Ein hoher Automatisierungsgrad bedeutet in der Regel auch hohe Investitionen. Trotz allem bleibt die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine bestehen. Das stellt die Unternehmen bei vorherrschendem Facharbeitermangel und hohen Standards für Arbeitssicherheit vor keine leichte Aufgabe. Zusätzliche Herausforderungen für eine gelungene Prozessoptimierung sind eine hohe Variantenvielfalt, komplexe Aufgabenstellungen und Abläufe sowie steigende Qualitätsanforderungen. Wie kann das gelingen?

Mit dem Montageassistenzsystem Der Schlaue Klaus hat das Karlsruher Unternehmen Optimum Datamanagement Solutions eine Lösung entwickelt, um Produktionsmitarbeiter zu unterstützen: Der einfach zu integrierende, kamera­basierte Helfer nutzt Digitalisierung, um manuelle Prüfprozesse zu optimieren und zu vereinfachen. Durch die Kombination von industrieller Bilderkennung durch eine hochauflösende USB3-Industriekamera von IDS und mithilfe einer Datenbank erkennt das Assistenzsystem jeden Schritt und begleitet den Mitarbeiter in Echtzeit während der kompletten Montage. Nach dem einfachen Prinzip „Anleiten, Überprüfen, Bestätigen, Dokumentieren“ werden auch diese komplexen Abläufe beherrschbar.
Der Schlaue Klaus leitet Mitarbeiter mit einer digitalen Montage-Anleitung Schritt für Schritt an. Der Werker scannt das Auftragsdokument und der Montageprozess beginnt. Eine über dem Arbeitstisch installierte Kamera nimmt das zu montierende Werkstück beziehungsweise die Einzelteile auf. Auf einem Touchscreen erscheinen Arbeitsanleitung und Fehlermeldungen in Echtzeit: Nach jedem erfolgreichen Arbeitsschritt bekommt der Werker eine Bestätigung. Nach abgeschlossener Montage erbringt das System den Nachweis einer fehlerfreien Fertigung.

Auch unter schlechten Lichtverhältnissen hohe Bildqualität

„Die Kamera generiert dabei den digitalen Schatten“, erklärt Wolfgang Mahanty, Geschäftsführer von Optimum. Alle digitalen Daten des Prozesses – wann wird wie was gemacht – werden erfasst und verarbeitet. Das ermöglicht es, eine Wissensbasis zu erstellen und dieses Wissen später an alle weiterzugeben. „Die Kamera muss viele Details und großen Variantenreichtum erfassen und stabile Bilder liefern. Die sensorische Erkennung muss zuverlässig sein, das heißt der Sensor muss mit schlechten beziehungsweise wechselnden Lichtverhältnissen klarkommen“, fasst Mahanty die Anforderungen zusammen. Denn: „In der Fabrik von heute soll der Mitarbeiter möglichst viel Tageslicht bekommen, was wiederum die Aufnahmequalität beeinflussen kann.“
Kein Problem für die USB3-Industriekamera UI-3590CP von IDS. Der lichtempfindliche Rolling Shutter CMOS-Sensor AR1820HSSC00SHEA0 von ON Semiconductor erreicht durch Back side Illumination auch unter schwachen Lichtverhältnissen eine hohe Bildqualität. Auch beim Erfassen kleiner Details entstehen sehr hochauflösende Aufnahmen mit geringem Bildrauschen. Mit einer Auflösung von 18 MP (4.912 x 3.684 Pixel) erreicht er eine Framerate von 21 fps. „Produkte werden mit Abweichungen von 1 mm auf DIN A 3 erkannt“, bestätigt Mahanty. Zudem haben die kompakte Baugröße sowie die einfache Integration der Kamera das Team des Schlauen Klaus überzeugt.

Einsatz in der Automobilindustrie

Die Vorteile des mit dem IDS-Kameramodell optimierten Assistenz­systems weiß auch der Ludwigsburger Filterhersteller Mann + Hummel zu schätzen. Peter Sawatzky, Technischer Leiter bei dem Automobilzulieferer, setzt ebenfalls auf den Einsatz des Schlauen Klaus. „Bei der Endmontage unserer Filterkomponenten sind viele manuelle Tätigkeiten erforderlich, dafür sind Wechselvorrichtungen mit sehr komplexen und somit störanfälligen sensorischen Abfragen notwendig. Das Assistenzsystem hat uns überzeugt, weil wir viel weniger Fehler machen.“ Neue Varianten lassen sich in der Arbeitsvorbereitung leicht einlernen und können am gleichen Tag vom Werker montiert werden. „Unser Variantenmanagement ist damit bedeutend einfacher geworden“, so Sawatzky.
Weiterer Vorteil: Das System kann sehr einfach in die jeweilige Fertigungseinrichtung integriert werden und selbst der Einsatz mehrerer Kameramodelle ist sehr einfach und kostengünstig möglich, wenn es die Kundenapplikation erfordert.
Neue Abläufe erlernen die Mitarbeiter mit Klaus‘ Hilfe durch die digitale Schritt-für-Schritt-Anleitung schnell und sicher. Die Entlastung des Werkers durch das individuelle Montage-Assistenzsystem sowie eine leichtere Arbeitsorganisation ermöglichen eine deutliche Steigerung der Produktivität. Montagekosten sinken, gleichzeitig sinken die Reklamationskosten durch die bessere Qualitätssicherung. „Seit Der Schlaue Klaus unsere Werker bei der Montage unterstützt, ist die Anzahl der Reklamationen deutlich gesunken“, bestätigt Sawatzky.

Hohe Nachfrage in Elektronik- und Automobilbranche

Vor allem in der Elektronikbranche und im Bereich Automotive beschleunigen Assistenzsysteme wie das aus dem Hause Optimum zunehmend die Abläufe und sorgen für erhöhte Wirtschaftlichkeit und Qualität. Fertigungsprozesse laufen nahezu fehlerfrei ab, werden lückenlos dokumentiert und lassen sich zurückverfolgen. Damit verhelfen sie Unternehmen zu einer Produktivitätssteigerung und gegebenenfalls zu einem Wettbewerbsvorteil.
Doch eine wichtige Grundlage für die erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0 und der damit verbundenen Digitalisierung ist die möglichst einfache und intuitive Bedienung der Systeme. Deswegen arbeitet Optimum stetig daran, wie sich das System kinderleicht einlernen lässt. Dies geschieht beispielsweise über CAD-Daten, intelligente Filter oder auch über künstliche Intelligenz. Ein weiterer Schritt auf dem Weg zur Digitalisierung ist auch die virtuelle Inbetriebnahme. Dabei muss das Assistenzsystem so intuitiv aufgebaut sein, dass es jeder Mitarbeiter aus der Instandhaltung oder Arbeitsvorbereitung auch selbst in Betrieb nehmen kann.
Kein Zweifel: Die Digitalisierung schreitet immer weiter voran, der Bedarf an Lösungen zur Effizienz- und Qualitätssteigerung in der Fabrik der Zukunft wächst. Mit individuellen, leicht zu integrierenden Assistenzsystemen und intelligenter Bildverarbeitung kann er schnell und einfach gedeckt werden. Eine Investition, die sich in kurzer Zeit amortisiert.