Die Motivation, sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen oder die Produktion ins Heimatland zu verlagern, treibt Hightech-Hersteller (vor allem in industrialisierten Hochlohnländern) dazu, die Vision der Hochautomatisierung und letztlich der „Lights Out“-Fabrik zu verfolgen. Die Umsetzung dieser Vision in einen realisierbaren Plan ist jedoch ein äußerst schwieriger Prozess.
Zurzeit ist eine „Lights Out“-Fabrik zu vertretbaren Kosten nicht wirklich realisierbar. Die Industrie arbeitet jedoch weiter an der Erhöhung des Automatisierungsgrades. Ziel ist es, immer wiederkehrende und fehleranfällige Tätigkeiten zu automatisieren und gleichzeitig die Fähigkeiten zur Wissensgenerierung zu verbessern, um die Hersteller bei der Entwicklung neuer Produkte und Technologien zu unterstützen.
Automatisierungskonzepte
Bevor wir in die Tiefe gehen, sollten wir definieren, was gemeint ist, wenn verschiedene Konzepte der Automatisierung diskutiert werden. In Anbetracht der Komplexität der Fertigung sowie des Aufwands und der Kosten, die mit der Automatisierung verbunden sind, gibt es in der Regel verschiedene Automatisierungsstufen innerhalb derselben Produktionsumgebung.
Manuell bis gering automatisiert
Manuelle oder gering automatisierte Prozesse sind dadurch gekennzeichnet, dass sie überwiegend manuelle Tätigkeiten wie Datenerfassung, Be- und Entladen und Transport von Material sowie die Verwaltung von Tabellenkalkulationen und Papierlaufzettel umfassen. Diese manuellen Tätigkeiten werden von den Mitarbeitern in der Fertigung ausgeführt. Allerdings gibt es bei diesen Prozessen möglicherweise einige sehr grundlegende System- und Anlagenintegrationen, die den Datenfluss von den Anlagen zu einem Manufacturing Execution System (MES) erlauben.
Da das Volumen und die Komplexität von Produkten und Prozessen zunehmen, suchen Hersteller, die sich in erster Linie auf diesen Automatisierungsgrad verlassen, nach Möglichkeiten, manuelle Prozesse zu reduzieren, papierlos zu arbeiten, die Rückverfolgbarkeit zu verbessern und Einblicke in Daten zu Prozessen und zum Gesamtstatus der Produktion zu erhalten. Die Hersteller ersetzen oder ergänzen ihre internen oder selbst entwickelten Systeme häufig durch kommerzielle Softwarelösungen, die in der Regel besser für ihre Bedürfnisse geeignet sind. Sollte noch kein formelles MES vorhanden sein, ist die Auswahl und anschließende Implementierung eines MES-Systems von entscheidender Bedeutung, um sowohl kurz- als auch langfristiges Wachstum zu garantieren.
Passiv-Tracking
Passive-Tracking bietet einen Weg zu hoher Automatisierung in einem zweistufigen Prozess.
Einführungsphase
In der Einführungsphase greifen die Anlagenbediener auf Arbeitsanweisungen, Datenerfassungspläne, Rezepte und Anlagenparameter aus dem MES zurück. Anschließend laden und konfigurieren sie die Anlagen manuell. Diese Phase dient als Grundlage für die Entwicklung der Benutzeroberflächen und der Automatisierung, um eine einheitliche und positive Benutzererfahrung zu gewährleisten.
- Untersuchen Sie den Produktionsprozess und standardisieren Sie Transaktionen und Szenarien, wo dies möglich ist.
- Konfigurieren Sie den Produktionsprozess in einem elektronischen System, wie z.B. einem MES.
- Führen Sie eine grundlegende Bewertung der Fähigkeiten der einzelnen Anlagentypen durch.
Automatisierungsphase
Die Automatisierungsphase konzentriert sich auf die Implementierung von Automatisierungslösungen auf der Grundlage der Ergebnisse der Einführungsphase.
- Integration der Anlagen mit Hilfe einer Integrations- und Automatisierunglösung.
- Automatisierung der Anlagen: durch bidirektionale Kommunikation wird sichergestellt, dass das Rezept, die Datenerfassung und die Laufzeitparameter automatisch an die Anlagen übergeben werden.
- Integration der anderen Fertigungssysteme (statistische Prozesskontrollsysteme, adaptive Kontrollsysteme usw.).
- Integration und Automatisierung von Materialtransportsystemen.
Automatisierte Produktionsprozesse
Automatisierte Produktionsprozesse zeichnen sich dadurch aus, dass der Mensch nicht mehr in den Prozess eingreift. Ein Prozess gilt als automatisiert, wenn er von Anfang bis Ende ausgeführt wird und sich die menschliche Interaktion auf die Behebung von Fehlern und Störungen beschränkt. Das Vorhandensein automatisierter Prozesse in einer Produktionsumgebung erkennt man in der Regel daran, dass einige Produktionssysteme integriert wurden, einige Anlagen automatisiert sind, Daten zu den Prozessen automatisch erfasst werden und den integrierten Systemen zur Verfügung stehen, eine automatisierte Materialverfolgung sowie vielleicht einige automatisierte Transport- und Handhabungsmöglichkeiten vorhanden sind.
Hochautomatisierung
Der Übergang zu einem hohen Automatisierungsgrad ist machbar und in einigen Fällen sogar ratsam. Gründliche Planung, gebührende Sorgfalt und organisatorisches Bewusstsein (unter Einbeziehung von Fertigung, Betrieb, Konstruktion und Finanzen) legen die Ziele und Maßnahmen erfolgreicher Automatisierungsprojekte in der Fertigung fest.
Eine Fertigungsumgebung gilt als hoch automatisiert, wenn die meisten Produktionsprozesse automatisiert und die Arbeitsabläufe systemgesteuert sind, wobei die Überwachung durch das Personal in der Fertigung erfolgt. Da innerhalb einer Produktionsumgebung im Allgemeinen verschiedene Automatisierungsgrade vorhanden sind, verfolgen die Hersteller weiterhin umfassende Automatisierungsmaßnahmen in mehr als einem Bereich und suchen häufig in folgenden Themengebieten nach entsprechenden Möglichkeiten:
- Automatisierung der Fehler-, Störungs- und Ausnahmebehandlung durch Nutzung von Advanced Manufacturing Intelligence
- Bewertung von Altanlagen und -systemen sowie Abwägung der Vorteile von IIoT-Lösungen (Industrial Internet of Things), die die Integration von Altanlagen und -systemen in die IT-Infrastruktur ermöglichen (im Vergleich zum Kauf neuer Anlagen)
- Automatisierung der Materialtransport
Auch wenn das Erreichen eines höheren Automatisierungsgrades die systematische Abschaffung menschlicher Tätigkeiten aus den Produktionsprozessen voraussetzt, ist die Rolle des Menschen in der Fertigung nach wie vor von entscheidender Bedeutung. Dies liegt in erster Linie daran, dass die komplexen Problemlösungsfähigkeiten des menschlichen Gehirns gegenüber denen von Software und Automatisierung weit überlegen sind.
Daher sind Menschen eher für Aufgaben geeignet, bei denen sie ihr Fachwissen für komplexe Problemlösungen einsetzen können. Diese Art von Aufgaben beinhaltet in der Regel die Bewertung von multivariaten Situationen in Echtzeit und die Synthese unvollständiger Informationen. Dieses menschliche Können ist notwendig, um Entscheidungen zu treffen, Ergebnisse zu bewerten und Anpassungen der Situation auf der Grundlage der Ergebnisse vorzunehmen.
Betrachtungen zur hochautomatisierten Fertigung
Erfolgreiche Maßnahmen zur digitalen Transformation sind meist dann gegeben, wenn sich die Automatisierungsbestrebungen auf leistungsfähige Prozesse konzentrieren und eine kohärente Strategie verfolgen. So können auch die Investitionen für die Automatisierung mit den Kosten für menschliche Eingriffe zur Korrektur eines fehlerhaften Prozesses in Einklang gebracht werden.
Aus Kostengründen ist es oft nicht machbar, einen hohen Automatisierungsgrad für alle möglichen Szenarien in der Fertigung anzustreben. Deshalb sollte im Vorfeld genau geprüft werden, ob sich der Fertigungsprozess oder das Szenario für eine vollständige Automatisierung eignet und ob die damit verbundenen Kosten durch den Gewinn ausgeglichen werden können. Die Hersteller, mit denen wir zusammenarbeiten, erwarten in der Regel, dass sich ihre Automatisierungsinvestitionen innerhalb von 24 Monaten amortisiert haben.
Die Einhaltung der Sorgfaltspflicht kann kompliziert sein und beinhaltet die Bewertung von Kosten und Erträgen: wie entwickeln sich Kosten und Erträge, wenn die Art und Weise der Erledigung der Arbeit von manuell auf Automatisierung umgestellt wird? Zu den Überlegungen in der Kategorie Ertrag gehören Dinge wie die Reduzierung von Ausschuss, Arbeitsschritten und Planungszyklen sowie die Steigerung von Durchsatz, Qualität, Ertrag und Auslastung. Zu den Kosten gehören Software, Hardware, Integrations- und Wartungskosten – sowohl kurzfristig, um die Anforderungen des Projekts zu erfüllen, als auch langfristig, um Kontinuität zu gewährleisten und künftiges Wachstum zu unterstützen. Bedenken Sie auch, dass jede hochautomatisierte Fertigungslösung aufgrund der Komplexität, die mit hochentwickelten Automatisierungssystemen verbunden ist, die Anforderungen an die menschliche Problemlösung erhöhen wird. Wie bereiten Sie Ihr Personal in der Fertigung diese neue und andere Art von Arbeit vor?
Die gute Nachricht ist, dass die Fertigungsautomatisierung ein Kontinuum ist und jeder Schritt in diesem Prozess wird sich in Form von höheren Erträgen und weniger Fehlern auszahlen. Denn die Kosten für eine komplett automatisierte Fabrik stehen oft in keinem Verhältnis zu den Vorteilen. Und die sukzessive Entwicklung von manuellen Prozessen zu höherer Automatisierung, bieten den Fertigungsteams die Möglichkeit, Produktionsprozesse zu bewerten und zu konfigurieren, ohne die festgelegten Projektziele aus den Augen zu verlieren. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass es keinen Grund gibt, die schrittweise Automatisierung Ihrer Produktionsumgebung aufzuschieben.