24-Stunden-Rennen

Transportsysteme - Rafi, ein Spezialist für die Mensch-Maschine-Kommunikation in Ravensburg, hat den internen automatischen One Piece Flow mit dem intelligenten Transportsystem Servus realisiert.

05. September 2008

Vor 100 Jahren avancierte der Elektrotechniker Raimund Finsterhölzl vom leitenden Mitarbeiter des Instituts für Elektrotechnik, Optik & Mechanik in Ravensburg zu dessen Inhaber. Und er zeigte dies stolz durch dessen Umbenennung an: Die beiden ersten Buchstaben seines Vor- und Zunamens stehen bis heute als Markenzeichen für elektromechanische und elektronische Bauelemente zur Mensch-Maschine-Kommunikation sowie für Bedien-, Steuerungs- und Kommunikationssysteme. Nach siebenjähriger Zugehörigkeit zur Hoesch AG (später Krupp-Hoesch) übernahm 1994 eine Gruppe privater Investoren Rafi. An ihrer Spitze: Albert Wasmeier, Gründer und Inhaber der Alwa GmbH, eines Formenbauers in Deißlingen. Er und Dipl.-Kfm. Gerhard Schenk führen das Traditionsunternehmen auch heute noch.

Unter ihrer Ägide ist dank kluger Akquisitionen und des Ausbaus der Produktpalette der Umsatz von 67 auf 365 Millionen Euro gewachsen, und die Belegschaft der Rafi-Gruppe von 730 auf 1.840 Mitarbeiter. Zu deren Kunden zählen Unternehmen aus der Fahrzeugindustrie, der Telekommunikation, dem (Sonder-)Maschinen- und Steuerungsbau sowie Hersteller von medizinisch-technischen Geräten und von solchen für Haushalt und die unterschiedlichsten Gewerbe. Für sie werden im Rafi-Stammwerk in Berg, einem Stadtteil von Ravensburg, kundenspezifische Bauelemente und Eingabesysteme, Tastaturen und Panels, Boards und Geräte zur Steuerung von (unter anderem) Maschinen- und Fahrzeugfunktionen, von Haus- und Messgeräten und – last, but not least – Datenschnittstellen für alle gängigen Bussysteme inklusive Internetkommunikation über DSL und ISDN gefertigt. Auftragsbezogen.

»Allerdings«, erklärt Dipl.-Ing. Peter Zimmermann, Bereichsleiter Produktion bei Rafi, »haben wir unsere Leiterplatten jahrelang von Station zu Station gefertigt, quasi ›aus der Box in die Box‹. Dies verlängerte die Durchlaufzeiten unnötig, obwohl alle Aufträge zeitoptimal eingelastet wurden, und machte Zwischenpuffer für halbfertige Baugruppen erforderlich. Zudem kam es hin und wieder auch vor, dass erst bei der Endprüfung festgestellt wurde, dass man einen Serienfehler mitgeschleppt hatte. Im Prüffeld türmten sich dann Leiterplatten und Baugruppen, die manuell nachgearbeitet werden mussten.«

Hier war also akuter Handlungsbedarf gegeben. Geschaffen werden sollte ein durchgängiger Fertigungsfluss zwischen fünf vollautomatischen Wellenlötanlagen und dem Prüffeld. Die Ziele dabei waren es, zeitnah Aussagen darüber zu bekommen, ob die gefertigten Teile i.O. oder n.i.O. sind, um so ohne jeden Zeitverzug Fehlerursachen abzustellen. Außerdem sollten die Zwischenpuffer künftig entfallen und In-Line-Prüfungen möglich sein. Dieses neue Fertigungskonzept bedingte zugleich eine neue Materialflusslösung. Sie sollte, entsprechend den stark schwankenden Stückzahlen, die die Kunden ordern, einen One Pice Flow ermöglichen, ausfallsicher sein und selbstredend preisgünstig.

Ein Rafi-Ingenieur, der bereits einige Automatisierungsprojekte im Hause entwickelt und realisiert hatte, wurde 2006 mit der Aufgabe betraut, die am Markt verfügbaren Intralogostik-Lösungen zu analysieren. Fündig wurde er bei Servus Robotics, einem Unternehmen der Heron-Gruppe aus dem österreichischen Dornbirn, das ein Jahr zuvor sein gleichnamiges Transportsystem auf den Markt gebracht hatte. Dieses erwies sich in einer Projektstudie als das Optimale für die Anforderungen der Ravensburger. »Eigentlich«, gesteht Rafi-Geschäftsführer Albert Wasmeier, »stehen wir nicht als Pilotkunde für neue Betriebsmittel zu Verfügung. Erfahrungsgemäß sind die oftmals noch mit Kinderkrankheiten behaftet.

Aber nachdem auch Peter Zimmermann derart von dem Servus-System überzeugt war, hab’ ich gesagt: Wir machen das.« Eines hatten sich die Verantwortlichen bei Rafi jedoch ausbedungen: Installiert und in Betrieb genommen wird die neue Materialflusslösung ohne Unterbrechung der Produktion. Davor aber hatten erst einmal die Ravensburger zu tun: Das Prüffeld musste sein Domizil in einer neuen Halle neben der Fertigung beziehen. Die für Rafi konzipierte Materialflusslösung besteht aus zwei in sich geschlossenen Servus-Transportsystemen (Gesamtlänge 300 Meter) – eines für jede der beiden Hallen –, 25 Transportrobotern und acht etwa 30 Meter langen Fördersystemen. Diese verbinden die beiden Transportsysteme in Fertigung und Prüffeld und dienen zudem als atmende, dynamische Pufferspeicher; vier für volle Werkstückträger, drei für leere. Ein Fördersystem wird für Produktwechsel freigehalten.

Ebenfalls integriert ist an jedem Transportsystem ein Servicelift als sogenanntes Motel für jene Transportroboter, die gerade mal nicht auf Achse sind. Sah das erste Anlagenlayout noch die Transportstrecken auf Arbeitshöhe vor, reifte bei den Projektteams auf beiden Seiten bald die Entscheidung, im wahrsten Sinne des Wortes »an die Decke« zu gehen. So blieb wichtige Produktionsfläche frei und kann ihrem eigentlichen Verwendungszweck entsprechend genutzt werden. Die Verbindung zu den Arbeitsplätzen ist über 16 Be- und Entladelifte gewährleistet. Sie können in einer etwa einstündigen Umbauzeit an jeden beliebigen Punkt der Strecke versetzt werden.

Das dezentrale Servus-System muss danach nicht neu programmiert werden. Die Transportroboter orientieren sich selbstständig und reagieren völlig eigenständig auf die Veränderung. An der Strecke muss nur der INI-I/0-Stopp verschoben werden, der mit den intelligenten Transportrobotern kommuniziert. Diese wissen dadurch, welche Arbeitsstationen und Prozesse sich dort befinden und entscheiden aufgrund ihres Routings, ob sie diese für ihre Aufgabe gerade benötigen. Die Leiterplatten werden von Mitarbeitern aus den Wellenlötanlagen entnommen, sichtgeprüft, gescannt und in den Werkstückträger (WT) einlegt. Durch das Scannen werden zum einen dem zentralen Fertigungsrechner alle relevanten Daten jeder Leiterplatte mitgeteilt, und zum anderen für jede automatisch ein Fahrauftrag ausgelöst.

Das Servus-System generiert vollautomatisch die dem jeweiligen Board zugeordnete Abholposition, die Zuordnung des richtigen dynamischen Puffers und die zugeordnete Prüfplatzposition. Alle relevanten Daten sind in einer »Blackbox« gespeichert. Früher musste jeder Bediener aus dem Warenbegleitschein herauslesen, wohin er die jeweilige Charge als nächstes zu liefern hatte. Der Bediener gibt den WT per Knopfdruck frei, dieser wird automatisch in den Lift eingefahren und nach oben zur Strecke transportiert, wo bereits ein Transportroboter mit einem leeren WT wartet. Der volle WT wird aus dem Lift auf den Transportroboter hinausgeschoben, platziert und arretiert und ein leerer WT in den Lift eingeschoben. So gibt es keine Leertransporte, was die Anzahl der benötigten WT und damit die Kosten reduziert. Außerdem ist eine perfekte Ordnung garantiert.

Die Transportroboter fahren vom Beladelift zu einem der Fördersysteme, die jeweils einem bestimmten Produkt zugeordnet sind und übergeben die aufgenommenen WT. Vier unterschiedliche Leiterplattentypen können so parallel abgearbeitet werden. Die zweite Servus-Anlage im Prüffeld übernimmt die WT automatisch vom Fördersystem und fährt den anhand des Routings vorgesehenen Prüfplatz an. Die Bedienperson am Prüfplatz fordert per Knopfdruck einen Transportroboter an. Der übergibt den vollen WT an 3 den Lift und nimmt einen leeren wieder mit.

Es werden immer volle gegen leere WT ausgetauscht. Leerfahrten gibt es auch hier keine. Leiterplatten, welche die Funktionsprüfung nicht bestehen, werden mit neuen Daten versehen, von einem Transportroboter wieder abgeholt und zu den richtigen Inline-Reparaturplätzen transportiert. Energie erhalten die Transportroboter von Superkondensatoren, die sie mitführen. So können sie praktisch rund um die Uhr, an 365 Tagen im Jahr, unterwegs sein. Die Ladezeit beträgt nur wenige Sekunden. Schleifkontakte gibt es keine. Geladen wird nur dann, wenn die Transportroboter ohnehin an einer Bearbeitungsstation halten müssen. Zudem benötigt das Servus-System nur etwa ein Fünftel der Energie von traditionellen Systemen und ist gleichzeitig bis zu drei Mal schneller.

»Wir kommen aus dem Industrieanlagenbau«, erklärt Christian Beer, Inhaber und Geschäftsführer von Servus Robotics, »und haben bereits für viele Kunden Studien über den für sie jeweils optimalen Automatisierungsgrad gemacht. Und dabei stehen immer Fragen wie: Wie entwickeln sich die zu fertigenden Stückzahlen? Welche Schwankungen in der Produktion sind zu welchen Zeitpunkten zu erwarten? Mit welchen Automatisierungskonzepten ist darauf zu reagieren?« Beer und seine Mitarbeiter haben eine richtungsweisende Lösung gefunden: Der Kunde kauft die von Servus konzipierten und installierten Fahrstrecken, Lifte, Ladestationen und so weiter und least die jeweils benötigten Transportroboter. Dadurch fallen außer einem Grundbetrag Kosten nur dann an, wenn die Roboter im Einsatz sind.

Ein Umstand, den Albert Wasmeier sehr zu schätzen weiß: »Unsere Kosten sind transparenter und wir können – je nach Auftragslage – mal mehr, mal weniger Transportroboter fahren lassen. Und: Wir müssen uns nicht um Service, Wartung oder um Updates kümmern. Das macht alles Servus Robotics. Und wenn wir es wollen, auch noch Online-Diagnosen.« Monitore in der Produktionshalle und im Prüffeld visualisieren die aktuell stattfindenden Fertigungsprozesse. So erhalten die Mitarbeiter den schnellen Überblick über Produktionsschwankungen oder -engpässe sowie was im anderen Produktionsbereich abläuft und bekommen Informationen zum aktuellen Füllstand in den Pufferspeichern. Es werden sogar Trends der Produktionsprozesse dargestellt.

»Der Puffer und die Visualisierung haben sehr viel Transparenz in unsere Produktionsabläufe gebracht«, bestätigt Peter Zimmermann. »Früher aufwendige Abstimmungsprozesse zwischen Fertigung und Prüffeld sind mittlerweile auf ein Minimum reduziert, weil man ja auf einen Blick sieht, wo sich Staus aufbauen beziehungsweise wo Leerlauf ist.« Das Fazit von Albert Wasmeier fällt ebenfalls positiv aus: »Wir haben mit diesem sehr flexiblen Transportsystem die bisherigen Schwachstellen in unserer Fertigung nachhaltig beseitigt: Die Durchlaufzeiten sind von einigen Tagen auf lediglich ein paar Stunden gesunken.

Bestückungsfehler werden nicht mehr mitgeschleppt, sondern sehr schnell erkannt und repariert. Wir können sehr schnell auf variierende Abnahmemengen seitens unserer Kunden reagieren, auch was verschiedene Produkttypen anbelangt. Und die Kauf-Miet-Option schont das Budget. Anfänglich hatten wir die Amortisationszeit auf zwischen drei und fünf Jahren veranschlagt. Mittlerweile rechnen wir mit knapp zwei Jahren.«

Erschienen in Ausgabe: 04/2008