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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

DIGITAL FACTORY I

DIGITAL FACTORY I SPECIAL Die adaptive Maschine Worauf es in der Verpackungsindustrie heute ankommt und warum ein Formatwechsel auf Knopfdruck essentiell ist Gerade in Zeiten der Corona- Pandemie gewinnt der Online- Handel noch mehr an Bedeutung – laut Aussagen renommierter KEP-Dienstleister bewegen sich die Paketmengen bereits seit Monaten auf dem Vorweihnachtsniveau. Als würden kleinere Losgrößen und kürzere Lebenszyklen die Hersteller verpackter Konsumgüter nicht schon genug vor zahlreiche Herausforderungen stellen. Doch ein neuer Maschinentyp soll helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen: Die adaptive Maschine. Stefan Hensel ist Unternehmensredakteur bei der B&R Industrie-Elektronik GmbH in Bad Homburg Ein Instagram-Post eines beliebten Influencers reicht – und schon steigt die Nachfrage nach einem bestimmten Produkt rapide an. Allein in der folgenden Stunde bestellen tausende Konsumenten das begehrte Konsumgut. Binnen 24 Stunden ist der komplette Lagerbestand aller Online- Shops aufgebraucht. Sofort erhöhen die Großhändler die Bestellmengen beim Hersteller – und dieser steht schlagartig vor einer unlösbaren Aufgabe: In kürzester Zeit kann er die unerwarteten Aufträge unmöglich produzieren. „Dieses Szenario war bis vor kurzem noch Zukunftsmusik, doch mittlerweile erzählen mir immer mehr Maschinenbetreiber diese Geschichte“, sagt Wlady Martino, Branchenexperte für die Verpackungsindustrie bei B&R. „Wir sind also an einem Punkt angekommen, an dem herkömmliche Maschinen nicht mehr mit den Anforderungen der produzierenden Industrie und letztlich den Anforderungen der Konsumenten mithalten können.“ Vier neue Herausforderungen identifiziert Martino hat insgesamt vier gravierende Herausforderungen identifiziert, vor denen speziell die Hersteller von verpackten Konsumgütern stehen: n Die Variantenvielfalt der Produkte nimmt rapide zu n Die Losgrößen variieren immer mehr n Die Produktnachfrage schwankt stark und ist unvorhersehbar n Der Lebenszyklus einzelner Produkte wird immer kürzer „Die ganze Welt spricht von Losgröße 1 als größter Herausforderung der Produktion der Zukunft“, sagt Martino. „Doch wenn ich mit Maschinenbauern und -betreibern rede, stellt sich heraus, dass sie nicht allein die Losgröße vor neue Herausforderungen stellt. Es ist vielmehr die Kombination aus immer mehr Produktvarianten, die in stark variierenden Losgrößen und kurzfristig produziert werden müssen.“ Ein weiterer Faktor ist der Lebenszyklus der Produkte. Während früher Produkte mehrere Jahre lang einheitlich produziert und verpackt wurden, hat sich dieser Zeitraum teilweise auf ein Jahr oder weniger verkürzt. Saison- oder Aktionsware wird häufig sogar nur wenige Wochen produziert. „Und dann gibt es noch den Extremfall der komplett individuellen Produkte“, ergänzt Martino. Diese werden ein einziges 44 INDUSTRIELLE AUTOMATION 04/2020 www.industrielle-automation.net

SPECIAL I DIGITAL FACTORY Mal in einer Losgröße von einem Stück produziert. Vier Eigenschaften der adaptiven Maschine Verpackungsmaschinen sind in den vergangenen Jahren immer flexibler geworden, doch selbst diese Flexibilität reicht für die neuen Anforderungen nicht mehr aus. Daher braucht es einen neuen Maschinentyp. Martino: „Wir nennen diesen neuen Typ die adaptive Maschine.“ Diese muss vier Kerneigenschaften aufweisen: n Wirtschaftliche Produktion kleiner Losgrößen n Formatwechsel ohne Stillstandszeiten n Fähigkeit, Produkte zu fertigen, die derzeit noch nicht bekannt sind n Schnelle Marktverfügbarkeit für neue Produkte Wenn die Variantenvielfalt immer größer und die Losgrößen immer variabler werden, haben Umrüstzeiten einen immer größeren Einfluss auf die Verfügbarkeit und die Produktivität einer Maschine. Daher muss eine adaptive Maschine einen Formatwechsel auf Knopfdruck ermöglichen und im Idealfall sogar unterschiedliche Produkte gleichzeitig fertigen können. „Und da ständig neue Produkte oder Produktvarianten gefordert werden, muss eine adaptive Maschine auch jederzeit fähig sein, Produkte herzustellen, die bei der Entwicklung der Maschine noch gar nicht bekannt waren“, sagt Martino. Daher stammt auch der Name adaptive Maschine – Die Maschine passt sich einfach an das jeweils benötigte Produkt an. So wird die Zeit bis zur Markteinführung neuer Produkte massiv verkürzt. Vier Technologien für die Umsetzung Zur Umsetzung der adaptiven Maschine ist es notwendig, bestehende und neue Technologien zu einer neuen Gesamtlösung zu verschmelzen. Diese Technologien sind im Wesentlichen: n Track-Systeme n Vision-Systeme n Roboter n Digitale Zwillinge Herkömmliche Maschinen in der diskreten Fertigung arbeiten nahezu ausschließlich sequenziell, das heißt mit einem Transportband und damit synchronisierten Bearbeitungsstationen. Martino ist überzeugt: „Auf dieser Basis lässt sich eine adaptive Maschine nicht umsetzen.“ Daher bilden intelligente Transportsysteme, Track-Systeme, das Rückgrat des neuen Maschinentyps. Sie ermöglichen, dass jedes Produkt individuell durch den Produktionsprozess transportiert werden kann. Darüber hinaus lassen sich zeitintensive Prozesse parallelisieren, indem der Produktfluss durch Weichen auf mehrere Bearbeitungsstationen aufgeteilt und nachher wieder zusammengeführt wird. „Mit intelligenten Track-Systemen ist es sogar möglich, Produkte zwischen zwei Shuttles einzuklemmen und so zu transportieren“, ergänzt Martino. Somit kann im Prinzip j edes Produkt individuelle Abmessungen und Formen aufweisen, ohne dass Umrüstungen notwendig sind. Die Software passt einfach automatisch den Abstand der zwei Shuttles an das Produkt an. Für eine problemlose Produktion ist es erforderlich, dass jedes Produkt exakt reproduzierbar zu einem bestimmten Zeitpunkt an einer eindeutigen Stelle ist. Wenn die Produkte oder ihre Verpackung jedoch ständig wechseln, wäre es viel zu viel Aufwand, die Mechanik jedes Mal manuell entsprechend anzupassen. „Doch für diese Herausforderung gibt es eine Lösung“, sagt Martino. Ein intelligentes Vision-System erkennt automatisch Form, Orientierung und Größe eines Produktes und kann diese Information Die Maschine passt sich einfach an das zu fertigende Produkt an – daher der Name adaptive Maschine in weniger als einer Millisekunde an einen Roboter weitergeben. Der Roboter nimmt das Produkt blitzschnell auf und platziert es mit der gewünschten Ausrichtung auf einem Shuttle eines Track-Systems. Digitaler Zwilling ersetzt Prototyp „Durch die Kombination dieser Hardware- Technologien in einem einheitlichen System ermöglichen wir völlig neue Ansätze in der Produktion“, zeigt sich Martino begeistert. Diese lassen sich jedoch nur in der Realität umsetzen, wenn auch die benötigte Software zur Verfügung steht. Neben einer einheitlichen und benutzerfreundlichen Automatisierungs-Software gibt es dabei einen Aspekt, der laut Martino besonders wichtig ist: Die Simulation. „Ohne einen digitalen Zwilling werden wir es nicht schaffen, neue Produkte quasi ohne Umrüstzeiten und Prototypen zu fertigen“, sagt Martino. Der digitale Zwilling ermöglicht es, bereits vor der Produktion den vollständigen Prozess zu simulieren. So lassen sich eventuell auftretende Probleme im Vorhinein erkennen und vermeiden. Martino fasst die Vorteile des neuen Maschinentyps zusammen: „Mit einer adaptiven Maschine können Hersteller von Konsumgütern schnell und wirtschaftlich auf sich ändernde Anforderungen eingehen. Nun werden es Influencer nicht mehr schaffen, Maschinenbetreiber ins Schwitzen zu bringen.“ Bilder: B&R Digitale Zwillinge ermöglichen, dass neue Produkte ohne Umrüstzeit und Prototypen gefertigt werden können www.br-automation.com www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 04/2020 45

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