Ein Trend ist die Individualisierung von Kunststoffteilen. Dies gelingt zum Beispiel mit einer informationstechnologisch vernetzten und automatisierten Fertigungszelle, in der Spritzgießen und additive Fertigung verkettet sind. Foto: Arburg

Produktionseffizient ins nächste Jahrzehnt

Plastics in the Future

Flexibel automatisierte Spritzgießzellen, additive Fertigung und Industrie-4.0-Technologien werden in den nächsten fünf bis zehn Jahren vermehrt in kunststoffverarbeitenden Betrieben Einzug halten.

Die Trends halten an, Bauteile zu individualisieren und die Wertschöpfung rund um den Spritzgießprozess zu steigern. Gut ausgebildete Fachkräfte sind in der Smart Factory der Zukunft der Schlüssel zum Erfolg. Ein Kernstück darin ist die Smart Machine, die sich mit informationstechnisch vernetzten Sensoren und Aktoren in Echtzeit selbst überwacht, steuert und optimiert. Ein Smart Service sorgt für eine effiziente Produktion rund um die Uhr.

45 Prozent der Topbetriebe werden bis 2018 weniger Mitarbeiter als Smart Maschines haben.

Ziel ist, die Produkte wie auch deren Herstellung attraktiver und effizienter zu machen. Dies gelingt zum Beispiel durch Realisierung zusätzlicher Funktionen in den Bauteilen und Sicherstellung einer hohen Teilequalität. Über Automation werden immer mehr und aufwendigere Arbeitsschritte in den Spritzgießprozess integriert sowie Materialfluss und Logistik vereinfacht. Mit dem Trend hin zur Individualisierung leitet sich auch für die Automation der Anspruch ab, mit hoher Flexibilität auf die sich schnell ändernden Anforderungen reagieren zu können.

Eine hochmoderne Steuerung ist das A und O in der Kommunikation zwischen Maschine, Mensch und Peripherie. Sie sorgt dafür, dass sich die Maschinen schnell umrüsten und fehlerfrei bedienen lassen und in kürzester Zeit die maximale Anzahl Gutteile produzieren. Dabei unterstützt ein ergonomischer Touchscreen, der sich wie ein Smartphone intuitiv bedienen lässt.

In Zukunft kann der Kunde Artikel mit individuell konfigurierter Funktionalität direkt beim Produzenten bestellen, der die Onlinebestellung in die Wertschöpfungskette einbindet. Foto: Arburg
In Zukunft kann der Kunde Artikel mit individuell konfigurierter Funktionalität direkt beim Produzenten bestellen, der die Onlinebestellung in die Wertschöpfungskette einbindet. Foto: Arburg

Der Spritzgießmaschine der Zukunft sind – anders als heute – Werkzeug, Material und Bauteilgeometrie bekannt. Denn für zusätzliche Funktionalität ist in der Steuerung eine Datenbank mit umfassendem Expertenwissen hinterlegt. Die einzelnen Fertigungsaufträge werden über ein Leitrechnersystem auf die Maschinen verteilt.

Der Bediener greift über die Steuerung direkt auf das gespeicherte Know-how zurück. Ein digitaler Assistent unterstützt ihn bei Bedarf beim Einrichten, Einstellen der optimalen Spritzgießparameter und bei der Wartung der Maschine. So kann zum Beispiel im Display ein Video abgerufen werden, das Schritt für Schritt anleitet, wie er die einzelnen Wartungsschritte richtig ausführt. Das minimiert unproduktive Stillstandzeiten.

Smart Devices für schnellen Service

Ein mühsam durchzublätterndes Handbuch wird es künftig nicht mehr geben. Stattdessen empfängt der Servicetechniker vom zentralen Supportteam schon während der Anreise zum Kunden auf seinem mobilen Endgerät alle relevanten Daten zum Auftrag. Ähnlich, wie sich heute über das Smartphone mit einer Augmented-Reality-App Wissenswertes zu touristischen Objekten abrufen lässt, ist dies prinzipiell für jede Maschine beim Kunden vor Ort möglich: Der Servicetechniker öffnet einfach den Schaltschrank, richtet die Kamera seines mobilen Endgeräts auf eine Komponente und bekommt alle relevanten Daten dazu automatisch angezeigt. Er weiß sofort, welches Teil auszutauschen ist, und kann sofort ein Angebot erstellen lassen. Falls das Ersatzteil nicht verfügbar ist, wird seine Produktion oder Beschaffung angestoßen, ansonsten sofort sein Versand veranlasst.

Praktisch ist auch eine hochmoderne Datenbrille, auf die man sich bei Bedarf wie auf einen PC einfach zuschalten kann. So zeigt der beim Kunden vor Ort tätige Servicetechniker während eines Telefonats mit dem Entwickler oder anderen Experten in der Zentrale quasi live, was er sieht – und beide finden gemeinsam und schnell eine Lösung für das identifizierte Problem, ohne Zeit für Erklärungen zu verlieren.

Die Steuerung ist das A und O in der Kommunikation zwischen Maschine, Mensch und Peripherie. Von Vorteil ist, wenn die Robotersteuerung über die gleiche Philosophie und Bedienoberfläche verfügt wie die Maschine. Foto: Arburg
Die Steuerung ist das A und O in der Kommunikation zwischen Maschine, Mensch und Peripherie. Von Vorteil ist, wenn die Robotersteuerung über die gleiche Philosophie und Bedienoberfläche verfügt wie die Maschine. Foto: Arburg
Condition Monitoring – vorausschauende Wartung

Um unproduktive Zeiten auf ein Minimum zu reduzieren, wird das Condition Monitoring von Maschine und Peripherie weiter an Bedeutung gewinnen. Dabei erfasst die Sensorik automatisch den Zustand und Verschleiß einzelner Maschinen­elemente. Denn dieser hängt nicht allein von den geleisteten Betriebsstunden ab, sondern auch von der tatsächlichen Beanspruchung der Maschine und ist beispielsweise bei einer High-Speed-Anwendung deutlich höher als beim technischen Spritzguss.

Ein Kugellager wird zum Beispiel auf Parameter wie Temperatur und Geräusch überwacht und meldet sich von selbst, sobald 90 % seiner Lebensdauer überschritten sind. So bleibt noch genügend Zeit für die Bestellung des Ersatzteils und die Einplanung seines Einbautermins bei geplantem Maschinenstillstand. Anstatt also Bauteile in präventiver Instandhaltung nach vordefinierter Zeit zu wechseln oder aber erst nach deren Ausfall, wird genau dann getauscht, wenn dies tatsächlich erforderlich ist.

Virtuelle Inbetriebnahme über moderne Schnittstellen

Flexibel automatisierte Fertigungszellen werden immer komplexer. Sie umfassen eine oder mehrere Maschinen, Robotsysteme sowie etwa Qualitäts­sicherungstools und andere Peripheriegeräte verschiedener Hersteller. Um eine reibungslose Inbetriebnahme zu ermöglichen, wird die Installation solcher Anlagen vorab simuliert.

Beim PC hat die kabellose Kommunikation über WLAN und Bluetooth schon lange eine mühsam zu installierende Treibersoftware für Drucker oder Maus abgelöst. Genauso werden moderne Schnittstellen dafür sorgen, dass sich Spritzgieß­maschine, Robotsysteme und Peripherie beim Verbinden gegenseitig erkennen und Daten austauschen sowie Parameter setzen – ein wichtiger Schritt zur Selbstkonfiguration von komplexen Systemen.

Foto: DFKI
Foto: DFKI

Augmented Reality
Erweiterte Realität, Augmented Reality genannt, gewinnt in Zukunft an Bedeutung. So können digitale Handbücher, die über eine Datenbrille – Experten wie das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) sprechen dabei von Head-Mounted Display (HMD) – als Schritt-für-Schritt-Anleitung direkt ins Sichtfeld des Benutzers eingeblendet werden, vereinfachen und beschleunigen Wartungs-, Reparatur- oder Installationsarbeiten an Produktionsanlagen. Sie erläutern vor Ort präzise und anschaulich die einzelnen Arbeitsschritte, sind jederzeit wieder abrufbar, verringern so das Sicherheits­risiko des Arbeitenden und tragen zu einem einwandfreien Ergebnis bei.

Spritzgießen und additive Fertigung kombiniert

Die additive Fertigung hat die Nische der Proto­typen verlassen. Jetzt geht es um die Produktion von funktionellen Investitions- und Gebrauchs­gütern. Auch die Kombination von Spritzgießen und additiver Fertigung gewinnt weiter an Bedeutung, um dem steigenden Bedarf nach kleinen Stückzahlen und individualisierten Kleinserien oder Einzelteilen gerecht zu werden. Dies wird bereits seit einiger Zeit in der Medizintechnik oder im Flugzeugbau genutzt. Weitere Einsatzfelder sind Kleinserien in der Automobilproduktion und im Schiffbau, in der Schmuck- und Modebranche, bei Schreibgeräten und Sportartikeln sowie im Modellbau und in der Ersatzteilversorgung.

Condition Monitoring: Ein Vakuum­erzeuger erfasst permanent die Daten, die Rückschlüsse auf Leckagen, Verschmutzungen und Verschleiß geben und dem Bediener frühzeitig einen möglichen Systemausfall melden. Foto: Arburg
Condition Monitoring: Ein Vakuum­erzeuger erfasst permanent die Daten, die Rückschlüsse auf Leckagen, Verschmutzungen und Verschleiß geben und dem Bediener frühzeitig einen möglichen Systemausfall melden. Foto: Arburg

Kunststoffverarbeiter haben das große Potenzial von kundenidividueller Massenproduktion erkannt. So lassen sich durch eine Kombination von Spritzgießen, additiver Fertigung und Industrie-4.0-Technologien in Serie produzierte Bauteile geschickt anpassen, um daraus ganz besondere, individuelle Produkte in Kleinserie oder Losgröße eins anzufertigen. Online getätigte Kundenwünsche werden direkt in die Wertschöpfungskette eingebunden. „Product on Demand“ oder „Design by your own“ lauten die Schlagworte dazu. Der Kunde bestellt also eine individuell online konfigurierte Funktionalität oder sein eigenes Design direkt beim Produzenten, der dadurch zum Direktvertreiber wird. Trotz Individualisierung ist der Preis akzeptabel, da eine Handelsspanne entfällt. So ergeben sich durch Smart Factory, Smart Machine und Smart Part ganz neue Geschäftsmodelle.

Heinz Gaub, Geschäftsführer Technik bei Arburg

 

Anlaufbild: Arburg