Automatisierungsstrategien für die High-Mix-/Low-Volume-Fertigung

Wenn Sie in der High Mix/Low Volume-Fertigung (HMLV) arbeiten, kennen Sie vielleicht das Gefühl, von den neuesten Errungenschaften der Industrieautomatisierung ausgeschlossen zu sein. Vielleicht betrachten Sie Unternehmen mit hochgradig standardisierten Produktionsläufen, beispielsweise aus der Fahrzeug- oder Unterhaltungselektronik-Branche, und denken: „Sicher, Automatisierung funktioniert großartig für sie, aber mein Betrieb ist jeden Tag anders.“

Wir verstehen die Herausforderung. Wenn eine typische Produktionscharge nur 50 oder 100 Einheiten beträgt, bevor auf etwas völlig anderes umgestellt wird, erscheinen traditionelle Automatisierungsansätze oft unpraktisch. Es rechnet sich einfach nicht, wenn man die Programmierzeit, die Komplexität der Umstellung und die erforderliche Fachkompetenz berücksichtigt.

Die Landschaft hat sich jedoch gewandelt. Die Automatisierung befindet sich in einem bemerkenswerten Wandel. Neue Technologien und Ansätze, die die Implementierung und den Betrieb vereinfachen, machen die Automatisierung für HMLV-Hersteller nicht nur machbar, sondern wirklich vorteilhaft. Lassen Sie uns gemeinsam schauen, wie diese Strategien auf Ihren Betrieb passen.

​​Die High-Mix-/Low-Volume-Fertigung bringt eine Reihe einzigartiger Herausforderungen mit sich:

• Häufiges Umrüsten, was in die Produktionszeit einfließt
• Anforderungen an die komplexe Handhabung von Teilen für verschiedene Produkte
• Schwierigkeiten bei der Rechtfertigung von Automatisierungskosten für kleine Chargen
• Spezialisiertes Bedienerwissen, das schwer zu replizieren ist
• Begrenzter Platzbedarf für mehrere Prozesse 

Diese Herausforderungen wirken sich in den Branchen unterschiedlich aus. In der Herstellung von medizinischen Geräten können Unternehmen Dutzende verschiedener chirurgischer Instrumente in kleinen Chargen herstellen, von denen jede eine präzise Qualitätskontrolle erfordert. Hersteller in der Luft- und Raumfahrt verarbeiten komplexe Komponenten. Jedes Teil kann über Hunderte von Prüfpunkten verfügen und wird manchmal weniger als 100 Mal pro Jahr produziert. Hersteller von Fahrzeugen im Luxussegment setzen auf handgefertigte Qualität und bieten gleichzeitig immer mehr kundenspezifische Anpassungsmöglichkeiten. Lohnfertiger im Bereich der Unterhaltungselektronik sehen sich mit immer kürzer werdenden Produktzyklen mit zahlreichen Modellvarianten konfrontiert.

Diese vielfältigen Szenarien haben HMLV-Operationen traditionell stark von manueller Arbeit abhängig gemacht – von qualifizierten Mitarbeitern, die sich schnell an verschiedene Produkte und Prozesse anpassen können. Doch mit dem Fachkräftemangel, steigenden Kosten und zunehmenden Qualitätsanforderungen wird dieses Modell immer weniger nachhaltig.

Glücklicherweise sind fortschrittliche Automatisierungslösungen inzwischen wesentlich flexibler geworden und lassen sich besser an individuelle Produktionsanforderungen anpassen als umgekehrt. 

Die erfolgreichsten HMLV-Hersteller von heute verfolgen einen anderen Automatisierungsansatz als ihre Pendants mit hohem Volumen. Anstatt sich auf die Maximierung der Geschwindigkeit eines einzelnen Prozesses zu konzentrieren, priorisieren sie Flexibilität, schnelle Umrüstungen und Systeme, die lernen und sich anpassen können. 

Im Mittelpunkt der flexiblen Automatisierung steht die Fähigkeit, verschiedene Teile zu erkennen und sich ohne langwierige Neuprogrammierung an diese anzupassen. Hierbei spielen moderne Bildverarbeitungssysteme eine Rolle und bringen die Möglichkeiten der HMLV-Fertigung voran.

Die heutigen Bildverarbeitungssysteme können schneller lernen, neue Teile zu erkennen und Roboter oder Inspektionsprozesse entsprechend zu führen. Anstatt Stunden damit zu verbringen, exakte Koordinaten und Parameter für jedes neue Produkt zu programmieren, können diese Systeme Teile anhand ihrer wichtigsten Merkmale identifizieren und sich spontan anpassen.

Hier sind einige Beispiele für branchenspezifische Anwendungen:

• Medizinische Geräte: Ein Hersteller orthopädischer Implantate verwendet Bildverarbeitungssysteme, um subtile Oberflächenvariationen über Dutzende verschiedener Implantatgrößen und -konfigurationen hinweg zu prüfen. Das System passt die Prüfparameter für jede Variante automatisch an. Dabei werden selbst bei hoher Produktvariabilität die jeweiligen Qualitätsstandards beibehalten.
• Luft- und Raumfahrt: Ein Lieferant von Präzisionskomponenten für Verkehrsflugzeuge verwendet bildverarbeitungsgeführte Robotertechnik, um die komplexen Geometrien verschiedener Turbinenteile zu handhaben. Das Bildverarbeitungssystem identifiziert bestimmte Teile und veranlasst das Roboter-Handhabungssystem, den Greifer und die Positionierung entsprechend anzupassen, was trotz der geringen Produktionsmengen eine flexible Automatisierung ermöglicht.
• Luxus-Fahrzeuge: Ein Hersteller von Luxusfahrzeugen verwendet Bildverarbeitungssysteme, um die korrekte Platzierung von Dutzenden verschiedener Innenausstattungsoptionen zu verifizieren. Das System erkennt, welche spezifische Konfiguration montiert wird, und überprüft, ob die richtigen Komponenten installiert wurden, was die Qualitätssicherung über unzählige Kombinationen hinweg ermöglicht.
• Unterhaltungselektronik: Ein Lohnfertiger, der eine Produktionslinie für Smart-Home-Geräte implementiert, verwendet bildverarbeitungsgeführte Systeme für häufige Produktwechsel. Das System identifiziert, welche Modellvariante in die Produktion kommt, und passt die Montageparameter automatisch an, sodass eine einzelne Produktionslinie mehrere Produktversionen mit minimalen Umrüstzeiten verarbeiten kann.

Die Bildverarbeitungstechnologie von Cognex kann ihre Stärken in diesen Umgebungen besonders gut unter Beweis stellen. Sie kombiniert leistungsstarke Mustererkennungsfunktionen mit benutzerfreundlichen Schnittstellen und kann ohne spezielle Programmierkenntnisse oder -erfahrung eingesetzt werden. Das bedeutet, dass Ihr Team das System schnell auf neuen Produkten trainieren und so die Umrüstzeit drastisch reduzieren kann. 

Eine weitere Schlüsseltechnologie für HMLV-Umgebungen ist der kollaborative Roboter (Cobot). Im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern, die eine umfangreiche Schutzvorrichtung und spezielle Arbeitszellen erfordern, sind Cobots so konzipiert, dass sie sicher mit menschlichen Bedienern arbeiten.

Dieser kollaborative Ansatz bietet mehrere Vorteile für HMLV-Hersteller:

• Flexible Inbetriebnahme: Cobots können je nach Bedarf zwischen verschiedenen Arbeitsplätzen hin- und herbewegt werden, sodass Sie die Automatisierung dort einsetzen können, wo sie den größten Nutzen bringt.
• ​Vereinfachte Programmierung: Die meisten Cobots verfügen über intuitive Programmierschnittstellen mit denen die Bediener neue Aufgaben durch Demonstration lernen können.
• Inkrementelle Automatisierung: Repetitive oder ergonomisch herausfordernde Aufgaben können automatisiert und menschliche Fähigkeiten für komplexere Aspekte eingesetzt werden. 

​In Kombination mit Bildverarbeitungssystemen werden Cobots noch leistungsstärker. Das Bildverarbeitungssystem kann die Variable „Wo ist das Teil?“ lösen, während der Cobot die Aufgabe „Was ist damit zu tun“ übernimmt.  

Für HMLV-Operationen kann die Zeit für den Werkzeugwechsel ein großes Hindernis für eine effiziente Produktion sein. Intelligente Hersteller implementieren Schnellwechselsysteme, die eine rasche Neukonfiguration ermöglichen:

• Magnetische Werkstückhalterungssysteme, die in wenigen Minuten neu konfiguriert werden können
• Montagevorrichtungen für bestimmte kleine Chargen, die mit dem 3D-Drucker erstellt werden
• Vision-gesteuerte Systeme, die Teilevariationen identifizieren und ohne Änderungen der physischen Werkzeuge anpassen können

Diese Ansätze minimieren die physischen Aspekte von Umrüstungen und ermöglichen schnellere Übergänge zwischen Produktionsläufen. 

Wie können Hersteller diese Technologien effektiv in einer HMLV-Umgebung implementieren, ohne den laufenden Betrieb zu unterbrechen? Hier ist ein pragmatischer Ansatz:

Beginnen Sie mit Ihren Engpässen
Gehen Sie den Bereich an, der Sie die meiste produktive Zeit kostet. Die Qualitätsprüfung ist oft ideal für HMLV-Umgebungen – Bildverarbeitungssysteme können verschiedene Produkte mit minimaler Neuprogrammierung konsistent verifizieren. So erzielen Sie schnell einen ROI, da Probleme früher erkannt werden.

Fokus auf Teilefamilien
Die meisten Hersteller haben „Familien“ ähnlicher Teile mit gemeinsamen Eigenschaften. Bei medizinischen Geräten können dies Katheter sein, die sich in der Größe unterscheiden, aber gemeinsame Merkmale aufweisen. Für die Luft- und Raumfahrt sollten Gehäusekomponenten mit unterschiedlichen Geometrien, aber ähnlichen Befestigungspunkten in Betracht gezogen werden. Vision-gesteuerte Automatisierung für Teilefamilien bietet selbst bei einem hohen Mix Skalierungsvorteile.

Auf inkrementelle Verbesserungen setzen
Versuchen Sie nicht, alles auf einmal zu automatisieren. Beginnen Sie mit einem einzigen Prozess, testen Sie das Konzept und erweitern Sie es dann. Dies stärkt das Vertrauen des Teams und bietet sofort spürbare Vorteile.

In flexible Infrastruktur investieren
Denken Sie bei der Implementierung der Automatisierung an die Schaffung einer flexiblen Infrastruktur, die sich Ihren Anforderungen anpassen kann. Dies kann Folgendes umfassen:

• Anlagenvernetzung, die es Maschinen und Systemen ermöglicht, Daten auszutauschen
• Gemeinsame Steuerungsplattformen, die die Verbindung verschiedener Systeme erleichtern
• Modulare Arbeitsplätze, die bei Bedarf neu konfiguriert werden können
• Bildverarbeitungssysteme mit Verarbeitungsleistung für verschiedene Anwendungen

Die Rendite dieser Investition wird insbesondere bei Anwendungen zur Qualitätskontrolle deutlich. Beispielsweise können Hersteller von Medizinprodukten eine gemeinsame Bildverarbeitungsplattform nutzen, um die Inspektion über Produktlinien hinweg zu verwalten, von einfachen Kathetern bis hin zu komplexen implantierbaren Geräten. Luft- und Raumfahrtunternehmen können die gleiche Bildverarbeitungsinfrastruktur verwenden, um sowohl eingehende Materialien als auch die Endmontage zu validieren.  Hersteller von Unterhaltungselektronik können Bildverarbeitungstechnologie einsetzen, um die Konsistenz über mehrere Produktgenerationen hinweg zu gewährleisten.

Cognex bietet Bildverarbeitungssysteme, die diesen Ansatz unterstützen, indem sie skalierbare Lösungen bieten, die mit einer einfachen Anwendung beginnen und dann im Laufe der Zeit auf komplexere Anforderungen erweitert werden können.

Berücksichtigen Sie Möglichkeiten zur Erfassung und Analyse von Daten
Ein häufig übersehener Vorteil der Automatisierung in HMLV-Umgebungen ist die verbesserte Datenerfassung. Auch wenn ein Prozess nicht vollständig automatisiert ist, kann das Hinzufügen von Sensoren und Bildverarbeitungssystemen wertvolle Einblicke in Ihren Betrieb bieten.

Diese Daten helfen, weitere Optimierungsmöglichkeiten zu identifizieren und können Ihre zukünftigen Investitionen in die Automatisierung leiten. Bildverarbeitungssysteme sind hier besonders leistungsstark, da sie bildbasierte Daten sammeln können, die Aufschluss über die Teilequalität, Prozesskonsistenz und Produktionseffizienz in Ihrem vielfältigen Produktmix geben können.

Sie sind bereit, Maßnahmen zu ergreifen? Das Erstellen einer erfolgreichen Automatisierungsstrategie für die High Mix/Low Volume-Fertigung muss nicht überwältigend sein. Beginnen Sie mit diesem einfachen Ansatz:

1. Erste Einschätzung: Dokumentieren Sie Ihre größten Umrüstungsprobleme und Qualitätsherausforderungen.
2. Intelligente Zielsetzung: Wählen Sie einen Bereich, in dem flexible Automatisierung bei minimaler Unterbrechung maximalen Nutzen bietet.
3. Eingegrenztes Pilotprojekt: Implementieren Sie ein fokussiertes Projekt, das das Konzept beweist und das Vertrauen des Teams stärkt.
4. Ergebnisse messen: Verfolgen Sie sowohl offensichtliche Vorteile (wie Durchsatz) als auch versteckte Erfolge (wie Konsistenz).
5. Auf Erfolg aufbauen: Wenden Sie das Gelernte auf Ihr nächstes Projekt an.

Hersteller von Medizinprodukten beginnen in der Regel mit der Implementierung der Automatisierung bei der Endprüfung, bevor sie vorgelagerte Kontrollpunkte implementieren. Luft- und Raumfahrtunternehmen beginnen eher mit der Teileidentifikation, bevor sie sich mit der Montageüberprüfung befassen. Hersteller von Luxus-Fahrzeugen führen in der Regel zuerst die Automatisierung von Unterbaugruppen durch. Hersteller von Unterhaltungselektronik beginnen häufig mit einer automatisierten Prüfung der Leiterplatte.

Das Ziel besteht nicht darin, Menschen zu ersetzen, sondern ihre Beiträge zu optimieren. Bei erfolgreichen HMLV-Operationen übernimmt die Automatisierung repetitive und präzise Aufgaben, während sich Menschen um die Ausnahmen kümmern, kritische Entscheidungen treffen und nach Möglichkeiten zur kontinuierlichen Verbesserung suchen.

Mit Bildverarbeitungssystemen, die intelligent und anpassungsfähig sind, wie es diese Umgebungen erfordern, können selbst die unterschiedlichsten Produktionsabläufe flexibler und effizienter gestaltet werden. Die Automatisierungsrevolution ist nicht mehr nur für Großserienproduzenten zugänglich, sie steht auch für Ihre High Mix/Low Volume-Operationen bereit.