Diskussion um Industrie 4.0 in der Lackiertechnik hat gerade erst begonnen

Smarte Lackieranlagen durch Industrie 4.0

Für die Lackiertechnik bedeutet der Wechsel zu dezentralen, autonomen Strukturen eine Abkehr von den vertrauten zentralen Universalanlagen. Bild: IPA
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Für die Lackiertechnik bedeutet die Industrie 4.0 eine Abkehr von den vertrauten zentralen Universalanlagen. Besonders herausfordernd ist der Umgang mit Prozessdaten. Autor: Dr. Oliver Tiedje, Fraunhofer IPA

Die wichtigsten Treiber für Industrie-4.0-Szenarien in der Produktion – und damit auch in Lackierprozessen – sind immer kürzere Reaktionszeiten, steigende Variantenvialfalt und sinkende Losgrößen bis zur Individualisierung der Produkte. In der Smart Factory kommunizieren daher cyberphysische Systeme (CPS) in Form von intelligenten Maschinen, Werkzeugen, Werkstücken oder Aufträgen über digitale Netze, insbesondere via Internet, echtzeitnah miteinander.

Für smarte Lackieranlagen spielen dabei vier Elemente eine maßgebliche Rolle:
  • Sensoren für die Echtzeiterfassung von Prozess- und Qualitätsdaten.
  • IT für die automatisierte Interpretation der Daten (unter Berücksichtigung der komplexen Wechselwirkungen von Prozess und Materialien).
  • Vernetzte Prozesse und Anlagen (Ziel: Selbstorganisation).
  • Automatische Reaktion für geschlossene Regelkreise und automatisierte Reaktionen auf Kundenwünsche und Umgebungseinflüsse.
Für die Lackiertechnik bedeutet der Wechsel von den zentral gesteuerten Produktionsstrukturen zu dezentralen, autonomen Strukturen eine Abkehr von den vertrauten zentralen Universalanlagen, in denen das gesamte Teilespektrum vorbehandelt, beschichtet und zur Lackfilmvernetzung wärmebehandelt wird.
KomplexeWechselwirkungen
Im Auftragsfluss sind vor und nach dem Beschichtungsprozess nicht wertschöpfende Prozessschritte notwendig, die Zeit, Personal, Energie, Lager-, Transport- und Kommissionierflächen sowie Transport- und Handhabungseinrichtungen erfordern. Durch die räumliche und organisatorische Trennung der Fertigungsbereiche sind klassische Lackieranlagen in der Regel nicht schnell genug an neue Anforderungen anpassbar und fallen infolge der meist langen Prozesszeiten aus dem Takt der vor- und nachgeschalteten Fertigungsschritte heraus.
In der Lackiertechnik ist der Umgang mit Prozessdaten deshalb besonders herausfordernd, weil das Lackmaterial in einer komplexen Wechselwirkung mit den Lackierprozessen steht, und damit Materialeigenschaften, Umgebungsbedingungen, Prozess und das Werkstück zu berücksichtigen sind. Deshalb sind bislang Brute-Force-Ansätze mittels selbstlernenden Algorithmen nicht erfolgreich, sie müssen mit physikalischen Modellen (z. B. Fluiddynamik-Ansätze) unterfüttert werden.
Ausblick und Fazit: Die Diskussion zum Einsatz von Industrie 4.0 in der Lackiertechnik hat gerade erst begonnen. Themen sind dabei vor allem:
  • die Modularisierung der Lackieranlage und des Produkts,
  • Big-Data-Analyse zur präventiven Instandhaltung, zur Prozesssteuerung (Beispiel Online-Messung und Nachdosierung in Prozessbädern) oder in der Lieferkette (Beispiel Colour-Management),
  • Losgröße 1 (z. B. automatische Lackierprogrammerstellung),
  • Umgebungs- und lastabhängige Steuerung (Klima in Lackierkabine, Trockner, Cross-Energy-Management,
  • smarte Abläufe (z. B. Informationen an Instandhaltung, automatische Ersatzteilbestellung, Bedienanleitungen),
  • Logistik/Produktionssteuerung (RFID, fahrerlose Transportsysteme),
  • Personalisierung/Individualisieren (z. B. kundenspezifische Dekoration der Oberfläche). ↓
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Der Autor

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Dr. Oliver Tiedje, Gruppenleiter Nassapplikations- und Simulationstechnik in der Abteilung Beschichtungssystem- und Lackiertechnik am Fraunhofer IPA.

Exklusive IPA-Serie: Industrie 4.0 im Fokus der angewandten Forschung

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In einer exklusiven Serie beleuchten Experten des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA verschiedene Aspekte des Megatrends Industrie 4.0. In den bisher veröffentlichten Teilen ging es um die Bedeutung des Themas Industrie 4.0 für den Mittelstand, um eine OEE-App, die Maschinenausfälle erfasst, Gelbe Seiten für die Industrie 4.0, die Bedeutung des Personals, Chinas 4.0-Strategie und die Digitalisierung in der Sägeindustrie. ↓

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