10 Grundregeln auf dem Weg zur Auto-matisierung

Im Zusammenhang mit Rationalisierungs- oder Optimierungsvorhaben findet man sehr häufig die Idee der Automatisierung als wichtigste Maßnahme – doch was versteht man unter einer Automatisierung?

Von einer Automatisierung spricht man, wenn ein Vorgang mit technischen Mitteln eingerichtet wird, dass der Mensch weder ständig noch in einem erzwungenen Rhythmus für den Ablauf des Vorgangs tätig sein muss. Die Höhe und Tiefe einer Automatisierung kann mit dem Automatisierungsgrad beschrieben werden. Er beschreibt den Anteil, den die automatisierten Funktionen an der Gesamtfunktion der Anlage haben. Er kann daher nur für ein System gelten, dessen Grenzen festgelegt sind. Als Kennzahl wird der Automatisierungsgrad als Quotient der Anzahl von automatisierten Funktionen zu Gesamtfunktion berechnet.

Hindernisse in der Umsetzung von Automatisierungslösungen!

Werden Automatisierungslösungen umgesetzt, so werden nicht immer die gewünschten Ergebnisse erzielt. Ein Grund hierfür liegt im Produkt! In der Produktentwicklung ist es von großer Bedeutung, dass das Produkt automatisierungsgerecht entwickelt wird. In der einschlägigen Literatur findet man hierfür leider keine eindeutige Definition von automatisierungsgerechten Konstruktionsmethoden. Dies liegt unter anderem daran, dass die Automatisierungsfähigkeit eines Produktes zwei Spezifika vereinen muss. So muss das Produkt fertigungs- und montagegerecht entwickelt werden. Eine Zusammenfassung der beiden Ausprägungen zur Automatisierungs- oder Handhandhabungsgerechtigkeit wäre eine zielführende Idee.

Die Konsequenz hierzu bedeutet,

     – die Handhabung für jedes Einzelteil vor jeder Fertigungsoperation (Rohteil, Halbfertigteil) und

     – nach jeder Fertigungsoperation (Halbfertigteil, Fertigteil),

     – die Handhabung für mehrere Einzelteile  gleichzeitig bei der Vormontage,

     – die Handhabung für mehrere Baugruppen gleichzeitig bei der Endmontage und

     – die Handhabung des Endprodukts.

10 Grundregeln für die Automatisierung

Verfolgt man die Idee weiter, so lassen sich 10 Grundregeln für die Automatisierung eines Produktes oder Bauteils ableiten:

  1. Produkte sind so zu gestalten, dass sie leicht montierbar und die erforderliche Fügebewegungen möglichst linear sind.
  2. Baugruppen sind so zu gestalten, dass nur ein Minimum an Einzelteilen erforderlich ist. Beispiele hierfür sind die Ausführung mit Schnappverbindungen, die den Fügevorgang erleichtern und unnötige Einzelteile einsparen oder der Einsatz von selbstschneidende Schrauben, die  Muttern unnötig machen.
  3. Fließgut ist gegenüber Stückgut vorzuziehen. Bei Verwendung von Fließgut wird die Handhabung wesentlich einfacher. Beispielsweise ist die Verarbeitung von Band-bzw. Drahtwerkstoffen wie auch Stangenmaterial wesentlich einfacher als die Handhabung einzelner Kleinteile. Der Fließgutcharakter ist über möglichst viele Prozessstufen beizubehalten.
  4. Schwer handhabbare Einzelteile und Werkstücke sind zu magazinieren. Schwer zu handhabbare Stückgüter (z.B.: Widerstände, Dioden,…) können durch Aufsetzen, Aufstecken oder Aufkleben auf ein Trägerband in „Quasi-Fließgut“ umgewandelt werden.
  5. Baugruppen und Teile sind so zu gestalten, dass man mit möglichst großen Toleranzanforderungen gearbeitet werden kann.
  6. Einzelteilgestaltung soll den Handhabungsvorgang erleichtern und unterstützen. Beispiele sind Einführschrägen zum leichteren Positionieren und Einführen oder der Einsatz von geeignete Schrauben, was das automatische Einschrauben erleichtert.
  7. Werkstücke sind so zu gestalten, dass sie sich nicht miteinander verhaken, verbinden oder verklemmen können. Dabei ist darauf zu achten, dass die Werkstücke keine Löcher bzw. Schlitze und gleichzeitig Zapfen bzw. Haken mit nahezu gleichen Abmessungen aufweisen.
  8. Werkstücke sollen in möglichst vielen Dimensionen ausgeprägt symmetrisch oder völlig unsymmetrisch sein. Der Einsatz des Prinzips Poka Yoke ist hierbei hilfreich.
  9. Werkstücke sollen ausgeprägte Stand-und Auflageflächen besitzen und betont abgesetzte Durchmesser haben.
  10. Haben Werkstücke keine Merkmale, die sich für eine automatische Werkstückhandhabung nutzen lassen, so sollen derartige Merkmale angebracht werden.

Werden die Grundregeln in der Auslegung von Produkten oder Bauteilen berücksichtigt, so ist die eine Seite des Erfolgs gemeistert. Die zweite Seite betrachtet die Prozessschwankungen und produktspezifischen Mängel. Neben einer automatisierungsgerechten Ausführung ist es natürlich auch erforderlich, dass die Werkstücke keine Fertigungsmängel aufweisen, die zur Blockierung der Zuführungskanäle im automatischen Ablauf führen können. Beispiele sind Abweichungen der Form, Grate bei Blechteilen, Schmiedeteilen oder  Gussteilen. Weiter sind Ungenauigkeiten, Abweichungen der Oberfläche oder elektrostatische Aufladung zu verhindern. Hinzukommt, dass Rückstände aus vorhergehenden Fertigungsprozessen existent sind und keine Späne, Splitter, Fremdteile oder Kühl-Schmiermittel, Öl und Reinigungsmittel die Bauteile verschmutzen.

Wo sind die Grenzen der Automatisierung?

Werden bei der Umsetzung von Automatisierungslösungen die voran erläuterten Regeln beachtet, steht der erfolgreichen Implementierung nicht mehr viel im Wege. Doch auch die besten Lösungen haben Ihre Grenzen. Im Fachbeitrag Automation-The Advent of the automatic Factory von J. Diebold im Jahr 1951 wurden diese sehr gut beschrieben.

Einen Arbeitsgang zu achtzig oder neunzig Prozent automatisch zu gestalten, mag große Ersparnisse bringen. Wenn man aber dann versuchen würde, auch noch die verbleibenden zehn oder zwanzig Prozent zu automatisieren, würde die ganze Anlage wieder unwirtschaftlich werden.

Die Erfolgsformel

Den Erfolg in der Umsetzung einer Automatisierungslösung erhält man, wenn die Rahmenbedingungen und die vielen Facetten der kleinen Details perfekt aufeinander abgestimmt sind. Es wird immer ein Kompromiss sein, der aber im Zusammenspiel den größtmöglichen Erfolg bringt. Die aufgezeigten Grundregeln helfen den bestmöglichen Kompromiss zu finden und die beste Lösung umzusetzen.

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