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Automatisierung: Besinnung auf das Wesentliche

Produktdesign
Automatisierung nur, wenn sich der Prozess nicht vermeiden lässt

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Ein automatisierungsfreundliches Produktdesign eröffnet neue Möglichkeiten für die Montage mit Robotern. Bild: Rainer Bez/Fraunhofer IPA
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Je einfacher das Produkt, desto größer das Einsparpotenzial: Wer Roboter in der Montage einsetzen möchte, sollte vorher das Produkt entsprechend umgestalten. Forscher vom Fraunhofer IPA haben zu diesem Zweck Gestaltungsregeln für das „Design for Automation“ aufgestellt.

Dr. Karin Röhricht
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart

Produktentwickler sind die Säulen eines produzierenden Unternehmens. Sie haben die Aufgabe, die von Vertrieb und Marketing beobachteten Kundenbedürfnisse so in ein Produkt umzusetzen, dass daraus ein Marktvorteil für das Unternehmen entsteht. „Neben der zu erreichenden Produktfunktionalität soll das Produkt aber natürlich auch ‚einfach‘ und kostengünstig herstellbar sein – am besten mit einem hohen Automatisierungsgrad“, erklärt der Automatisierungsexperte Dr. Johannes Wößner, der für das Fraunhofer IPA arbeitet. Hier ist dann die Erfahrung der Produktionsplaner gefragt.

Automatisierungsfreundliches Produktdesign

Zahlreiche Kriterien machen ein automatisierungsfreundliches Produktdesign aus. Diese Kriterien werden allerdings noch sehr unterschiedlich stark bei der Produktentwicklung berücksichtigt. „So sind beispielsweise eine modulare Produktstruktur und die Standardisierung der verwendeten Komponenten und insbesondere eine geringe Schraubenvielfalt Themen, die Produktentwickler bereits häufig berücksichtigen“, hat Automatisierungsfachmann Wößner in seiner Arbeit beobachtet.

Andere automatisierungsfreundliche Merkmale hingegen sind nicht immer optimal vorhanden. „Das zeigt sich etwa bei geometrischen Merkmalen zum einfachen, prozesssicheren Vereinzeln und Ausrichten mithilfe eines Vibrationswendelförderers, vor allem ohne Kameraunterstützung, oder bei den Möglichkeiten zum definierten Greifen, Positionieren und Befestigen der Teile“, so Wößner. Manches lässt sich durch eine intelligente Produktionsplanung dennoch technisch und wirtschaftlich sinnvoll automatisieren, anderes jedoch nicht.

Technisches Verständnis von Beginn an

„Die besten Ergebnisse können dann erreicht werden, wenn Produktentwickler und Produktionsplaner schon frühzeitig ein gegenseitiges technisches Verständnis für bereits existierende Lösungsvorschläge, aber auch für zu berücksichtigende Restriktionen haben“, empfiehlt der erfahrene Ingenieur. Um dieses Verständnis zu stärken und die Entwicklung eines neuen Produkts von Beginn an im Hinblick auf eine automatisierte Produktion zu gestalten, bieten Wößner und das Team des Fraunhofer IPA umfassende Technologieberatung an. Das Wissen für dieses „Design for Automation“ kam bereits in zahlreichen Workshops zur Gestaltung des Produktdesigns zum Einsatz – weltweit und in verschiedensten Branchen. In diesen Workshops geht es darum, so früh wie möglich miteinander in Austausch zu kommen und eine Produktentwicklung systematisch anzugehen und zu begleiten.

In einem Workshop für eine einfache Montage werden beispielsweise immer Teams von Mitarbeitern aus unterschiedlichen Bereichen gebildet. So können oft (un)logische Zusammenhänge einfach erkannt und bezüglich ihrer Notwendigkeit hinterfragt werden. „Das, was man ‚schon immer so gemacht hat‘, kann dann leicht geändert werden, ohne dass dabei jemand sein Gesicht verliert“, beobachtet Wößner immer wieder. Denn schon im letzten Jahrhundert war klar: „Die Schwierigkeiten liegen nicht in den neuen Gedanken, sondern darin, den alten zu entkommen“, wusste schon der britische Nationalökonom John Maynard Keynes. Oftmals können auch Mitarbeiter, die täglich an der Montagelinie stehen und so den Prozess bei jedem Produkt neu beobachten können, simple, aber effektive Anregungen geben.

Systematisch Automatisierungspotenziale ermitteln

Die möglichen Vorteile einer (teil-)automatisierten Montage gestalten sich im Detail für jedes Unternehmen mit seinen individuellen Produkten und Prozessen anders. Um zu entsprechend kundenindividuellen und gleichzeitig nachvollziehbaren Ergebnissen zu gelangen, haben die IPA-Experten basierend auf den Richtlinien für das „Design for Automation“ die Automatisierungs-Potenzialanalyse (APA) entwickelt. Dies ist ein kompaktes Verfahren, das binnen weniger Tage durchführbar ist. Das Ziel: Technisch und wirtschaftlich sinnvolle Automatisierungspotenziale zu identifizieren und dem Kunden ein Konzept für eine mögliche Automatisierung vorzulegen, auf dessen Basis gegebenenfalls eine automatisierte Montagelösung detailliert ausgearbeitet und umgesetzt werden kann.

Künftige Produkte unter dem Aspekt der Automatisierbarkeit jetzt vorbereiten

Bisher wurden weltweit über 80 Projekte zum Thema APA und „Design for Automation“ für sehr unterschiedliche Produkte durchgeführt. Die Vorgehensweise und die Ansätze für eine Optimierung sind aber unabhängig davon, ob es sich um Komponenten für einen Kühlschrank, eine Batteriezelle oder einen Lastwagen handelt. „Letztlich steckt der Teufel bekanntlich im Detail und inzwischen wird immer mehr Unternehmern bewusst, dass das Automatisierungspotenzial größer ausfällt, wenn das Produkt vereinfacht nach den Grundregeln des „Design for Automation“ entwickelt wird“, sagt Wößner.

Es ist also kein Fehler, gerade in einer etwas „ruhigeren Zeit“ wie der aktuellen die eigenen Produktionsstätten einer objektiven APA zu unterziehen und auch bereits jetzt die neuen Produkte der nächsten Generation unter dem Aspekt der Automatisierbarkeit vorzubereiten. Eines aber sollte man dabei keinesfalls aus den Augen verlieren, meint Dr. Johannes Wößner: „Es wäre falsch, die Produktgestaltung einzig und allein am ,Design for Automation‘ auszurichten. Im Vordergrund sollten immer die Wünsche der Kunden stehen.“

Kontakt:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Nobelstraße 12

70569 Stuttgart

Tel. +49 711 9701800

www.ipa.fraunhofer.de


Vier Schritte zur Automatisierungslösung

  • Ein Projekt startet üblicherweise mit einer Automatisierungs-Potenzialanalyse (APA). So erhalten Unternehmen nach wenigen Tagen eine Entscheidungsgrundlage darüber, welche Montageprozesse aus technischer und wirtschaftlicher Sicht sinnvoll automatisierbar sind. Seit kurzem ist die APA auch mithilfe einer App durchführbar: ipa.fraunhofer.de/apa
  • In der Konzeptionsphase entsteht ein systematisch erarbeitetes Detailkonzept für eine Automatisierungslösung basierend auf den Ergebnissen der APA und zugeschnitten auf die jeweiligen Anforderungen und Ziele des Unternehmens.
  • Das erarbeitete Konzept wird einer Machbarkeitsuntersuchung unterzogen. So sind kritische Teilfunktionen bereits durch Versuche oder Simulationen abgesichert.
  • Ergebnis des Projekts ist die umgesetzte Automatisierungslösung.
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