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Der Betriebsleiter 10/2017

Der Betriebsleiter 10/2017

01 02 Manufaktur wird

01 02 Manufaktur wird digitalisiert Montage von Kernspinresonanz-Spektrometern mit Werkerführung und Positionserkennung Bruker Biospin stellt an seinem Schweizer Standort Kernspinresonanz-Spektrometer her. Bis vor kurzem wurden die Magneten im Inneren der Geräte von jeweils zwei Mitarbeitern manuell an der hierfür vorgesehenen Bodenplatte montiert. Um mehr Sicherheit und Ergonomie in den Prozessschritt zu bringen, verwendet Bruker nun ein elektronisches Schraubsystem mit Werkerführung von Atlas Copco für die Montage. Zentraler Kern der Messgeräte, mit denen Forschungslabore, Hochschulen und Institute die Zusammensetzung von Stoffen analysieren, sind in mehreren Kreisen angeordnete Magnete. „Vereinfacht kann man sagen, sie versetzen die Probe, die im Zentrum der Magnetkreise platziert wird, in Schwingung“, erklärt Sandor Karsai, Abteilungsleiter für Magnetmontage. „Anhand der elektromagnetischen Signale der einzelnen Moleküle oder Atome können die Anwender die Inhaltsstoffe der Probe bestimmen.“ Bei den Magneten, die mit 20 bis gut 100 Schrauben auf einer passenden Bodenplatte montiert werden, können im Betrieb seit- liche Kräfte entstehen. Damit sind diese Schraubverbindungen mindestens funktionskritisch und müssen halten. „Bis vor kurzem haben wir die Magnete mit einem Drehmomentschlüssel manuell an die Bodenplatte geschraubt“, berichtet Sandor Karsai. Für die Montage seien jeweils zwei Mitarbeiter nötig gewesen, von denen einer die Schrauben anzog und der andere das Werkstück gegenhielt. „Eine erste Verbesserung haben wir mit einer Haltevorrichtung erreicht, aber trotzdem brauchten wir zur Qualitätssicherung via Vier-Augen-Prinzip immer noch zwei Mitarbeiter.“ Im vergangenen Jahr wurde die Station dann komplett umgebaut und mit einem halbautomatischen Schraubsystem plus Visualisierung von Atlas Copco Tools verschlankt. Jetzt ist für diese Montage nur noch ein Mitarbeiter nötig. Er zieht die Schrauben mit einem elektronisch gesteuerten Schraubwerkzeug, einem Tensor ST, sehr komfortabel und prozesssicher an. Arbeitsplatz jetzt ergonomischer gestaltet Der Arbeitsplatz sieht heute ganz anders aus als früher: Kurt Rusch, Projektleiter bei Bruker Biospin, hat ein stabiles Podest konzipiert, eine Art Werkbühne, auf der runde Lochmuster-Scheiben mit einem Durchmesser von maximal einem Meter angebracht sind. Auf diesen Vorlagen werden die zu montierenden Bodenplatten mit ein paar Schrauben fixiert. „Der Mitarbeiter sitzt jetzt ergonomisch auf einem Drehstuhl unter der Vorrichtung und sieht auf einem Monitor ein Abbild der gesamten Bodenplatte. Welche Schraubstelle als nächste dran ist, wird ihm farblich angezeigt“, sagt Rusch. Er muss nur noch die Schraube auf den Bit setzen und das Werkzeug an die Schraubstelle heranführen. Der Monitor ist nebst Drehmomentarm mit Positionserkennung, dem Tensor- Schrauber und einer Power-Focus-Steuerung von Atlas Copco Tools an der Mittelsäule des Podests angebracht. „Die ganze Station ist somit um die vertikale Achse schwenkbar“, sagt Kurt Rusch und führt vor, wie das Schraubsystem unter die verschiedenen Bodenplatten geschwenkt werden kann. Der Tensor am Positionierarm kann fast gewichtlos an die Schraubstelle manövriert werden. „Ein leichter Andruck genügt, um die Schraube mit dem korrekten Drehmoment anzuziehen.“ Derzeit liegen acht Musterscheiben nebeneinander auf der Bühne, auf denen die passenden Bodenplatten nacheinander bearbeitet werden können. Mit jeder Musterscheibe können mehrere Spektrometer- Varianten gefertigt werden. Schraubsystem erkennt alle Bedienungs- und Materialfehler Dass die Magnete in der korrekten Position gehalten werden, stellen wiederum die rund 50 000 Schrauben sicher, die jährlich an der neuen Arbeitsstation montiert werden. Auch wenn die Montage jetzt wesentlich schneller geht und weniger Manpower benötigt, stand bei der Entscheidung für das gesteuerte Schraubsystem vor allem die Prozesssicherheit im Vordergrund, betonen die beiden Fachleute Rusch und Karsai. Zwar hätten die Mitarbeiter durch das Signieren der erfolgten Montage Verantwortung übernommen. „Aber jeder Mensch kann Fehler machen“, sagt Rusch. „Bei so 10 Der Betriebsleiter 10/2017

MONTAGE- UND HANDHABUNGSTECHNIK 03 vielen Schrauben kann man schon mal eine vergessen. Und auch die Schrauben selbst können fehlerhaft sein, was man mit bloßem Auge nicht erkennen kann. All diese Fehler werden jetzt durch die neue Schraubstation ausgeschlossen.“ Wenn es beim Gewinde zum Beispiel Qualitätsprobleme gebe, es schlecht geschnitten oder beschädigt sei, würde dies uch wenn die Montage jetzt A wesentlich schneller geht und weniger Manpower benötigt, stand bei der Entscheidung für das gesteuerte Schraubsystem vor allem die Prozesssicherheit im Vordergrund. Vergessene oder fehlerhafte Schrauben – all diese Fehler werden durch die neue Schraubstation ausgeschlossen. Kurt Rusch, Projektleiter bei Bruker Biospin sofort vom Schraubsystem erkannt. Selbst geringfügigste Längenunterschiede würden detektiert. Das sei besonders wichtig, weil zu lange Schrauben die Magneten beschädigen könnten. Oder es könnte sich das Magnetfeld ändern, was erst beim Schlusstest bemerkt würde. Man müsse außerdem sicherstellen, dass jeweils Unterlegscheiben mit montiert werden. Auch etwaig verschmutzte Gewindegänge werden nun von der Steuerung erkannt und als Fehler detektiert, erklärt Rusch. Steuerung zählt mit und gibt Reihenfolge vor Die Steuerung zählt jeden Gewindegang und jede Schraube mit, so dass keine mehr vergessen wird. Und sie hält die Mitarbeiter per Visualisierung zu einer vorgegebenen Reihenfolge an. „Wir können nur jeweils die Schraubstelle bearbeiten, die gerade am Monitor angezeigt wird“, erklärt Karsai und 01 Ein halbautomatisches Schraubsystem plus Visualisierung von Atlas Copco Tools bringt die Digitalisierung in die Montage der Kernspinresonanz-Spektrometer bei Bruker Biospin 02 Der Mitarbeiter sitzt jetzt ergonomisch auf einem Drehstuhl unter der Vorrichtung und sieht auf einem Monitor ein Abbild der Bodenplatte Schraubstellen 03 Welche Schraubstelle als nächste dran ist, wird farblich auf dem Monitor angezeigt zeigt auf den Bildschirm. Dort ist die jeweils nächste Schraubstelle farblich markiert. Ein „Fadenkreuz“ steht für die X- und Y-Achse, in der das Schraubwerkzeug zur Schraubstelle geführt werden muss. „Es ist eigentlich nicht mehr möglich, einen Fehler zu machen.“ Zwar könnten die Mitarbeiter die falsche Schraube auf den Bit setzen – denn eine automatische Schraubenzuführung haben die Fachleute nach gründlicher Analyse des Arbeitsplatzes als zu aufwendig abgelehnt. Das System würde aber auch diesen Fehler erkennen. Die Lösung von Atlas Copco sei auch deshalb ideal, weil der Automatisierungsgrad genau zu den Anforderungen von Bruker Biospin passe. Der Faktor Mensch sollte zwar weniger Einfluss erhalten, aber nicht wegfallen. Inzwischen beherrschen alle Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen die Bedienung der neuen Montagestation. „Das Einlernen geht sehr einfach und schnell“, betont Karsai. Alle Mitarbeiter haben die Station gut angenommen, denn die Montage ist jetzt wesentlich ergonomischer. „Im Zentrum des Spektrometers, wo sich die höchste Kraft entwickelt, müssen die Schrauben mit Drehmomenten von etwa 40 Newtonmetern angezogen werden“, sagt Kurt Rusch. „Da ist das Anziehen mit dem Tensor am Positionierarm deutlich komfortabler als früher die manuelle Montage mit physischem Gegenhalten.“ In der Peripherie reichten Drehmomente ab 9 Nm aus. In der Steuerung hat Sandor Karsai die unterschiedlichen Drehmomente pro Schraubstelle hinterlegt. So kann der jeweilige Mitarbeiter immer sicher sein, dass er mit dem richtigen Moment verschraubt. Die Software wurde von Atlas Copco erstellt. Die Schraubtechnik-Experten haben bei Bruker auch die Mitarbeiter geschult. Sandor Karsai übernimmt nun die Programmierung der Schraubstellen, wenn neue Spektrometer ins Programm aufgenommen werden. „Für 100 Schraubstellen ist ungefähr ein halber Tag Programmierzeit nötig“, sagt der Abteilungsleiter. „Dass wir flexibel sind und neue Produkte jederzeit dazu nehmen können, war uns bei der Auswahl der Schraubstation wichtig“, betont Karsai. Dokumentation in SQL-Datenbank Ein paar Monate nach der Inbetriebnahme der Station schafften die Schweizer die Software ToolsNet 4000 von Atlas Copco an. Nun können alle Schraubdaten zur Dokumentation manipulationssicher digital in einer SQL- Datenbank abgelegt werden. „Damit können wir nachweisen, dass bei der Auslieferung alle Verbindungen in Ordnung waren. Das kann im Falle von Produkthaftungsfragen wichtig werden“, weiß Kurt Rusch. Mit ToolsNet 4000 kann Bruker den Montageprozess außerdem besser überwachen, analysieren und optimieren. Das Programm sammelt die Produktionsdaten und liefert eine vollständige Übersicht über alle Montageprozesse. Jede einzelne Verschraubung wird dokumentiert, so dass jederzeit die Kontrolle über die Endprodukte gewährleistet ist und gleichzeitig die Möglichkeit besteht, den Schraubprozess zu optimieren. Zudem hat Bruker Biospin mit Atlas Copco Tools einen Servicevertrag für drei Jahre abgeschlossen („Tool Cover“). Die gesamte Station wird also regelmäßig gewartet und gegengemessen, um zu gewährleisten, dass das System jederzeit korrekt arbeitet und die vorgegebenen Drehmomente durchweg erreicht. Digitalisierung auf den Weg gebracht „Wir gehen damit nun weg von der Manufaktur hin zur Digitalisierung“, sagt Kurt Rusch. „Die Montage der Bodenplatte haben wir als kritisch erkannt und daher als erste Priorität bearbeitet.“ Bald sollen weitere Prozessschritte bei der Herstellung der NMR-Spektrometer digitalisiert oder automatisiert werden. www.atlascopco.de Im Fokus Effizienz Sicherheit Nachhaltigkeit Der Betriebsleiter 10/2017 11

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