Quelle: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez
Mit frischem Blick aus der Krise
Johannes Wößner arbeitet seit Jahrzehnten eng mit dem Fraunhofer IPA zusammen und ist Ansprechpartner für nationale und internationale Projekte zum Thema »Automatisierungs-Potenzialanalyse« und »Design for Automation«.
Herr Wößner, die Corona-Krise hatte die Produktion eine Zeitlang voll im Griff. Welche Beobachtungen machten Sie hierzu?
Das gesundheitliche Wohlergehen der Mitarbeiter steht natürlich an erster Stelle. Im administrativen Bereich können die Möglichkeiten von Home-Office genutzt werden. Die Produktion kann man nicht so einfach mit nach Hause nehmen. Je mitarbeiterintensiver eine Produktion strukturiert ist, umso aufwendiger ist es, die von der Politik vorgeschriebenen und auch notwendigen Schutzmaßnahmen zu gewährleisten. Gerade jetzt wären Corona-resistente, flexible Roboter-Kollegen eine existenzielle Hilfe für viele Montagebetriebe.
Vonseiten der Politik wurde immer wieder der Wunsch laut, dass Unternehmen plötzlich ihre Produktion auf Equipment für die Krise wie Atemschutzmasken, Gesichtsvisiere oder Beatmungsgeräte umstellen. Mehrere Unternehmen haben das von sich aus auch umgesetzt. Wie ist das mit der gleichen Produktionsumgebung und -ausrüstung technisch möglich?
Das wird dadurch möglich, dass sich die Unternehmen bereits in der Vergangenheit mit dem Thema »Flexibilität« auseinandergesetzt haben. Sie haben ihre Montagebereiche nicht nur als »Einzweck«-Systeme optimiert, sondern auf das sogenannte Ganze gesehen. Schon aus der Mathematik weiß man, dass das lokale Maximum in den seltensten Fällen auch das globale Optimum ist. Dies gilt auch für strategische Planungsentscheidungen in einem Unternehmen.
Reicht hierfür eine flexible Produktionsumgebung oder bedarf es der Wandlungsfähigkeit? Wie unterscheiden sich diese?
Flexible Montagesysteme sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sich schnell und mit geringem Aufwand an geänderte Rahmenbedingungen anpassen lassen. Dies kann zum Beispiel eine Veränderung der Ausbringungsmenge sein, indem man mehr oder weniger Mitarbeiter einsetzt. Auch Prozessanpassungen in den Grenzen eines Bereichs, der bei der Planung bereits vorgesehen war, sind möglich. Um den Ablauf jedoch für die Montage eines anderen Produkts grundlegend zu ändern, sind diese Freiheitsgrade nicht ausreichend.
Was ist für die geforderte Wandlungsfähigkeit konkret nötig?
Man spricht heute immer mehr von rekonfigurierbaren Montagesystemen. Es handelt sich dabei um Baukastensysteme, die aus autonomen, standardisierten Funktionseinheiten bestehen. Diese können dann für die Durchführung der jeweiligen produktspezifisch notwendigen Montageprozesse und -abläufe zusammengesetzt werden.
Bei Bedarf ist ein einfacher und schneller Austausch von Prozessmodulen oder eine Ergänzung durch zusätzliche Prozessmodule möglich. Wichtig sind hier die standardisierten Schnittstellen zwischen den Funktionseinheiten, insbesondere für den Teiletransport- und Informationsfluss. Das ist nicht nur ein Vorteil für die produzierenden Unternehmen, sondern auch für die Hersteller von Montagesystemen. Diese können ihre Montagezellen kundenunabhängig vorbereiten und müssen dann »nur noch« die eigentlichen Prozessstationen integrieren. Ein Vorreiter dieser »Modulstandardisierung« war zum Beispiel bereits vor über 20 Jahren die Firma Wolf Produktionssysteme GmbH in Freudenstadt.
Wandlungsfähigkeit ist die schnelle Anpassung der vorhandenen Montagestrukturen an zeitlich nicht vorhersehbar wechselnde Aufgaben. Das ist das Idealsystem eines jeden Produktionsplaners. In der Praxis sind diese Systeme aber noch überwiegend im Forschungsstadium angesiedelt. Dies ist unter anderem dadurch begründet, dass hier schon zu Beginn Investitionen getätigt werden müssen, von denen man oftmals nicht absehen kann, ob sie jemals genutzt werden.
Könnte ein höherer Automatisierungsgrad künftig helfen, besser aus diesen Krisen zu kommen?
Ein höherer Automatisierungsgrad alleine hilft nicht, um besser durch zukünftige Krisen zu kommen. Dazu müssen wir unsere Montagesysteme heute schon an Aufgaben anpassbar machen, die wir jetzt noch nicht kennen – also wandlungsfähig gestalten. Eine weitere wichtige Voraussetzung ist, dass wir unsere (automatisierten) Montagen am Standort Deutschland halten. Nur so können unsere Planer auch in globalen Krisenzeiten kurzfristig reagieren.
Wir sollten die aktuelle Krise als eine grundsätzliche Chance nutzen, um unsere derzeitigen Produktionsstrukturen zu überdenken. Die Forschungsaktivitäten im Bereich der wandlungsfähigen Produktionssysteme müssen weiter ausgebaut und zusammen mit den Industrieunternehmen validiert werden.
Wie können Unternehmen prüfen, wo Automatisierung sinnvoll ist?
Eine Automatisierung wird klassischerweise dann als sinnvoll bewertet, wenn damit die vom Unternehmen erwartete Rendite erreicht wird. Oftmals muss die Automatisierungsfrage auch unter den Punkten »reproduzierbare und dokumentierbare Produktqualität« bewertet werden. Ebenso können ergonomische Aspekte in die Bewertung einfließen.
Um eine übersichtliche, gesamtheitliche Darstellung von Automatisierungspotenzialen in einer bereits existierenden Montage zu erhalten, hat das Fraunhofer IPA eine Vorgehensweise zur Ermittlung der »Fitness for Automation« und der Priorisierung bezüglich der zu erwartenden Einsparungspotenziale entwickelt.
Die am Fraunhofer IPA entwickelte Automatisierungs-Potenzialanalyse (APA) stellt eine systematische Methode zur Bewertung von Montage-prozessen hinsichtlich ihrer Automatisierungseignung dar. Indem die Automatisierungsexperten sämtliche Prozesse in einer Montagelinie oder auch in einem Montagebereich einheitlich bewerten, kann der subjektive Anteil an der Prozessauswahl minimiert werden. So entsteht eine begründete und nachvollziehbare Grundlage für weitere Realisierungsentscheidungen. Die APA lässt sich typischerweise innerhalb weniger Tage durchführen und ist seit Kürzerem auch als App verfügbar. Und ganz neu: In Zeiten von Corona bieten wir die APA auch virtuell an, indem wir verschiedene digitale Tools nutzen.
Welche Rolle spielen dabei die Produktentwicklung und die Bauweise des Produkts?
Das ist tatsächlich eine der Kernfragen bei der Automatisierung. »Design for Automation« muss heutzutage als allererstes in die Produkt-entwicklung einfließen. Dabei spielt auch die folgende Frage eine entscheidende Rolle: Ist ein Bauteil oder ein Prozess für das Erreichen der Produktfunktionalität tatsächlich notwendig oder kann die Funktionalität auch einfacher erreicht werden? Der beste Prozess ist der, den man nicht braucht! Dazu kommen die vielfältigen Gestaltungsmaßnahmen, um die Teilevereinzelung, Handhabung, das Positionieren und den Fügeprozess selbst zu vereinfachen.
Welche Produktänderung nach den Kriterien des »Design for Automation« ist Ihnen in besonderer Erinnerung geblieben?
Ein Beispiel, an das ich mich immer gerne erinnere, ist ein Bauteil, in dem ein Lautsprecher verbaut wurde, um dadurch den akustischen Eindruck eines Motorsounds zu variieren. Um den Lautsprecher in einem Metall-Resonanzgehäuse zu befestigen, waren acht Schrauben vorgesehen. Die Schrauben verursachten neben den Material-, Logistik und Montagekosten auch signifikante Einbußen in der Effizienz der Schraubstation. Die Antwort auf die Frage, warum denn hier gerade acht Schrauben verwendet werden, war ganz einfach: In dem zugekauften Lautsprechergehäuse waren acht Löcher vorge-sehen, daher wurden auch acht Schrauben verwendet. Am Ende konnte gemeinsam mit den Produktentwicklern, Produktionsplanern und auch den Qualitätsverantwortlichen eine Lösung gefunden werden, die den Schraubvorgang und somit alle damit verbundenen Kosten und Prozessrisiken eliminiert hat: Bördeln statt Schrauben!
Was sollten Ihrer Meinung nach produzierende Unternehmen aus dieser Krise ableiten, lernen, mit in die Zukunft nehmen?
Es ist schade, dass man immer wieder eine Krise braucht, um bestehende Produkte und Produktionsstrukturen zu hinterfragen und sich in eine neue Richtung zu bewegen. Unternehmen sollten sich gemeinsam mit externen, neutralen Experten mit frischem Blick strategische Ziele für die Ausrichtung ihres Produktportfolios und auch die Gestaltung des zukunftsfähigen Produktionsumfelds setzen. Wie sagte Mark Twain bereits: »Wer nicht weiß, wohin er will, der darf sich nicht wundern, wenn er ganz woanders ankommt!«
Und was nehmen Sie aus dieser Zeit für Ihre weiteren Beratungen zum Thema Automatisierungslösungen mit?
Was hat man vor Corona nicht alles für unmöglich gehalten – und plötzlich haben sich Voraussetzungen geändert, sodass neue Ideen entwickelt und auch umgesetzt werden können. Wieder einmal hat sich die Aussage des Tüftlers und Dübel-Fabrikanten Arthur Fischer bestätigt: »Geht nicht, gibt’s nicht«. Zusammen mit dem Kundenteam versuche ich immer einen Ansatz zu finden, der da lautet: »Geht, unter der Voraussetzung, dass …« Und diese Voraussetzung muss genau zum Unternehmen und seinen Anforderungen passen, damit sie umsetzbar wird. Ich freue mich schon auf die Zeit, in der es wieder möglich sein wird, Workshops zum Thema »Automatisierungs-Potenzialanalyse« und »Design for Automation« vor Ort in den Unternehmen durchzuführen zu können.
Ihr Ansprechpartner
Johannes Wößner
Freier Mitarbeiter des Forschungsbereichs Automatisierung und Robotik
Telefon: +49 711 970-1585