Montage Digitale Assistenzsysteme revolutionieren die Werkbankmontage

Autor / Redakteur: Timo Henkelmann / Stefanie Michel

Produktivitätssteigerungen um bis zu 30 Prozent – und das allein durch Digitalisierung der manuellen Produktion? Was zunächst utopisch klingt, lassen digitale Assistenzsysteme längst Realität werden – auch im Mittelstand.

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Die Software Elution von Elabo unterstützt den Mitarbeiter am Montagearbeitsplatz und leitet ihn durch die Arbeitsschritte.
Die Software Elution von Elabo unterstützt den Mitarbeiter am Montagearbeitsplatz und leitet ihn durch die Arbeitsschritte.
(Bild: Elabo)

Industrie 4.0 in der manuellen Fertigung: Das ist oft keine Zukunftsmusik mehr, denn es wird in mittelständischen Produktionsbetrieben immer häufiger umgesetzt. Vor allem international agierende Hersteller, die aufgrund des globalen Konkurrenzdrucks permanent zur Optimierung ihrer Prozesse gezwungen sind, denken hier zunehmend um. Wo die Wettbewerbssituation dazu zwingt, Prozesse zu straffen und zu modernisieren, wird diese Gelegenheit gerne zum Einstieg in die digitale Transformation genutzt. Während anderswo noch immer analoge Arbeitsplätze und papiergestützte Baupläne dominieren, wird dann beispielsweise eine digitalisierte Montagestraße etabliert.

Der Erfolg gibt den Anwendern längst recht. Die Erfahrung zeigt, dass selbst standardisierte, durch Routine geprägte Prozesse von der Digitalisierung nachhaltig profitieren. Smart-Industry-Softwarelösungen, wie zum Beispiel Elabo Elution, lassen solche Prozesse nachweislich schneller ablaufen und ermöglichen den Mitarbeitern gleichzeitig ein komfortableres Arbeiten.

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Noch deutlicher werden die Vorteile der Digitalisierung jedoch in Sonderfertigungsbereichen, in denen komplexe Spezialanfertigungen in kleinen Losgrößen realisiert werden; Routineprozesse sind dementsprechend die Ausnahme. In solchen Fertigungsbereichen ermöglicht beispielsweise die Elabo-Software den Aufbau völlig neuer Montagesysteme, die konsequent auf Effizienzsteigerung und Arbeitskomfort getrimmt sind. Die Resultate sprechen eine klare Sprache: In der Sonderfertigung von Antriebskomponenten etwa konnten in einem Pilotprojekt Produktionssteigerungen von bis zu 30 Prozent erzielt werden. Gleichzeitig sanken die Werkzeugkosten sowie der Aufwand in der Qualitätssicherung.

Prozesse in Sonderfertigungsbereichen hemmen oft die Produktivität

Um zu verstehen, wie solche Quantensprünge möglich werden, hilft ein Blick auf den typischen Aufbau vieler Sonderfertigungsbereiche. Die Werkbankmontage ist dort oft in mehrere Segmente unterteilt, die sich verschiedenen Grundtypen eines Produktes widmen. Damit grundsätzlich jeder Techniker jedes angefragte Sondermodell montieren kann, besitzen sämtliche Arbeitsplätze eine Vollausstattung; an allen Montagetischen wird also das komplette Spektrum möglicher Bauteile und Werkzeuge vorgehalten. Daran ändert für gewöhnlich auch die Tatsache nichts, dass sich die einzelnen Monteure in der Praxis auf eine bestimmte Bandbreite von Sonderfertigungen spezialisieren müssen, um eine sichere Montagedurchführung gewährleisten zu können. Die Monteure erhalten dann üblicherweise Komplettaufträge, die sich mithilfe ihrer Arbeitsplatzausstattung auch vollständig abwickeln lassen. Die erforderlichen Informationen, beispielsweise in Form von Zeichnungen, werden hierbei auf großen Papierbögen zur Verfügung gestellt, die an Pinnwänden befestigt sind.

In der Praxis hat sich dieses Konzept nur bedingt bewährt. Die Montagetische sind dann überladen und unübersichtlich, nicht benötigte Bauteile und Werkzeuge nehmen wertvollen Platz in Anspruch. Hat man sich spezielle Hilfsmittel, wie etwa Sonderwerkzeuge, miteinander geteilt, folgt nicht selten eine zeitaufwendige Suche. Hinzu kommen Schwierigkeiten bei der Fertigungsorganisation im Montageprozess:

  • Hoher Aufwand bei der Zuordnung der Projekte zu den entsprechend qualifizierten Monteuren,
  • wenig komfortables Verfolgen der Papieranleitungen,
  • keine Routineabläufe wegen der hohen Variantenvielfalt.

Dadurch steigt auch der Aufwand, der in die Qualifizierung der Mitarbeiter des Sonderfertigungsbereichs und speziell das Anlernen von Neueinsteigern investiert werden muss. Jeder dieser Punkte wirkt sich im Endeffekt negativ auf die Produktivität aus. Darüber hinaus ergeben sich Nachteile bei der Qualitätssicherung, da weder die Durchführung einzelner Arbeitsschritte noch die Gesamtdauer des Montageprozesses verlässlich nachvollzogen werden kann. Fehler sind dadurch nur selten frühzeitig zu erkennen, sodass sich die Qualitätssicherung vorrangig auf das Endergebnis des Prozesses fokussieren muss. Die logische Konsequenz sind oftmals hohe Fehlerfolgekosten, die bei frühzeitiger Fehlererkennung vermeidbar wären. Auch eine exakte Messung bzw. Erfassung von Prozesslaufzeit und Prozessaufwand ist unter diesen Umständen kaum möglich.

Neues Montagesystem mit digitaler Werkerassistenz

Um solche Prozessdefizite abzubauen, empfiehlt sich in vielen Fällen eine Neustrukturierung des Sonderfertigungsbereichs. Ein erster Ansatz kann hier beispielsweise sein, das Konzept spezialisierter Segmente durch ein einheitliches modulares Montagesystem zu ersetzen. In einem solchen System erhalten die Techniker keine Komplettaufträge mehr. Stattdessen montieren sie nur noch einzelne Baugruppen und geben das Produkt anschließend in den nächsten Modulbereich weiter. Die Ausstattung der einzelnen Arbeitsplätze mit Bauteilen und Werkzeugen lässt sich dadurch viel ökonomischer gestalten, zum Teil kann sogar die Zahl der Werktische reduziert werden.

Der größte Produktivitätssprung lässt sich jedoch durch den Einsatz digitaler Assistenzsysteme erzielen, die auf die Erfordernisse der manuellen Produktion zugeschnitten sind. Die Industrie-4.0-Software Elution etwa ermöglicht es der Arbeitsvorbereitung, jedem Mitarbeiter eines Fertigungsbereiches einen digitalen Arbeitsplan zur Verfügung zu stellen, der ihn in Wort und Bild durch alle Montageschritte leitet und ihm zugleich jeden Arbeitsschritt automatisch dokumentiert. Die erforderlichen Informationen sind dadurch stets zum richtigen Zeitpunkt verfügbar, was die Orientierung im laufenden Prozess verbessert und zur Fehlervermeidung beiträgt. Die Protokollfunktion unterstützt darüber hinaus eine detaillierte Prozesszeiterfassung sowie das Anlegen kompletter Produktlebenslauf-Akten, mit deren Hilfe nicht zuletzt auch dokumentarische Pflichten im Zuge eines Qualitätsmanagements nach DIN EN ISO 9001 erfüllt werden können.

Mit Anleitungsblöcken zahlreiche Produktvarianten abdecken

Grundlage dieses Lösungsansatzes ist eine SQL-Datenbank, die auf unternehmenseigenen Servern gehostet werden sollte. In dieser Datenbank legt die Arbeitsvorbereitung über eine Eingabemaske der Software alle Informationen ab, die für die Produktmontage benötigt werden. Das können Konstruktions-, Schalt- und Prüfpläne sein, Fotos, Grafiken und Zeichnungen oder auch Videos. Zudem lassen sich für einzelne Montageschritte individuelle textliche Anleitungen hinterlegen – auf Wunsch auch in mehreren Sprachen und mehreren Kompetenzlevels.

Aus diesem Datenpool generiert die Arbeitsvorbereitung anschließend für jedes Produkt und jeden zuständigen Mitarbeiter die zugehörige digitale Arbeitsanweisung, die dauerhaft gespeichert und jederzeit wieder verändert werden kann. Ein ausgefeiltes Variantenmanagement ermöglicht es zum Beispiel, Montageschritte typischer Baugruppen in festen Anleitungsblöcken zusammenzufassen und diese Blöcke dann beliebig zu rekombinieren. Auf diese Weise lässt sich mit einer begrenzten Anzahl von Grunddatensätzen eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Produktvarianten abdecken. Zudem kann jedem Arbeitsplatz über das Variantenmanagement dann auch der auftragsspezifische Arbeitsplan zugeordnet werden.

Messgeräte in die Software integrieren

Die Möglichkeiten der Software gehen noch weiter, denn den Anwendern stehen noch zahlreiche Zusatzoptionen zur Verfügung. So lassen sich auch Mess- und Prüfsysteme sowie andere technische Geräte in die Software integrieren, was unter anderem eine automatische Dokumentation von Messdaten ermöglicht. Über diese Integration ist dann auch eine automatische montageplanspezifische Messgeräteparametrisierung möglich.

Des Weiteren können ganze Arbeitsplatzsysteme in die Software eingebunden werden – von der grundlegenden Zugangsberechtigung und Arbeitsplatzkonfiguration über Arbeitsfläche, PC und Leuchtmittel bis zu Materialversorgung und ESD-Schutz. Dadurch lässt sich unter anderem für jeden Montageschritt die individuell passende Höheneinstellung und Beleuchtung des Arbeitstisches realisieren.

Doch um die Software optimal zu nutzen, ist eine klare Umsetzungsstrategie nötig, die auch konsequent verfolgt werden muss. Im Prozess zahlt sich diese systematische Vorgehensweise rasch aus, denn durch die Digitalisierung der Abläufe lassen sich schon nach kurzer Zeit messbare Produktivitäts- und Qualitätssteigerungen erzielen. Verbesserungen in Informations- und Prozessmanagement, reduzierte Durchlaufzeiten sowie verringerte Qualifizierungsaufwände sind ebenso typische Resultate wie deutlich verringerte Fehlerquoten, die präzise Erfassung von Prozesslaufzeiten und die Entstehung ganzer Produktlebenslauf-Akten. Auch bei den Werkzeugkosten zeigen sich Vorteile: Infolge der höheren Prozesseffizienz werden gewöhnlich weniger Werkzeuge benötigt, auch sinkt der Aufwand für Werkzeugsuchen sowie für die Verwaltung und Wartung der Werkzeugbestände insgesamt.

Behutsamer Einstieg bei digitalen Assistenzsystemen

Auch wenn es für Anwender attraktiv erscheint, sich solche Vorteile möglichst schnell zu erschließen, will der Schritt in die Digitalisierung gut geplant sein. Zu empfehlen ist, den Einsatz digitaler Assistenzsysteme zu Beginn auf einen kleineren, klar abgegrenzten Bereich zu beschränken und so einen sanften Einstieg in die Industrie 4.0 zu wählen. Idealerweise sollte die digitale Transformation also zunächst in einem ausgewählten Fertigungssegment erprobt und verinnerlicht werden, ohne sogleich alle betrieblichen Fertigungsprozesse zu konvertieren. Dieser zurückhaltende Ansatz verhindert, dass bei Einstiegsschwierigkeiten zahlreiche Betriebsabläufe in Mitleidenschaft gezogen werden.

Gerade in der Anfangsphase ist es zudem sehr wichtig, sich kontinuierlich mit dem Technologiepartner auszutauschen, um die ersten Erfahrungen zu bewerten und mögliche Schwachstellen frühzeitig zu erkennen und zu beseitigen. Werden diese Empfehlungen konsequent berücksichtigt, ist die Hürde der Digitalisierung auch für kleinere mittelständische Unternehmen nur noch halb so hoch.

* Timo Henkelmann ist Geschäftsführer bei der Elabo GmbH in 74564 Crailsheim, Tel. +49 7951 307-0, info@elabo.de

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