Manuelles Materialhandling ist anstrengend und langsam: Wie können Fertigungsstätten kostengünstig modernisiert werden?

In Fertigungswerkstätten stammen viele Effizienzprobleme nicht von den Bearbeitungsmaschinen selbst, sondern treten häufig in einem leicht übersehenen Bereich auf: dem Materialfluss.

Teile bewegen sich vom Lager zu den Arbeitsstationen, von der Montage zur Prüfung und anschließend von der Prüfung zum Versand. Auf den ersten Blick mag dies lediglich eine einfache Angelegenheit des Transports von Gegenständen von einem Ort zum anderen sein; doch bei hoher Frequenz, großer Entfernung und schweren Lasten wird das Materialhandling zu einem versteckten Hindernis im Produktionsrhythmus.

Manuelles Handling beansprucht nicht nur die Zeit der Mitarbeiter, sondern unterbricht auch deren bereits laufende Arbeit. Dies gilt insbesondere für schwere Paletten, Materialbehälter und Halbfertigprodukte. Wenn diese Aufgaben auf manuelle Transportwagen, Tragen und längere Wartezeiten angewiesen sind, treten wahrscheinlich drei Probleme auf:

Erstens wird der Produktionsrhythmus instabil.

Der Zeitpunkt der Materialanlieferung hängt häufig vom Personaleinsatzplan und davon ab, wie schnell die Baustelle reagiert.

Zweitens steigt die Arbeitsbelastung der Mitarbeiter.
Wiederholtes Handhaben, weite Wege zu Fuß, Bücken, Heben und Platzieren von Materialien erhöhen alle die Ermüdung und können zudem die Sicherheit vor Ort beeinträchtigen.

Drittens wird das Baustellenmanagement weniger transparent.
Wo sich die Materialien befinden, ob die Bearbeitung abgeschlossen ist und ob sie in den nächsten Prozessschritt übergehen können – all diese Fragen erfordern klare Aufzeichnungen. Ohne ein systematisches Tracking können Wartezeiten, Materialstaus und wiederholte Bestätigungen leicht entstehen.

Daher bedeutet die Optimierung des Materialflusses nicht einfach, Personal durch Geräte zu ersetzen. Vielmehr geht es darum, den Produktionsprozess von ‚Menschen suchen Material und Material wartet auf Menschen‘ hin zu ‚Material bewegt sich nach Taktrhythmus und Geräte verbinden Prozesse proaktiv‘ zu verändern.

1. Automatisierung zu geringen Kosten bedeutet nicht zwangsläufig minderwertige Automatisierung

Wenn viele Unternehmen das Wort Automatisierung hören, ist ihre erste Reaktion oft eine hohe Investition, lange Implementierungszyklen und schwierige Modernisierungsmaßnahmen.

In der tatsächlichen Produktion erfordert jedoch nicht jeder Prozess eine komplexe und kostspielige Gesamtanlagen-Transformation. Materialtransport, Arbeitsplatzanbindung, Pufferung von Materialbehältern sowie der Umlauf halbfertiger Produkte eignen sich besonders gut für einen kostengünstigen Automatisierungsansatz.

Der Kern einer kostengünstigen Automatisierung besteht nicht darin, das System möglichst kompliziert zu gestalten. Stattdessen sollten Probleme, die sich mit mechanischen Strukturen lösen lassen, auch mit mechanischen Strukturen gelöst werden; hingegen müssen Aufgaben, die eine Koordination durch ein Steuerungssystem erfordern, mittels Sensoren, Software und Dispatching-Systemen bewältigt werden.

Beispielsweise können bei der Förderung und Pufferung von Materialien in Materialboxen Rollenbahnen, Schrägbauten, Positioniermechanismen und modulare Arbeitsstationen eingesetzt werden, um den Materialfluss teilweise durch Schwerkraft zu ermöglichen. Dadurch verringert sich der Bedarf an komplexen Aktuatoren wie Motoren und Zylindern sowie der spätere Wartungsaufwand.

Low-Cost-Automatisierung bedeutet jedoch nicht, vollständig auf elektrische Systeme zu verzichten. Sobald das System bestimmen muss, ob eine Arbeitsstation vollständig beladen ist, ob die Materialien die erforderliche Lagerzeit abgeschlossen haben oder ob ein AGV/AMR den Andockpunkt betreten darf, sind Sensoren und digitale Systeme erforderlich.
Eine wirklich effiziente Lösung besteht häufig aus einer Kombination mechanischer Strukturen, schwerkraftgestützter Förderung, mobiler Roboter und Informationssystemen.

2. Vom manuellen Handling zum automatischen Fluss – der Schlüssel liegt in der Verbindung der Arbeitsstationen

In traditionellen Fabriken bewegen sich Materialien üblicherweise in separaten Etappen.

Das Lager wird von einer Gruppe von Mitarbeitern verwaltet, die Montage von einer anderen, die Inspektion von einer dritten und der Versand von einem weiteren Bereich durchgeführt. Jeder Prozess kann für sich genommen normal funktionieren, doch die Verbindung zwischen den einzelnen Prozessen beruht häufig noch immer auf manueller Handhabung.

Das Ergebnis ist, dass jeder Arbeitsplatz scheinbar durchaus effizient erscheint, der gesamte Prozess jedoch immer noch nicht reibungslos abläuft.

Der Wert eines automatisierten Materialflusses liegt darin, diese isolierten Punkte miteinander zu verbinden.

Eine vollständige Lösung für den Materialfluss umfasst in der Regel mehrere Komponenten:

Ein Lager zur Aufbewahrung und Pufferung von Materialien.
Automatisierte Arbeitsstationen für die Materialzufuhr, Zwischenlagerung und Rückführung.
Rollerbahnen oder Förderstrukturen für eine reibungsarme Bewegung von Materialboxen und Paletten.
AMRs oder AGVs für den automatischen Transport zwischen verschiedenen Bereichen.
Sensoren und Steuerungssysteme zur Erfassung des Status der Arbeitsstationen, zur Zuweisung von Transportaufträgen sowie zur Erfassung von Materialinformationen.

Auf diese Weise hängt der Materialfluss nicht mehr davon ab, dass jemand die Materialien vorübergehend manuell bewegt. Stattdessen gelangen sie automatisch entsprechend dem vorgegebenen Arbeitsablauf in den nächsten Prozess.

Beispielsweise können Materialien von einem mobilen Roboter aus dem Lager entnommen und zum Montagearbeitsplatz transportiert werden. Nach Abschluss der Montage wird das Transportmittel zum nächsten Prozessschritt weitergeleitet. Nach der Prüfung oder Aushärtung kehrt es entweder ins Lager zurück oder gelangt in den Versandbereich.
Während dieses Prozesses verwenden die Mitarbeiter keine großen Zeitspannen mehr für das Handling von Materialien. Stattdessen können sie sich auf Montage, Prüfung, Inbetriebnahme und andere Tätigkeiten konzentrieren, die tatsächlich Mehrwert schaffen.

3. Modulare Aluminiumprofile sind eine wichtige Grundlage für kostengünstige Automatisierung

Bei dieser Art von Materialflusslösung spielen Aluminiumprofilkonstruktionen häufig eine sehr wichtige Rolle.

Der Grund hierfür ist einfach: Kostengünstige Automatisierung ist kein einmalig festgelegtes Projekt, sondern muss kontinuierlich an die tatsächlichen Gegebenheiten vor Ort angepasst werden.

Heute beträgt die Arbeitshöhe möglicherweise 750 mm. Morgen muss bei Verwendung eines anderen Materialbehälters möglicherweise die Führungskonstruktion angepasst werden.
Derzeit erfolgt das Beschicken möglicherweise manuell. Später, wenn AMR-Docking hinzugefügt wird, müssen Positionierungs- und Einführungsraum reserviert werden.
Wenn der aktuelle Produktionsrhythmus nicht hoch ist, kann eine einfache Pufferung ausreichend sein. Bei steigender Kapazität später sind möglicherweise mehr Rollbahnen, Stoppvorrichtungen und Schutzkonstruktionen erforderlich.

Wird alles mit geschweißten Stahlrahmen gebaut, fallen spätere Modifikationen teuer aus.
Industrielle Aluminiumprofile bieten jedoch klare Vorteile: leichte Konstruktion, hohe Festigkeit, schnelle Montage und einfache Anpassung. Sie können zudem mit Eckwinkeln, Verbindern, Rollen, Türplatten, Schutzeinrichtungen, Rollbahnen und anderen Zubehörteilen kombiniert werden, um Arbeitsplätze, Materialgestelle, Wagen, Puffergestelle und Rahmen für Automatisierungsausrüstung schnell aufzubauen.

Bei einem Materialflusssystem dienen Aluminiumprofile nicht nur zum Aufbau eines Rahmens. Sie sind Teil der gesamten Automatisierungsschnittstelle.

Sie müssen das Gewicht der Güter tragen und gleichzeitig die Genauigkeit der Andockvorgänge gewährleisten.
Sie müssen sich an die räumliche Anordnung vor Ort anpassen und dennoch später einfach zu warten sein.
Sie müssen mit mechanischen Strukturen zusammenarbeiten und gleichzeitig Platz für Sensoren, Endschalter, Stopper, Türblenden, Schutzeinrichtungen und andere Funktionen reservieren.

Daher stellt selbst ein scheinbar einfaches Materialregal oder eine Arbeitsstation tatsächlich das gesamte Verständnis von Konstruktionsdesign, Ablaufrhythmus vor Ort und Anwendungsszenarien auf die Probe.

4. Eine echte Effizienzsteigerung ergibt sich aus weniger Wartezeiten, weniger Handhabung und weniger Unterbrechungen

Wenn viele Unternehmen Automatisierungslösungen implementieren, konzentrieren sie sich oft ausschließlich auf die Geräte selbst: ob der Transportwagen schnell genug fährt, ob der Roboterarm teuer ist oder ob die Förderstrecke lang genug ist.

In der realen Produktion hingegen kommt es stärker darauf an, ob der Prozess kontinuierlich abläuft.

Eine gute Materialflusslösung sollte Folgendes erreichen:

Materialien stapeln sich nicht.
Arbeitsstationen bleiben nicht leer und warten nicht.
Mitarbeiter verlassen ihren Arbeitsplatz nicht wiederholt, um Materialien zu bewegen.
Das System kennt den aktuellen Status jedes Transportmittels.
Geräte können stabil mit anderen Geräten andocken, statt bei jedem Andockvorgang manuell ausgerichtet werden zu müssen.

Sobald diese Probleme gelöst sind, werden die Veränderungen am Produktionsstandort sehr deutlich:

Mitarbeiter verbrauchen weniger körperliche Energie und arbeiten gleichmäßiger.
Der Materialfluss wird übersichtlicher und das Standortmanagement einfacher.
Der Produktionsrhythmus wird besser steuerbar und die Wartezeiten verkürzen sich.
Zukünftige Erweiterungen werden dadurch einfacher, ohne dass bei jedem Schritt alles von Grund auf neu aufgebaut werden muss.

Dies ist auch der wertvollste Aspekt einer kostengünstigen Automatisierung. Ziel ist nicht der sofortige Aufbau einer hochmodernen, vollständig automatisierten Werkstatt, sondern vielmehr der schrittweise Einstieg bei den schmerzhaftesten, häufigsten und verschwenderischsten Prozessen.

Beginnen Sie mit einem Materialgestell, einem Arbeitsplatz, einem Abschnitt einer Rollenbahn oder einer Transportstrecke.
Sobald der Materialfluss reibungslos verläuft, entfaltet sich nach und nach die Effizienz des Produktionsstandorts.

5. Fertigungsmodernisierungen müssen nicht mit Großprojekten beginnen

Für viele kleine und mittelständische Fertigungsunternehmen ist der praktikabelste Weg zur Automatisierung nicht die umfassende Umsetzung in einem Schritt, sondern die schrittweise Vorgehensweise.

Schritt 1: Identifizieren Sie vor Ort die häufigsten Transportstrecken.
Welche Materialien müssen täglich transportiert werden? An welchen Arbeitsplätzen wartet man häufig auf Materialien? Welche Prozesse beanspruchen den meisten Arbeitsaufwand?

Schritt 2: Ermitteln Sie, welche Handlungen durch mechanische Strukturen ersetzt werden können.
Beispielsweise können Pufferung, Schieben, Führen, Positionieren und vorübergehende Lagerung häufig mithilfe von Rollenbahnen, Arbeitsstationen aus Aluminiumprofilen und einfachen Mechanismen realisiert werden.

Schritt 3: Prüfen Sie anschließend, ob mobile Roboter oder Förderanlagen benötigt werden.
Falls häufig ein Materialtransport über mehrere Bereiche hinweg erforderlich ist, die Entfernungen lang sind und der Takt relativ stabil ist, können AMRs, AGVs oder Förderstrecken zur Verbindung eingesetzt werden.

Schritt 4: Planen Sie Spielraum für zukünftige Erweiterungen ein.
Die Höhe der Arbeitsstationen, die Größe der Materialbehälter, die Montagepositionen von Sensoren, die Konstruktion von Schutzklappen sowie Wartungsgänge sollten bereits im Vorfeld berücksichtigt werden, um spätere Nachbesserungen zu vermeiden.

Automatisierung bedeutet nicht, eine bestimmte Person zu ersetzen. Vielmehr geht es darum, die Abläufe vor Ort stabiler zu gestalten, Mitarbeiter von sich wiederholenden Handhabungsaufgaben zu entlasten und den Produktionsrhythmus übersichtlicher zu machen.

Fazit

In Fabriken resultiert die Effizienzsteigerung häufig nicht aus einer teuren Maschine, sondern aus der Neugestaltung der Details des Prozesses.

Wie Materialien ankommen, wie sie sich bewegen, wo sie zum Stehen kommen, wann sie in den nächsten Prozess eintreten, wer ihren Status bestimmt und wie Maschinen mit anderen Maschinen verbunden werden – diese scheinbar alltäglichen Fragen entscheiden darüber, ob der Produktionsstandort tatsächlich effizient ist.

Der Wert der kostengünstigen Automatisierung liegt darin, den Materialfluss flexibler, anpassungsfähiger und stärker standortorientiert zu gestalten.

Bei Automatisierungsgerüsten, Förderstrecken, Materialgestellen an Arbeitsstationen, Rollenbahnsystemen und Anwendungen aus industriellen Aluminiumprofilen liegt der zukünftige Fokus nicht nur auf dem Aufbau der Struktur, sondern auch darauf, dass die Struktur tatsächlich in den Produktionsrhythmus integriert wird und Teil des intelligenten Fertigungsstandorts wird.