Effizienzpotenziale heben durch laserbasierte Montage-Assistenz für den Schaltschrankbau

Durch Digitalisierung lassen sich in der Fertigung und Montage von Schaltschränken erhebliche Effizienzsteigerungen erzielen. Laserbasierte Montage-Assistenzsysteme können Teil einer Digitalisierungsstrategie sein. Insbesondere für kleinere und mittlere Betriebe sind sie eine schnell einsetzbare Lösung, um Prozesskosten zu reduzieren. Mit einer laserbasierten Montage-Assistenz können KMU bereits heute mit überschaubarem Aufwand eine Low Cost Automation Lösung für den Schaltschrankbau 4.0 realisieren.

Low Cost Automation Lösung für den Schaltschrankbau

Im Schaltschrankbau beträgt der Prozesskostenanteil bis zu 80 Prozent. Insbesondere die Beschriftung und das Aufbringen der Komponenten auf die Tragschienen sowie die Verdrahtung sind zeit- und personalintensiv. Laut der ISW Studie ‚Schaltschrankbau 4.0‘ entfallen allein 49 Prozent der Arbeitszeit auf das Verdrahten der Schaltschränke. Davon sind circa 30 Prozent reine Vorbereitungsaufgaben. Hinzu kommt eine hohe Varianz der Komponenten und Schaltschrankkonfigurationen. So gaben über 60 Prozent der befragten Unternehmen einen hohen Sonderanteil an. Bisher ist der Schaltschrankbau jedoch wenig digitalisiert und papierbasierte Methoden sind nach wie vor weit verbreitet. Die wirtschaftliche Umsetzung einer Automatisierungslösung ist eine vielschichtige Herausforderung für viele Betriebe.

Zeitersparnis rentiert sich speziell für KMU

Die laserbasierte Montage-Assistenz stellt im Gegensatz zur Vollautomatisierung eine Low Cost Automation Lösung dar. Diese kann den hauptsächlich manuellen Prozess der Schaltschrankfertigung effizienter gestalten, ohne dabei den Menschen zu ersetzen. Vielmehr werden Monteure visuell unterstützt, zeitintensive Montagevorgänge sicherer und schneller auszuführen. Speziell in Betrieben mit 10 bis 50 Mitarbeitern und mit einem hohen Anteil an manuellen Montagetätigkeiten kommen die Effekte zum Tragen. Durchschnittlich sind Effizienzsteigerungen von bis zu 30 Prozent möglich. Die Lösung unterstützt somit auch kürzere Lieferzeiten, selbst bei niedrigen Losgrößen, ganz im Sinne der Industrie 4.0.

Schnellere Schaltschrankmontage dank digitaler Daten

Genau hier setzt das laserbasierte Montage-Assistenzsystem ASSEMBLY PRO an. Es kann für die Fertigung und Montage von Klemmenkästen, Kompaktschränken und Standschränken eingesetzt werden. Das System nutzt Laserprojektionsdaten, die auf digitalen CAD-Daten basieren. Laserprojektoren projizieren diese direkt auf die Montageplatte und zeigen so die genaue Position von Komponenten und die Reihenfolge der Verbauung an. Ergänzend können digitale Montageanweisungen und Zusatzinformationen als Text oder Grafik dargestellt werden.

Speziell unterstützt ein laserbasiertes Montage-Assistenzsystem folgende Arbeitsschritte:

• Mechanische Vorbereitung des Schaltschrankes und der Schaltschrankplatten, Anzeige der Bohrschablone
  Bohrlöcher für Klemmenleisten und Kabelkanäle werden exakt auf der Montageplatte angezeigt. Das aufwendige Anzeichnen des Bohrbildes oder das Arbeiten mit Schablonen entfallen.
• Darstellung der Länge und Position von Kabelkanälen und Klemmleisten
  Bei der Konfektionierung der Kabelkanäle und Hutschienen werden die richtige Länge und Position der Hutschienen direkt auf die Montageplatte projiziert und dem Monteur visualisiert.
• Anzeige der Montagepositionen von elektrischen Komponenten
  Durch die Anzeige der Montageposition auf der Klemmenleiste erspart sich der Monteur den Blick in seine Fertigungsunterlagen. Die Bauteilposition wird passgenau mit dem Hinweis auf die Art des Bauteiles und die Betriebsmittelkennzeichnung auf der Montageplatte dargestellt.
• Projektion von Verdrahtungsinformationen
  Die Darstellung von Routinginformationen unterstützt die zeitaufwendigste Tätigkeit im Schaltanlagenbau.
• Betriebsmittelkennzeichnung und Aufbringen von Typenschildern / Labels
  Bis zu 9 Prozent der gesamten Fertigungszeit wird laut ISW Studie für die Kennzeichnung aufgewendet. Durch das Laser-Assistenzsystem entfällt die Notwendigkeit, die einzelnen Positionen in einer papierbasierten Dokumentation nachzuschlagen.

4 Schritte zur Umsetzung eines laserbasierten Montage-Assistenzsystems
Ein laserbasiertes Montage-Assistenzsystem lässt sich mit überschaubarem Aufwand installieren und implementieren. Voraussetzung für die Einführung eines Systems ist, dass E-Pläne als CAD-Dateien
vorliegen. Die Bearbeitung der originären CAD-Dateien kann in jedem gängigen CAD-Programm mit dem Austauschformat dxf erfolgen. 2D-CAD-Vorlagen reichen bereits aus, um gute Ergebnisse zu erzielen. Für das preisgünstige CAD-Programm Rhinoceros 3D stellt LAP außerdem ein kostenfreies Plug-in zur Verfügung, welches den Prozess der Arbeitsablauf- und -systemsteuerung unterstützt.

Rentabilität

Laut der ISW Studie Schaltschrankbau 4.0 bieten die mechanische Bestückung und die Verdrahtung ein großes Optimierungspotenzial, da auf diese Arbeitsschritte rund 75 Prozent der benötigten Arbeitszeit entfallen. Zusätzliche 14 Prozent der Arbeitszeit nehmen die mechanische Bearbeitung und Prüfung in Anspruch. Dabei können die Arbeitsschritte der elektrischen Bestückung und Verdrahtung am meisten von einer Digitalisierung, beispielsweise in Form einer visuellen Anzeige, profitieren. In diesem Bereich geht knapp ein Drittel der Arbeitszeit durch das Lesen von Dokumenten verloren. Nach der Analyse des ISW könnte eine digitale Dokumentenmappe den Rechercheaufwand um bis zu 81 Prozent reduzieren. Durch den durchgängigen Einsatz eines laserbasierten Montage-Assistenzsystems lassen sich während der kompletten Schaltschrankfertigung Einsparungen erzielen. So kann eine Zeitersparnis von bis zu 30 Prozent erreicht werden. Ein typisches ASSEMBLY PRO System kann sich somit bereits nach nur 25 Schaltschränken rentieren.

Der Mensch im Fokus

Die laserbasierte Montage-Assistenz ist eine Lösung für die Low Cost Automatisierung, welche die Effizienz und Prozesssicherheit in manuellen Fertigungsprozessen steigert. Sie kann als Teil einer Digitalisierungs-Strategie in der Industrie 4.0 eingesetzt werden. Als digitale Lösung unterstützt sie Mitarbeiter in der Ausübung ihrer täglichen Tätigkeiten und reduziert den Zeitaufwand bei der Ausführung. Sie stellt den Menschen in den Fokus, der mit seiner Erfahrung, seinen Problemlösungsfähigkeiten und seiner Flexibilität ein wesentlicher Bestandteil wandlungsfähiger Fertigungsprozesse von heute und morgen ist.

Dieser Fachbeitrag ist erschienen in der Ausgabe: SCHALTSCHRANKBAU 5 / 2018
Autoren: Dipl.-Ing. Patentingenieur Ralf Müller-Polyzou, Promovend Institut für Produkt- und Prozessinnovation PPI Leuphana Universität Lüneburg und B. Eng. Steffen Gärtner, Produktmanager, LAP GmbH Laser Applikationen.