Wann sich Automatisierung lohnt

Sollen Abläufe in der Fertigung optimiert werden, stellt sich meist die Frage „Handarbeit oder Automatisieren?“ Auf der Suche nach dem Königsweg hilft die Automatisierungspotenzial-Analyse. Die rechnergestützte Methode erlaubt es, in sehr kurzer Zeit das Automatisierungspotenzial einer Montageanlage unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten abzuschätzen.

Rezepte und Strategien, die Produktivität zu steigern und damit Herstellungskosten zu senken, gibt es zahlreiche, allgemeingültige nur wenige. Die Struktur von Arbeitsprozessen zu verändern ist ein erfolgversprechendes Mittel, die Höherautomatisierung von Montageanlagen ein weiteres. Letzere „allerdings nur, wenn sie sinnvoll ist“, betont Jochen Spingler vom Fraunhofer IPA. „Mit Automatisierung lässt sich viel erreichen. Ein Allheilmittel ist sie jedoch ganz sicher nicht“, erklärt der Gruppenleiter Montagesysteme. Gemeinsam mit seiner Teamkollegin Katharina Beumelburg hat er eine Methode entwickelt, die hilft, den Königsweg zu finden. Ihr Ziel war es, in kurzen Analysezeiträumen eine fundierte Aussage darüber machen zu können, ob und in welchem Umfang Automatisierungspotenziale in der Montage vorhanden sind. Rechnergestützt erfassen und klassifizieren die Stuttgarter Ingenieure nach dieser Methode die verschiedenen Alternativen unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

Der erste Schritt der Potenzialanalyse ist die technische Klassifizierung der manuellen Montageprozesse. Die einzelnen Arbeitsschritte werden chrakterisiert, gewichtet und mit Kennzahlen bewertet. Die Charakteristika berücksichtigen die technischen Möglichkeiten automatischer Anlagen, die Fähigkeiten der beteiligten Werker sowie eine ergonomische Arbeitsgestaltung. Darüber hinaus fließen Eigenschaften der Werkstücke, der Prozesse und der Materialbereitstellung ein. Zu den Werkstückmerkmalen zählen beispielsweise die Werkstücksteifigkeit oder die Zugänglichkeit des Fügeorts. Die Prozessmerkmale umfassen die Abläufe beim Fügen und Handhaben sowie ihre technischen Voraussetzungen. Bei der Materialbereitstellung wird bewertet, inwieweit die vorhandenen Einrichtungen automatisierungstauglich sind. Jedem Charakteristikum sind eine Gewichtung und verschiedene Ausprägungen zugeordnet. „Die Gewichtung beschreibt die Relevanz des Charakteristikums bei der Bewertung der Automatisierbarkeit des Prozesses“, erklärt Katharina Beumelburg. „Sie bewirkt, dass bei den folgenden Berechnungen Kriterien, die einen großen Einfluss auf die Automatisierbarkeit haben, stärker berücksichtigt werden als solche mit geringer Wichtigkeit“, fährt sie fort.

Die Ausprägungen beispielsweise des Charakteristikums „Werkstücksteifigkeit“ sind „biegeschlaff“, „elastisch“ und „starr“. Die Zuteilungsfaktoren für diese Ausprägungen bewerten die Fähigkeiten und Fertigkeiten von Mensch und Maschine auf einer Scala von null gleich „ungeeignet“ bis drei für „sehr gut geeignet“. In einem Prozess „Montage eines biegeschlaffen Kabels“ bekäme der Mensch den Zuteilungsfaktor drei, eine automatische Anlage den Faktor eins zugewiesen. Das Bewertungssystem beruht auf Machbarkeitsuntersuchungen, ergonomischen Kennzahlen und Erfahrungswerten. Ein datenbankbasiertes Tool verknüpft die Zuordnungsfaktoren für die einzelnen Ausprägungen mit den Gewichtungen der Charakteristika und berechnet die Eignungsgrade für die manuelle und die automatische Montage. Aus der Relation dieser Eignungsgrade ergibt sich dann der Automatisierungseignungsgrad (AEG).

„Nimmt der Automatisierungseignungsgrad einen Wert über eins an, empfiehlt es sich in der Regel zu Automatisieren“, sagt Jochen Spingler. „Für diese Prozesse führen wir anschließend eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durch“, ergänzt er. Dabei stützen sich die Stuttgarter Wissenschaftler auf eine Datenbank, die Prinzipienlösungen für die Automatisierung und Grobschätzungen der zugehörigen Investitionsvolumina enthält. Für jedes Szenario ist es außerdem möglich, relativ genau den Retur-on-Investment und die Amortisationszeiten einer Anlage anzugeben. Die „IPA-Automatisierungspotenzial-Analyse“ hat sich bereits in mehreren Beratungsprojekten bewährt. Besonders positiv bewerteten die Projektpartner die Transparenz und die konkreten Zahlenwerte, die das Verfahren bietet.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Jochen C. Spingler, Telefon 0711/970-1202, Telefax 0711/970-1006, E-Mail jos@ipa.fhg.de
Dipl.-Wirt.-Ing. Katharina Beumelburg, Telefon 0711/970-1306, Telefax 0711/970-1006, E-Mail kab@ipa.fhg.de