markt zu bringen und zu beobachten, wie es sich hinsichtlich Volumen und Varianten entwickle, sei die Option sinnvoll, eine Anlage stufenweise ausbauen zu können. Auch dies ein Vorteil modularer Technik, den Mikron ebenso wie Sortimat – das mit seinen Jetwing-Anlagen vor allem in der Medizintechnik einen Namen hat – oder die Teamtechnik GmbH in Freiberg am Neckar für sich in Anspruch nimmt.

Mikron, das vom Vorgängermodell seiner G05, der 60 Takte/min schnellen Flexcell, in den vergangenen Jahren mehrere hundert verkauft hat, stellte zur Hannoveraner Factory Automation im April ein neues Konzept vor. „Unsere Kunden wollten noch mehr Flexibilität, wollten noch mehr Varianten fertigen können und, vor allem in der Medizintechnik, reinraumkompatible Anlagen“, sagt Marketingleiter Bauer. Aus diesem Grund habe man eine Zelle komplett aus Edelstahl entwickelt. Eine Überarbeitung des alten Systems wäre aufwendiger gewesen als die Neukonzeption des G05. Zwei Hände voll standardisierter Prozesse haben die Schweizer zu bieten, darunter eine Schraubstation, eine Palettierstation und Pick-and-place-Einheiten. Für jede Station ist eine eigene Software vorhanden. Die Montage-Baugruppen oder Produkte dürfen bis zu 100 mm x 100 mm x 100 mm messen; eingesetzt werden quadratische Werkstückträger mit Kantenlängen von 60, 120, 160 oder 240 mm. Jedes Prozessmodul ist für vier bis 16 Montagestationen ausgelegt. Mikron stellt sein System nun auf der Sinsheimer Montagemesse Motek in Halle 1 am Stand 1318 vor.

Für Live-Präsentationen wie 2001 auf der Hannover Messe hat sich Teamtechnik entschieden. Fünfmal täglich zur vollen Stunde baut das Unternehmen in Sinsheim in Halle 1 am Stand 1111 die Montageanlage Teamos durch Austausch, Integration und Inbetriebnahme neuer Prozessmodule in 10 min um. Getrennt wird das produktneutrale Basismodul, der produktspezifische Prozess und die standardisierten Schnittstellen. „Minutenschnell“, betont Produktmanager Andreas Kriegler, „wird anschließend die neue Anlage an einem zentralen Bedienfeld konfiguriert.“ Das wird zur Leitstelle für alle Materialfluss- und Logistikfunktionen.

Für Prof. Dr. Engelbert Westkämper, den Leiter des Fraunhofer-Institutes für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart, ist damit das Ende der Entwicklung noch längst nicht erreicht: Die Anbieter sollten eine sorgfältige Struktur entwerfen mit untereinander standardisierten Schnittstellen und Toleranzen, damit es zukünftig noch deutlich schneller gehe: „Ich wünsche mir Konzepte wie heute beim Computer“, fordert der Wissenschaftler. „Wenn man ein Laufwerk durch dasjenige eines anderen Herstellers ersetzt, erkennt das Gerät innerhalb von Sekunden die neue Komponente und funktioniert. Bei der Montage sollte es genauso sein.“ Dazu müssten sich nur alle Anbieter einig sein und gleichartige Schnittstellen gestalten. „Plug and produce“ lautet Westkämpers Vision. Immerhin: Teamtechnik macht zur Motek einen Schritt hin zur weiteren Vereinfachung. Neu ist ein Steuerungskonzept, das Materialfluss und Prozesssteuerung trennt. Andreas Kriegler beschreibt den Vorteil: „Auf der Prozessebene können nun nahezu beliebige Steuerungssysteme angebunden werden. Das Steuerungskonzept ist plug-and-play-fähig.“ Den IPA-Forscher wird’s freuen.

Zur Integration in Teamos oder Montageanlagen anderer Hersteller präsentieren die Schwaben in Sinsheim ein standardisiertes Laser-Optik-Prozessmodul. „Damit kann der Anwender unterschiedliche Aufgaben auf einer einheitlichen Plattform lösen“, erläutert Kriegler, „zum Beispiel Kennzeichnen und Beschriften, Strukturieren, Abtragen von Schichten, feines Aufschmelzen oder Trimmen von Widerständen.“ Zudem ließen sich Farbumschläge in Kunststoffen erzeugen, Teile löten, fein schneiden und schweißen sowie die begleitenden Mess- und Prüfvorgänge vornehmen. Das Prozessmodul hat eine Profibus-Schnittstelle und ist laut Kriegler sehr einfach in die Maschine zu integrieren. Auch ein neues, standardisiertes Palettiersystem bringen die Freiberger mit. Bestückt wird es über Stapelwagen oder Transportbänder.

Für einen Zulieferer der Automobilindustrie hat Teamtechnik beispielsweise eine Anlage zur Montage eines Abgasrückführventils geliefert. Integriert sind die Prozesse Pressen, Nieten, Dichtheitsmessung, Durchflussmessung, Laserschweißen, Prüfen, Kennzeichnen und Taumelnieten. Ein anderer Zulieferer montiert und prüft auf Teamos Ölfilterhalter. Zu den Montagefunktionen zählen das Einpressen, Schrauben, Umsetzen und Kennzeichnen. Geprüft werden Dichtheit und Öffnungsdruck. Das Besondere an dieser Anlage ist, dass alle Prozesse einzeln veränderbar sind, je nach Marktentwicklung. Autos unterliegen zwar nicht einem ganz so rasanten Modellwechsel wie Handys, aber gelegentliche Verbesserungen im Detail zwingen den Zulieferer zu Flexibilität. Dabei bleibt oft die Nachfrage nach dem alten Produkt noch über Jahre erhalten, so dass es wirtschaftlich sinnvoll ist, die Prozessmodule zu erhalten und bei Bedarf tauschen zu können.

Wer ohnehin schon weiß, dass sein Produkt nur kurze Zeit am Markt besteht, oder wer sich noch in der Entwicklungsphase des Produktes befindet, aber bereits die ersten Lose fertigen möchte, für den eignet sich auch die Montageanlage Jetwing von Sortimat (Halle 1, Stand 1323). Kleinteile, beispielsweise Kontaktlinsenbehälter oder Kupplungen für die Autoelektronik, produziert dieses System voll- oder halbautomatisch mit wechselnden Stückzahlen. Die Taktzahl lässt sich stufenlos auf bis zu 80 Takte/min einstellen. Wem das nicht ausreicht, für den bauen die Winnender die Anlage mehrspurig. Dabei gilt: Taktzahl mal Spuranzahl ergibt die Teilezahl pro Minute. Die Werkstückträger sind standardmäßig 100 mm x 100 mm groß, maximal 200 mm x 100 mm, die Positionsgenauigkeit beträgt ± 0,02 mm – wie übrigens auch bei der Mikron-Maschine. Folgende Funktionen stehen für die Integration zur Verfügung: Ultraschallschweißen, Laser, Stanzvorgänge, Prägen, Drucken, Pressen, Kleben, Silikonisieren, Dosieren, Kontrollieren sowie die Bildverarbeitung. Zu den maximal zehn Arbeitsstationen kann der Anwender weitere Handarbeitsstationen außerhalb der Anlage auf dem Transfermodul aufbauen. Die Anlage ist laut Sortimat komplett oder als Montageplattform in rund drei Monaten lieferbar.

Gleichwohl ist diese Flexibilität nicht der Weisheit letzter Schluss. Das sagt jedenfalls Hans-Dieter Baumtrog – als VDMA-Vertreter ebenso wie aus eigener Erfahrung mit seinem Unternehmen Sortimat (lesen Sie auch die Stellungnahme auf Seite 51): Ein Kunde fertige auf einer vollautomatischen Sortimat-Montagezelle in nur 1min 48 Einweg-Injektionsnadeln für Diabetiker, so genannte Penkanülen. Im 3-Schicht-Betrieb würden annähernd 700 000 Stück pro Tag hergestellt. „Weil der Anwender weiß, dass er den Artikel über einen längeren Zeitraum weitgehend unverändert in hoher Stückzahl am Markt absetzen kann, amortisiert sich die Anlage problemlos im Lebenszyklus des Produktes. Höhere Flexibilität wäre in diesem Fall nicht wirtschaftlich.“