Mit Digitalisierung zur autonomen Produktion

Lange Zukunftsvision, ist das autonome Fahren heute Realität: Fortschritte in Sensorik, Kameratechnik und Rechenleistung machen es möglich, dass Robotaxis in einigen amerikanischen und chinesischen Städten längst zum Strassenbild gehören. Je autonomer Technologie agiert, desto mehr Freiräume entstehen für den Menschen – und desto mehr Zeit bleibt, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren.
Ein Bereich, in dem selbststeuernde Systeme diesbezüglich grosses Potenzial versprechen, ist die Produktion. Wenn eine Maschine Fertigungsaufträge agil, adaptiv und eigenständig umsetzt, kann dies menschliche Planer enorm entlasten und Kapazitäten schaffen – etwa für einen strukturierten Innovationsprozess und strategische Planung.
Doch während sich Konzepte zum autonomen Fahren allmählich durchsetzen, laufen viele Prozesse in hiesigen Werkshallen nach wie vor manuell ab. Das wirft die Frage auf: Warum trauen wir einem Algorithmus zu, uns sicher, effizient und zielorientiert durch den Strassenverkehr zu navigieren – aber nicht, unsere Produktionsprozesse umzusetzen?

Digitalisierung: Was die KMU lähmt
Vor allem bei den KMU herrscht in Sachen Automatisierung Nachholbedarf. Ein Blocker bleibt trotz schwächelnder Konjunktur der Fachkräftemangel: Laut KfW und Ifo-Institut sieht sich fast jedes dritte KMU in Deutschland dadurch in seiner Geschäftstätigkeit eingeschränkt. Experten fehlen vor allem im MINT-Bereich, wodurch Transformationsvorhaben ins Stocken geraten. Dabei wird technologische Innovation dringend gebraucht, um dem wachsenden Kosten- und Effizienzdruck zu begegnen: In immer kürzerer Zeit müssen Betriebe kleine Losgrössen in hoher Variantenvielfalt fertigen, idealerweise kostensparend. Schrumpfende Innovationszyklen, steigende Kundenanforderungen und zunehmend strikte Nachhaltigkeitsvorgaben verschärfen die Situation zusätzlich. Digitale Fertigungstechnologien versprechen Effizienzgewinne, doch oft verstellt der wirtschaftliche Druck den Blick auf die Notwendigkeit richtungsweisender Zukunftsinvestitionen.
Zudem haben viele Planungsverantwortliche den Anspruch, Digitalisierungsvorhaben auf Anhieb perfekt umzusetzen. So entstehen viel zu komplexe Zielbilder, die entmutigen. Die Angst vor Veränderung tut ihr Übriges, um Organisationen abzuschrecken, neue Wege einzuschlagen. In der Folge halten viele an bestehenden Prozessen fest, selbst wenn diese Risiken bergen – etwa dann, wenn prozesskritisches Expertenwissen nur informell weitergegeben wird und es so bei Verrentung oder anderweitigem Ausscheiden eines Kollegen verloren zu gehen droht.

Fragmentierte Systemlandschaften blockieren Fortschritt
Dies ist symptomatisch für einen weiteren Transformationsblocker: Vielen Betrieben fehlt ein konsistentes Datenmanagement. Oft ist im Laufe der Jahre eine fragmentierte Systemlandschaft herangewachsen, die durch Datensilos und Medienbrüche gekennzeichnet ist. Dann laufen IT-Anwendungen isoliert voneinander, Abteilungen arbeiten in unterschiedlichen Systemen und Informationen werden an verschiedenen Zielorten gespeichert, die im schlechtesten Fall schnell wieder vergessen werden. Das verursacht nicht nur Fehler, sondern kostet auch Zeit.
Um Arbeitsprozesse wirksam zu digitalisieren, ist ein konsistentes Datenmanagement entlang der gesamten Fertigungskette essenziell. Softwareplattformen für die 3D-Simulation und Offline-Programmierung ermöglichen dies. Sie schaffen einen durchgängigen Informationsfluss, indem sie ein virtuelles Abbild der Produktionsanlagen erzeugen und so alle Prozessschritte digital miteinander vernetzen. Auch KMU können damit in kurzer Zeit Produktivitäts- und Effizienzgewinne erzielen, selbst jenseits klassischer Einsatzfelder wie Zerspanung, Montage oder Logistik.

Anwendungsbeispiel 1:3D-Laserschneiden
So beispielsweise beim 3D-Laserschneiden. Dieses Verfahren wird hauptsächlich bei Umformteilen eingesetzt: im Prototypenbereich, um teure Beschnittwerkzeuge zu sparen, und in der Serienfertigung, weil sich pressengehärtete Bauteile nur mit dem Laser effektiv beschneiden lassen. Klassischerweise werden Maschinen und Roboter mittels CAM auf Basis eines CAD-Modells programmiert. Das herkömmliche Vorgehen hakt an verschiedenen Stellen: Das CAD-Modell weicht prozessbedingt vom tatsächlichen Bauteil ab, und das Schneidprogramm muss aufwendig von Hand angepasst werden. Dann stehen die Maschinen still, teils für mehrere Stunden. Fehler im Schneideprozess müssen manuell korrigiert werden, wofür ein erfahrener Programmierer gebraucht wird. Das bedeutet: Tritt ein Problem während einer Spätschicht auf, verstreichen womöglich mehrere Stunden, bis es behoben werden kann. So lange stockt der Betrieb und Produktionskapazitäten bleiben ungenutzt.
Software, die über die reine CAM-Programmierung hinausgeht, schafft Abhilfe. Mit ihrer Unterstützung lassen sich Schneidprogramme anhand von CAD-Modellen erstellen und anschliessend im digitalen 3D-Zwilling der Arbeitszelle simulieren. Dies stellt sicher, dass das Programm später präzise und fehlerfrei ausgeführt werden kann, ohne die laufende Produktion zu unterbrechen. Die Programmierung über eine solche Plattform liefert dann nicht nur das NC-Programm, sondern auch einen Messplan. Das resultierende Messprotokoll wird automatisch eingelesen und bildet die Grundlage für eine gezielte Korrektur. Auf Basis des digitalen Prozesszwillings erfolgt diese direkt an der Maschine, mit unmittelbarer Anbindung an die virtuelle Steuerung. Dies erhöht die Prozesssicherheit und optimiert die Anlagenauslastung. So können Unternehmen durchschnittlich einen halben Tag zusätzliche Maschinenverfügbarkeit pro Auftrag gewinnen.

Anwendungsbeispiel 2: Roboterschweissen
Auch robotergestützte Schweissprozesse lassen sich softwaregestützt effizienter gestalten. In vielen Betrieben werden Fräsmaschinen bereits über CAM programmiert und simuliert, während die eingesetzten Roboter – selbst vermeintlich leicht bedienbare Cobots – weiterhin manuell geteacht werden. Zugehörige Prozesse wie der Vorrichtungsbau bleiben zudem weiterhin komplex. In der Folge schweissen viele Betriebe manuell, gerade bei kleinen Losgrössen oder wenn es schnell gehen muss.
3D-Simulation und Offline-Programmierung ermöglichen es Anwendern, Vorrichtungen per Drag and Drop direkt in der Software zu bauen und noch am selben Tag einzusetzen. Dadurch können Produktionsverantwortliche Roboter schnell und flexibel auf neue Bauteile einstellen und auch Kleinserien effizient schweissen.
Die Programmierung der Roboter erfolgt am 3D-Master, sodass das manuelle Teachen komplexer Zeichnungen entfällt. Features wie die automatische Pfadoptimierung beschleunigen den Prozess zusätzlich und stellen einen ersten Schritt in Richtung autonome Programmierung dar: Mithilfe von KI analysiert die Software die erzeugte Roboterbahn, um Probleme wie Achsenbegrenzungen oder Kollisionen zu erkennen. Findet der Algorithmus einen Fehler, korrigiert er ihn automatisch und wählt den optimalen Lösungsweg. Durch ine Funktion zur Nahtsuche und -verfolgung passt sich das Roboterprogramm automatisiert an Geometrieabweichungen an. So optimiert es die Roboterschweissbahnen fortlaufend, was für zuverlässigere Schweissabläufe sorgt und manuelle Korrekturen überflüssig macht. Auf diese Weise sparen Unternehmen Zeit und Kosten bei der Roboterprogrammierung. Durch die optimierten Bewegungen profitieren sie zudem von effizienteren Abläufen und gleichmässigeren Schweissnähten.

KMU brauchen Mut zur Disruption
Die Anwendungsbeispiele zeigen, wie KMU konkret von Automatisierungstechnik profitieren – und welche Chancen darin liegen, von gewohnten Arbeitsweisen abzuweichen. Was es dafür braucht, ist Mut zur Disruption. Die grösste Hürde ist oft der erste Schritt: Vor allem schieben Unternehmen dringende IT-Projekte auf, weil der Plan noch nicht bis ins letzte Detail ausgefeilt ist. Dabei entwickeln sich viele Fertigungstechnologien so rasant weiter, dass selbst die durchdachteste Planung bald von der Realität überholt ist. Entscheidend ist es daher, pragmatisch zu starten und besser im laufenden Prozess nachzujustieren, als den Anschluss zu verlieren.
Externe Experten helfen dabei, geeignete Anwendungsfälle zu identifizieren und Quick Wins zu realisieren. Dabei gilt es, nicht nur nach der Integration in eine übergeordnete Plattform zu suchen, sondern auch, Silos aufzubrechen – durch Schnittstellen und modulare Systeme, die eine abteilungsübergreifende Zusammenarbeit ermöglichen. Denn mehr noch als um einzelne Tools geht es bei nachhaltiger Digitalisierung um eine Transformation der zugrunde liegenden Prozesse. Digitalisierung ist keine App, sondern eine Haltung. Wenn dies beherzigt wird, werden auch KMU leichter von den Vorteilen der Automatisierungstechnik profitieren und trotz aller Herausforderungen wettbewerbsfähig bleiben.

INFOS | KONTAKT
CENIT (Schweiz) AG
Im Langhag 7b
CH-8307 Effretikon
T +41 (0)52 354 10 10
www.cenit.com
info.ch@cenit.com

ZUM AUTOR

Jens Fetzer

Senior Vice President Digital Factory Solutions

CENIT AG

Industriestrasse 52-54

D-70565 Stuttgart

j.fetzer@cenit.com