Besser, schneller, günstiger – dies sind die drei größten Herausforderungen der Werkzeugmaschinennutzer. Durch die Automatisierung mit Industrierobotern lassen sich diese meistern. Die Lieferzeiten können bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität verkürzt werden, und das auch noch zu niedrigeren Kosten. Dies ist nicht nur in der Hochvolumenproduktion möglich, sondern selbst bei kleinen Losgrößen.
Nachdem die Fertigung einfacher beziehungsweiser wenig anspruchsvoller Teile inzwischen nach Asien ausgelagert wurde, ist die größte Herausforderung der Werkzeugmaschinennutzer in Europa die zunehmende Steigerung der Qualitätsanforderungen. Noch genauer, mit noch geringeren Toleranzen – so die Forderung der Auftraggeber.
Natürlich wird eine Werkzeugmaschine nicht genauer, wenn man sie mit Industrierobotern automatisiert. Allerdings vermeiden Roboter Fehler im Ablauf, zu denen falsches Einlegen, Beschädigung beim Ablegen nach der Bearbeitung sowie falsch ausgeführte Zusatzschritte wie Entgraten oder Beschriften gehören. Einmal richtig trainiert, arbeitet der Roboter fehlerlos bis zu durchschnittlich 40 000 Stunden.
Die qualitativ hochwertigen Teile noch schneller zu fertigen, ist die nächste große Herausforderung. Auch hier ist die Automatisierung mit Robotern neben der Reduzierung der Spanzeiten ein adäquates Mittel. Die Möglichkeiten sind vielfältig. Dazu zählt etwa die Verlagerung nicht funktionsentscheidender Tätigkeiten auf den Roboter, der die Maschine entlastet und damit die Bearbeitungszeit pro Bauteil verkürzt. Maschinenstillstände während der Pausenzeiten verkürzen sich.
Kuka ist es in der eigenen Fertigung gelungen, die Spindellaufzeiten von 18 Minuten auf 13 Minuten zu verringern, indem der Roboter Aufgaben wie Entgraten und Bohren von der Maschine übernommen hat. Zudem lässt sich sonntags eine Zusatzschicht mannlos realisieren. Zusammen mit der pausenlosen Fertigung ergibt sich eine Produktivitätssteigerung von 10 Prozent beziehungsweise 1700 Teilen mehr pro Jahr.
Weitere Herausforderung für die Werkzeugmaschinennutzer: Die zu fertigenden Teile werden komplexer. Neben den steigenden Qualitätsanforderungen führt diese Tatsache zu Fehlern bedienungstechnischer Art. Je komplexer die Teile, desto größer die Gefahr, dass der Werker Fehler beim Einlegen oder bei der Nachbearbeitung macht.
Der Roboter dagegen ist fehlerlos, egal wie komplex die zu handhabenden oder zu bearbeitenden Teile sind. Einzig die Konstruktion seines Greifers und das Einrichten des Handlungsprogramms werden unter Umständen aufwändiger.
Dass die Preise für die gleiche Leistung sinken, ist seit Jahren ein Trend, mit dem die produzierende Industrie zu kämpfen hat. Hier fällt die Entscheidung bei arbeitsintensiven Produktionsschritten oft zwischen der Verlagerung in Niedriglohnländer oder der Automatisierung. Mit der Verlagerung der Produktion ergeben sich die bekannten Probleme in der Logistik und der Produktionsüberwachung über lange Distanzen. Zudem entstehen Qualitätsprobleme und Know-how-Abfluss in Länder, die zur Konkurrenz werden können.
Mit der Automatisierung in Europa umgeht man diese Probleme. Steigende Produktivität inklusive permanent erhöhter Preisdruck lassen sich mit einem Roboter harmonisieren, da hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit mit weniger Ausschuss Hand in Hand gehen. Dazu addieren sich Vorteile wie pausenloses Arbeiten selbst bei mannlosen Schichten.
Qualitätssicherung mit Automatisierung
Gestiegene Qualitätsanforderungen sind an der Tagesordnung. Dass die Qualität selbst wichtiger geworden ist als der Preis für die Leistung, klingt zunächst nach einer guten Nachricht. Jedoch sind Endkunden bezüglich der gelieferten Qualität sensibler geworden. Ganze Chargen gehen aufgrund mangelhafter Teile zurück. Die Kosten können dann den finanziellen Spielraum des Lieferanten leicht übersteigen. Mit einer Qualitätssicherung über Automatisierung kann man diesem Risiko begegnen. Durch die Flexibilität des Roboters lassen sich auch Messeinrichtungen zur Qualitätssicherung integrieren.
Ebenso verhält es sich mit dem Trend zur immer stärker eingeforderten Liefertreue. Diese ist inzwischen sogar wichtiger als der Preis. Aber Lieferverzögerungen können hier schnell zu Regressforderungen oder zum Verlust des Kunden führen. Während der durchschnittliche Maschinenbediener in Deutschland 8,6 Tage pro Jahr krank ist und damit für Produktionsverzögerungen oder zumindest für personallogistische Schwierigkeiten sorgen kann, ist der Roboter mit einer durchschnittlichen Ausfallzeit (MTBF) von 40 000 Stunden bei einem Zweischichtbetrieb alle fünf Jahre „krank“. Auch hier ist eine durchschnittliche Reparaturzeit (MTTR) von zwei Stunden deutlich besser als die durchschnittlich 1,6 Tage, die ein Werker pro Krankheit am Stück fehlt.
40 000 Stunden MTBF und zwei Stunden MTTR führen zu 99,995 Prozent Verfügbarkeit des Roboters gegenüber 96 Prozent Anwesenheit des Werkers (220 Arbeitstage minus 8,6 Krankheitstage). Dass der Mitarbeiter von dieser Anwesenheit im besten Fall nur 84 Prozent produktiv ist, kommt noch erschwerend hinzu.
Nicht nur schneller, besser, billiger wird gefordert – es werden auch immer mehr Aufgaben von den OEMs an ihre Lieferanten abgegeben. Zusätzliche Montageschritte kommen hinzu. Hier spielt der Industrieroboter seine Flexibilität und seine Genauigkeit aus. Handlingsaufgaben werden übernommen, damit sich Maschinennebenzeiten noch mehr verkürzen und die Amortisationsschwelle noch schneller erreicht wird.
Alle bisher angeführten Argumente helfen gleichzeitig gegen den wachsenden Konkurrenzdruck. Denn wer zu vertretbaren Kosten in hoher Qualität rechtzeitig liefern kann, muss sich vor der Konkurrenz nicht fürchten.
Mit dem generell sinkenden Auftragsvolumen nimmt außerdem der Konkurrenzdruck zu. Automatisierung erhöht die Produktivität und schafft die Basis für zukünftige Kämpfe um die weniger werdenden Aufträge.
Hinzu kommt die in der Branche immer währende Diskussion um mehr Energieeffizienz. Je nach Quelle haben Werkzeugmaschinen im Stillstand zwischen 40 und 80 Prozent der Leistungsaufnahme gegenüber der Bearbeitungszeit. In jeder Minute Maschinenstillstand bleibt also nicht nur das in die Maschinenanschaffung investierte Kapital ungenutzt, es wird auch noch jede Menge Energie verschwendet.
Eine ununterbrochene Fertigung durch automatisierte Beladung sorgt dafür, dass die Maschinenstillstandzeiten und damit die Energieverschwendung drastisch reduziert werden. Mit modernen Industrierobotern verstärkt sich der Effekt noch, da diese bis zu 30 Prozent weniger Energie verbrauchen als ihre Vorgängergeneration.
Autor: Andreas Schuhbauer Key Technology Management – Machine Tools Kuka Roboter GmbH www.kuka-robotics.com
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