In der industriellen Fertigung hat sich die Digitalisierung von Planung und Einrichtung der Prozesse als enorm nützlich erwiesen. So können mittels Simulation bereits in einem frühen Stadium Abläufe und Anforderungen virtuell überprüft werden, um Effizienzpotenziale zu heben. Doch auch beim Einsatz entsprechender Tools gibt es noch Optimierungsmöglichkeiten.
Maschinen, die flexible Anwendungen ermöglichen, sowie stationäre und mobile Roboter haben in den vergangenen Jahren immer mehr Aufgaben in den Produktionshallen übernommen. Doch der Faktor Mensch ist nach wie vor unverzichtbar. Denn manche Tätigkeiten können Facharbeiterinnen und -arbeiter schneller und zuverlässiger ausführen als ein mechanisches Pendant. Manchmal erweist sich auch eine Aufgabenteilung als effizientestes Verfahren – Stichwort Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK).
Genau wie rein automatisierte Abläufe müssen auch die Prozesse, die ganz oder teilweise auf manuellen Tätigkeiten beruhen, auf ihre Effizienz und mögliche Probleme überprüft werden. Ergonomische Arbeitsplätze und intuitive Human-Machine-Interfaces (HMI) gehören ebenso zu den Einflussfaktoren wie die Taktung vor- und nachgelagerter Prozesse, wie der Materialversorgung, der Geschwindigkeit eines Montagebandes oder der Zyklen einer Intralogistik, beispielsweise mittels Fahrerloser Transportsysteme (FTS).
Simulation manueller Prozesse
Das Mittel der Wahl sind Tools für die Entwicklung simulativ abgesicherter Produktionsprozesse für die Bereiche Ergonomie und Prozesszeit. Sie tragen dazu bei, eine optimale Nutzererfahrung und sichere Produktionsumgebung zu gewährleisten.
Die Experten der EDAG Group haben umfangreiches Know-how in der Digitalisierung und Simulation von Industrieproduktionen – sowohl bei Anlagen wie bei Prozessen – aufgebaut. Dafür nutzen sie ein umfangreiches Portfolio von Software-Anwendungen. Für die Simulation manueller Prozesse in der Produktion setzt man beispielsweise auf den emaWD des Anbieters imk Industrial Intelligence aus Chemnitz.
Die Software dient der ganzheitlichen Arbeitsplatz- und Prozessgestaltung. Dazu werden Arbeitsumgebung und zu bearbeitende Werkstücke in digitale Repräsentanten überführt sowie der gesamte manuelle Prozess in seinen einzelnen Arbeitsschritten modelliert. Auf diese Weise lassen sich manuelle Tätigkeiten sowie Mensch-Roboter-Systemabläufe visualisieren und komplette Fertigungs- und Montageprozesse in 3D simulieren, um sie auf Ergonomie zu überprüfen und alle Prozesse abzusichern.
Effiziente Datenerfassung
Die Erfassung der dazu nötigen Daten kann jedoch sehr aufwändig sein, wie etwa Maße und Position aller Objekte der Arbeitsumgebung – seien es Regale, Vorratsbehälter, Arbeitsflächen oder -werkzeuge, ebenso die Informationen zu den verschiedenen Bewegungsabläufen. Der emaWD verfügt deshalb unter anderem über eine Excel-Importschnittstelle sowie eine standardisierte mehrseitige Excel-Dokumentvorlage, die als „ema Wizard“ die Datenerfassung ein Stück weit vereinfacht.
Der Datenimport mittels ema Wizard reduziert den Aufwand zur Vorbereitung der Prozess-Simulation.
Doch damit nicht genug: Der ema Wizard wiederum kann mittels programmiertem Skript befüllt werden, so dass strukturierte Daten automatisiert übernommen werden können, etwa aus Excel-Listen oder aus 3D-Planungstools, wie beispielsweise aus den CAD-Systemen von Bentley Systems (MicroStation), Dassault Systèms (Delmia, Catia V5) oder Autodesk (Inventor). Bei EDAG erstellt man entsprechende Skripte passend zur jeweiligen Anwendung, wobei auch die manuelle Dateneingabe vereinfacht wird, indem eine intuitive Maske die benötigten Informationen abfragt, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist:
Eingabemaske für den beschleunigten Simulationsaufbau
Und so funktioniert das dargestellte Beispiel:
(1) Eine neue Datei wird auf Basis der hier eingegebenen Grundinformationen erzeugt.(2) Nur für die Stationsanzahl, die innerhalb der Simulation berücksichtigt werden soll, werden die einzelnen Eingabefelder der Stationen freigeschaltet.
(3) Zusätzlich kann in diesem Bereich die Angabe des Kunden getroffen werden.
(4) Hier wird im mittleren Feld für jede freigeschaltete Station eine Werkeranzahl zwischen 0 und 9, eine Auswahl ob ein Roboter innerhalb der Station vorhanden ist sowie die Bezeichnung der jeweiligen Station angegeben. Über die Stationsbezeichnung wird eine Verknüpfung zu den Dateien der Logistik und des Layouts hergestellt.
(5) Die optionalen Ordner sind Strukturelemente, die nicht in jedem Projekt Verwendung finden.
(6) Die Auswahl bzgl. den „Logistics / Facilities“ kann anschließend einmal über die generelle Anwahl der einzelnen Komponenten und bei den Paletten noch zusätzlich über eine Angabe der Anzahl erfolgen.
(7) Als letztes muss noch eine Angabe über die Ebenen- und KLT-Anzahl pro Ebene getroffen werden. Dabei hat das Programm jedoch eine Standard-Voreinstellung, die die meisten Projekte bzw. Racks abdeckt.
Die Eingaben werden nach der Bestätigung automatisch auf das notwendige Excel-Format gebracht und können über den Wizard im emaWD importiert werden. Weitere Informationen aus den Bereichen Logistik, Layout sowie Prozess werden zuvor über separate Excel-Listen, dazu Bauteildaten sowie zusätzliche Standardbauteildaten in einem speziellen Geometrie-Ordner bereitgestellt.
Aussagekräftige Ergebnisse
Auf der Basis dieser Daten können dann manuelle Prozesse in der Produktion realitätsnah simuliert werden. Die Erkenntnisse aus dem virtuellen Produktionsablauf tragen vielfältige Früchte. So lassen sich in der frühen Konzeptplanung sowie der anschließenden Detailplanung Potenziale für mehr Effizienz und Ergonomie entdecken und heben, wie beispielsweise mögliche Engpässe, lange Wege für Werker oder ihre mangelnde Auslastung. Die automatisch generierten Ergonomiebewertungen entsprechen den Standards NIOSH und EAWS, ebenso werden Risikobereiche nach DIN EN ISO 13851 visuell angezeigt, so dass die Arbeitsplatzgestaltung schnell optimiert werden kann.
Mit der Anwendung können sowohl manuelle wie automatisierte und Roboter-gestützte Prozesse validiert und abgesichert werden. Der emaWD ermittelt zudem die Zykluszeit eines definierten Prozesses entsprechend dem MTM-UAS-Verfahren, die entscheidend zur Bewertung der Effektivität einer Produktionslinie ist.
Die erhobenen Daten und ermittelten Ergebnisse lassen sich zudem in weiteren Tools und Anwendungen nutzen, zum Beispiel um die Benutzerführung zu optimieren, Betriebsabläufe zu monitoren und anzupassen, virtuelle Trainings zu ermöglichen oder auch AR/VR-Anwendungen (Augmented/Virtual Reality) zu entwickeln. So bettet sich die Anwendung in eine zunehmend digitale Entwicklungs- und Betriebsumgebung ein, in der alle Strukturen, Prozesse und Abhängigkeiten gesamtheitlich betrachtet werden.
Planungsprozess auf Basis einer digitalen Tool-Landschaft
Fazit
Die Vorzüge der digitalen Planung sind unbestritten. Sie bietet Zeitersparnis durch verkürzte Planungszeit, Kosteneffizienz durch optimierte Prozesse und bessere Ressourcennutzung, verbesserte Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Planungen und Prognosen, Transparenz und Nachvollziehbarkeit von Entscheidungen und nicht zuletzt eine höhere Flexibilität, da die digitale Planung eine schnellere Anpassung an sich ändernde Anforderungen ermöglicht.
Umso wichtiger ist es, diese Vorteile nicht nur im Umfeld von Maschinen und Robotern zu nutzen, sondern auch beim Einsatz der Werker. Mit dem Einsatz geeigneter Tools und dem nötigen Know-how bleibt der Aufwand überschaubar.
Befassen auch Sie sich mit der Simulation manueller Prozesse in der Produktion oder suchen Anregungen, wie sich in diesem Bereich Effizienzpotenziale heben lassen? Dann sprechen Sie mit unserem Experten Philipp Hummel, Senior Manufacturing Engineer bei EDAG PS. Oder laden Sie sich unser Whitepaper „Digitale Produktions- und Logistikplanung als Schlüssel zur zukunftssicheren Produktion“ herunter. Hier finden Sie Informationen zum emaWD und weiteren Softwaretools und wie sie dabei helfen, Fabrikprozesse zu optimieren und auch in Zukunft flexibel und skalierbar zu halten. 
