Recherche über den aktuellen Stand der Technik von Automatisierungssystemen für (z. B. automobile) Produktionsanlagen

Automatisierungstechnik

Was ist Automatisierungstechnik?

Die Automatisierungstechnik ist ein fachübergreifendes Teilgebiet der Technik und eine Ingenieurwissenschaft, die alle Maßnahmen behandelt, Maschinen oder Anlagen zu automatisieren, also selbständig und ohne Mitwirkung von Menschen betreiben zu können. Der Automatisierungsgrad ist um so höher, je unabhängiger komplexe Maschinen und Anlagen von menschlichen Eingriffen sind. Durch Fortschritte in der Signalerfassung und primär elktronischen Signalverarbeitung konnte der Automatisierungsgrad wesentlich gesteigert werden. Neben der Entlastung des Menschen von gefährlichen, anstrengenden oder Routine-Tätigkeiten sind Qualitätsverbesserungen, eine höhere Leistungsfähigkeit der Maschine oder Anlage, Senkung von Personalkosten die Motivation, Automatisierungstechniken einzusetzen. Menschliche Tätigkeiten werden vorwiegend auf Beseitigung von Störungen, Materialnachschub, Fertigteilabtransport, Wartung und ähnliche Arbeiten reduziert. Im Englischen wird der Begriff Automation verwendet.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Automatisierungstechnik (Abrufdatum: 25.09.2013)

Grenzen der Automatisierungstechnik

Ursprünglich lag die Anwendung der Automatisierungstechnik in der Großserienproduktion. Durch den Einsatz flexiblerer Anlagen ist es heutzutage jedoch möglich, auch die Produktion von Kleinserien bis hinunter zu Einzelstücken zumindest teilweise zu automatisieren. Die Grenze für den Einsatz der Automatisierung ergibt sich heutzutage meist aus der Wirtschaftlichkeit: Komplexe Bewegungsabläufe zu automatisieren ist in den meisten Fällen prinzipiell möglich, kann aber kostspielig sein, wenn dazu der Einsatz aufwändiger Roboter (und deren Programmierung) erforderlich wird. In vielen Fällen ist es - auch beim Lohnniveau westlicher Industriestaaten - billiger, menschliche Arbeitskräfte einzusetzen. Dies gilt vor allem für den Zusammenbau von Produkten (Endfertigung). Zwar lässt sich durch entsprechendes Design die Eignung eines Produkts für die automatisierte Fertigung verbessern, dies ist aber nicht immer gewünscht oder wirtschaftlich sinnvoll. Eine weitere Grenze der Automatisierungstechnik liegt dort, wo kreative Entscheidungen oder flexibles Problemlösen gefragt sind - diese Aufgaben kann ein Automatisierungssystem nur selten zufriedenstellend lösen. Eine andere Grenze der Automatisierung ist die nachlassende Aufmerksamkeit des Überwachers durch ein übermäßiges Vertrauen in das automatische System.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Automatisierungstechnik (Abrufdatum: 25.09.2013)

Automation in der Automobilindustrie

Produktion nach dem Baukastenprinzip

„Eine möglichst große Zahl gleicher Teile für verschiedene Modelle und teilweise auch Marken zu verwenden, ist schon länger Ziel der Automobilindustrie. Mit dem nun von Volkswagen vorgestellten Modulbaukasten wird die bisherige Gleichteile- und Plattformstrategie noch erweitert. Damit will der Wolfsburger Konzern bei der Automobilproduktion hinsichtlich Flexibilität und Reduzierung der Bauteilvielfalt neue Maßstäbe setzen. Das gilt sowohl für Motoren- als auch Karosserievarianten. Zugutekommen sollen die Änderungen den mehr als 90 Fertigungsstätten von VW in aller Welt, die in dieses System eingebunden sind.

Karosserieseitig löst sich das Baukastensystem dabei von der starren Plattform und erlaubt es, sowohl Radstand und Spurweiten zu verändern. Einheitlich ist nun nur noch der Abstand von Vorderradmitte bis etwa zur A-Säule. Damit sind auch Breite und Länge der Karosserie variabel. Alle Karosseriebauteile wurden unter die Lupe genommen und wenn immer möglich vereinheitlicht. Als Beispiel dient der Halter der Armaturentafel, der bisher für jedes Modell anders ausfiel. Mit der Einführung des Modulbaukastens gibt es quer über alle Modelle nur noch eine Ausführung, die nun in sehr hohen Stückzahlen hergestellt werden kann. Die Gesamtgewichte der neuen Wagen sinken nach VW-Angaben durch leichtere Motoren und verbesserte Karosseriebauteile im Mittel um 50 kg. Daraus wird ersichtlich, dass auch die Produktion in den Modulbaukasten einbezogen ist und ihren Teil sowohl zur Verbesserung der Fahrzeuge als auch zur Kostensenkung beiträgt. Zugleich wurde eine Art Fabrikbaukasten entwickelt, der überall in derWelt aus den gleichen Gebäuden und der gleichen, erprobten Gebäudeanordnung besteht. Reicht die Fertigungskapazität nicht aus, wird eine zweite Fabrik spiegelbildlich daneben gesetzt.“ 4 In diesem Artikel ist das Produktionssystem des VW Konzerns beschrieben. Durch eine immer weiter wachsende Anzahl an Automobilen und eine immer individuellere Ausstattung dieser Fahrzeuge ist es wichtig, dass die Produktion trotzdem schlank gehalten werden kann. Allein die Logistik der vielen verschiedenen Teile wird sonst zu komplex um ein wirtschaftliches Handling gewährleisten zu können. VW und auch andere Automobilhersteller probieren dies mit einem Baukastenprinzip zu erreichen, indem auch Teile von verschiedenen Serien gleich sind, was die Teilevielfalt etwas einschränkt.

Automatisierung der Produktion

Das Baukastenprinzip ermöglicht eine Automatisierung mit gleichen Maschinen, da zum Beispiel die gleichen Greifer an Roboterarmen und die gleichen Handlingsalgorithmen genutzt werden können. Allgemein ist der Grad der Automatisierung in der Produktion der Automobilindustrie in den letzten Jahren sehr stark angewachsen. Ob bei den Zulieferern oder bei den Herstellern selbst, die Automation lässt die Produktion schneller und taktvoller laufen und verbessert dazu noch die Qualität hinsichtlich Präzision und gleicher Verarbeitung.

In der heutigen Produktion ist der Stand der Technik ein fließbandartiges System. Das Grundgerüst der Autos wird durch die einzelnen Stationen der Produktion hindurch gefahren und an jeder Station werden weitere Teile an- bzw. eingebaut. Viele Dinge werden bereits durch ein Roboterhandling in das Fahrzeug integriert, wie zum Beispiel die Sitze. Andere werden nur durch einen Roboter eingesetzt, aber durch Handmontage befestigt und wieder Andere werden komplett durch einen Mitarbeiter montiert. Der Grad der Automatisierung an den jeweiligen Stationen ist auch von der Individualität des Teils abhängig. Sitze haben im Allgemeinen immer die gleichen Abmaße, ob es nun Leder oder Stoffsitze bzw. blaue oder schwarze Sitze sind. Diese Vielfalt ist für ein Roboterhandling kein Unterschied. Anders ist es dabei schon bei unterschiedlichen Motorengrößen oder Abgassystemen. Diese haben je nach Motorisierung andere Maße und Formen, sodass hier zwar eine Maschinen beim Handling des Teils unterstützt, jedoch auf jeden Fall ein zusätzlicher Mitarbeiter benötigt wird. Es wird also deutlich, dass in der Automobilindustrie die Automatisierung ein sehr wichtiger Bestandteil der Produktion ist, da die Autos immer günstiger und schneller produziert werden müssen, damit sich die Entwicklung aufgrund von immer kürzer werdenden Produktzykluszeiten noch lohnt. Hauptbestandteil des Automatisierten Systems sind sicherlich die sechsachsigen Roboter mit ihren Steuerungen, sowie das Fließband selbst, welches diese Art von Produktion erst möglich macht. Teilweise ist eine Verknüpfung von solchen Robotersystemen mit einer zusätzlichen Achse realisiert, so dass sich der Roboter während der Fahrt des Autos auf dem Fließband parallel dazu bewegt und arbeitet, ohne dass der Fließprozess angehalten werden muss. So kann ein kontinuierlicher Materialfluss durch das Produktionssystem gewährleistet werden, was zu einer sehr konstanten Ausbringungsmenge führt. Bei den Automobilzulieferern ist das Bild teilweise noch ein anderes. Im Beispiel der Produktion des intelligenten Batteriesensors oder des Electrical Power Steerings des Hella KG ist die Produktion dieser Teile bereits voll automatisiert. Das bedeutet, dass eine Produktionslinie aufgebaut ist, in denen verschiedene Module zur Montage des Produkts aneinandergereiht sind. Hier werden nur die Materialspeicher vom Personal aufgefüllt und der restliche Prozess wird ohne Eingriff von Mitarbeitern ausgeführt. Grund dafür sind natürlich auch die deutlich kleineren Komponenten, die hier gehandelt und verarbeitet werden müssen.

Statistik - Automation in der Automobilindustrie

Nach den Ergebnissen der VDMA ist die Automobilindustrie eine der wachsensten Industrien in Bezug auf den Automatisierungsgrad. Zu sehen ist dies an der Herausgegebenen Statistik, welche in der folgenden Abbildung dargestellt wurde.

Allein in den Jahren von 2009 bis 2011 haben sich die Verkaufszahlen an Robotern für den automotive Bereich mehr als verdreifacht und ist immernoch stetig steigend. Durch den hohen Konurrenz und Preisdruck in der Branche werden die Überlegungen zu immer neuen Prozessautomatisierungen und weiterem Ausbau der modularen Bauweise von Autos und der damit verbundenen Vereinfachung von Automation weiterhin hoch gehalten und es ist bisher auch kein Rückgang in Sicht.