Automatisierung in der EMS-Fertigung Nicht jeder Handgriff braucht einen Roboter

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

EMS-Dienstleister bewältigen hohe Stückzahlen ebenso wie Varianten und Sonderserien. Entsprechend unterschiedlich sind die Anforderungen an Spezialanlagen, Industrieroboter und Cobots. Materialfluss, Wiederholhäufigkeit, Taktleistung und Integrationsaufwand entscheiden, welcher Ansatz sinnvoll ist und wann die manuelle Bearbeitung wirtschaftlicher bleibt.

In der Elektronikproduktion liegen hoch standardisierte und flexible Arbeitsschritte eng beieinander. SMT-Bestückung, Reflowlöten und automatische optische Inspektion folgen weitgehend festgelegten Abläufen. Vor und nach diesen Kernprozessen ändern sich die Anforderungen jedoch häufiger.

Variantenreiche Aufträge, kleine Losgrößen und Sonderbauteile erfordern regelmäßige Umstellungen. Zugleich sollen sich Investitionen innerhalb begrenzter Auftragslaufzeiten rechnen und vorhandene Fachkräfte gezielt entlasten. Die passende Lösung muss deshalb Leistung, Anpassbarkeit und kalkulierbaren Aufwand miteinander verbinden.

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Manche technisch gut beherrschbare Tätigkeit tritt zu selten auf, um eine eigene Anlage auszulasten. Viele kleine Routinen können zusammen dagegen erhebliche Kapazitäten binden, weshalb die Bewertung bei der konkreten Aufgabe und ihren Bedingungen beginnt.

Klassische Robotik übernimmt schnelle Abläufe

Industrieroboter eignen sich besonders für wiederkehrende Bewegungsfolgen mit kurzen Taktzeiten und eindeutig angeordneten Werkstücken. Sie beschicken Anlagen, handhaben Leiterplatten oder übernehmen standardisierte Prüf- und Verpackungsschritte. Bei hohen Stückzahlen kommen Geschwindigkeit, Reichweite und Traglast wirkungsvoll zur Geltung.

Voraussetzung ist ein stabiler Ablauf, der nur wenige ungeplante Eingriffe erfordert und Material zuverlässig an definierten Positionen bereitstellt. Schwankende Lagen oder unterschiedliche Geometrien erfordern zusätzliche Sensorik, Bildverarbeitung und Programmierung.

Klassische Systeme arbeiten häufig in abgegrenzten Bereichen und können dort ihre Taktleistung ausschöpfen. Die erforderlichen Schutzeinrichtungen beanspruchen allerdings Platz und beeinflussen den Materialfluss. In gewachsenen Produktionsumgebungen kann die Integration deshalb aufwendiger werden als die Roboteraufgabe selbst. Steuerung, Greifer, Zuführung und Übergabe an die nächste Station müssen als Gesamtsystem funktionieren.

Cobots passen sich wechselnden Aufgaben an

Mit wachsender Variantenvielfalt verändern sich die Anforderungen. Häufige Produktwechsel, begrenzter Raum und regelmäßige Eingriffe verlangen eine anpassbare Lösung. Für solche Bedingungen bieten Cobots einen Mittelweg zwischen fest integrierter Technik und manuell ausgeführten Tätigkeiten. Typische Einsatzfelder liegen außerhalb der hochautomatisierten Kernprozesse und umfassen Sonderbestückungen, separate Prüfstationen sowie Sortier-, Dosier- und Verpackungsaufgaben. Auch beim Leiterplattenhandling können kollaborative Roboter Fachkräfte von gleichförmigen Abläufen entlasten.

Angepasste Programme, Greifer und Werkstückaufnahmen ermöglichen den Wechsel zwischen verschiedenen Baugruppen. Die notwendige Flexibilität entsteht bereits bei der Auslegung, die alle vorgesehenen Varianten von Anfang an berücksichtigen sollte. So bleiben Umrüstzeiten und Stillstände beherrschbar. Zudem erleichtern intuitive Bedienkonzepte und assistentengestützte Software die Einrichtung. Dadurch lassen sich Abläufe ohne umfangreiche Programmierkenntnisse an neue Aufgaben anpassen und anschließend wieder prozesssicher ausführen.

Integrierte Sicherheitsfunktionen ermöglichen den Einsatz von Cobots ohne Schutzkäfig im unmittelbaren Arbeitsumfeld von Menschen. Beim D-Bot von Delta Electronics beispielsweise registriert die sensorbasierte Kollisionserkennung einen Kontakt. Die Funktion „Reflex Safety“ stoppt daraufhin die Bewegung und kehrt sie um. Für die konkrete Absicherung wird die vollständige Anwendung einschließlich Werkzeug, Werkstück und Prozesskräften bewertet.

Peripherie und Materialfluss setzen praktische Grenzen

Während die Bewegung des Roboterarms meist gut planbar ist, stellen das sichere Greifen, eine reproduzierbare Zuführung und die genaue Positionierung höhere Anforderungen. Schon kleine Abweichungen können sich auf den gesamten Ablauf auswirken.

Lose Bauteile, instabile Trays oder schwankende Lagen erhöhen den technischen Aufwand. Kamerasysteme können solche Unterschiede erkennen und ausgleichen, benötigen aber geeignete Lichtverhältnisse und zusätzliche Programmierung. Mit jeder ergänzenden Komponente steigen Investition, Inbetriebnahme und Wartungsbedarf.

Die gewünschte Autonomie beeinflusst ebenfalls die Auslegung, denn ein mehrstündiger Betrieb erfordert ausreichende Materialvorräte, definierte Ablageplätze und zuverlässige Statusmeldungen. Störungen sollten frühzeitig erkannt werden, damit der geplante Zeitgewinn erhalten bleibt. Übertrifft der erforderliche Zusatzaufwand die erwartete Entlastung, bietet die manuelle Bearbeitung weiterhin die wirtschaftlichere Wahl.

Teilautomatisierung im Praxisbeispiel

Wie eine gezielte Teilautomatisierung die Personalplanung entlasten kann, zeigt ein Projekt bei Elektron Systeme und Komponenten. Für einen Fertigungsauftrag hätten drei Mitarbeiter in der Nachtschicht eingesetzt werden müssen, was angesichts des Fachkräftemangels schwierig gewesen wäre.

Gemeinsam mit Delta erprobte Elektron deshalb die Automatisierung des betreffenden Prozessschritts. Der D-Bot wurde darauf ausgelegt, Leiterplatten außerhalb der regulären Arbeitszeit jeweils mit 68 großformatigen Kondensatoren zu bestücken. Am nächsten Morgen sollten Mitarbeiter die produzierte Menge kontrollieren und weiterverarbeiten.

Die praktische Erprobung zeigte, wie Elektron zusätzliche Fertigungskapazität gewinnen und Fachkräfte gezielter einsetzen kann. Die vorhandenen SMT-Linien und der anschließende Prüfablauf konnten dabei unverändert bleiben. Automatisiert wurde ausschließlich der gleichbleibende Bestückungsschritt, der den personellen Engpass verursacht hatte.

Die gesamte Anwendung bestimmt die Wirtschaftlichkeit

Neben dem Anschaffungspreis des Roboters sind auch Greifer, Werkstückaufnahmen, Zuführung, Steuerung, Sicherheitstechnik sowie Aufwendungen für Programmierung und Inbetriebnahme Teil der Investition. Eine realistische Kalkulation erfasst daher die vollständige Zelle über ihre geplante Nutzungsdauer.

Demgegenüber stehen eingesparte Arbeitsstunden, stabilere Takte, eine verlässlichere Schichtplanung und geringere Qualitätsschwankungen. Lässt sich das System später für weitere Produkte einsetzen, verbessert das sowohl Auslastung als auch Wirtschaftlichkeit.

Jan Zuse, Business Development Manager Robotics bei Delta Electronics EMEA, nennt dazu einen konkreten Richtwert: „Häufig reicht eine Teilautomatisierung von 50 bis 80 Prozent aus, um einen attraktiven Return on Investment zu erreichen.“

Mitarbeiter können beispielsweise Material bereitstellen oder Ausnahmefälle übernehmen, während der Cobot den zeitintensiven Hauptablauf ausführt. Bei seltenen Tätigkeiten, stark wechselnden Bewegungsfolgen, häufigen Umrüstungen oder schwer greifbaren Teilen kann Handarbeit die wirtschaftlichere Lösung bleiben.

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Der EMS-Tag gilt als eines der wichtigsten Managementtreffen der Branche, bei dem aktuelle Veränderungen, erfolgversprechende Strategien, generelle Managementfragen und wichtige technologische Entwicklungen in der Elektronikwelt analysiert und diskutiert werden. Das Programm bietet praxisorientierte Vorträge und interessante Einblicke in den EMS-Markt.

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Flexibilität wird zum strategischen Maßstab

Der Schlüssel zu einer zukunftssicheren Produktion liegt in der passenden Automatisierung. Sie richtet sich nach Stückzahlen, Varianten, Auftragsdauer und verfügbaren Fachkräften. Welche Rolle Spezialanlagen, Industrieroboter und Cobots übernehmen, ergibt sich aus den jeweiligen Bedingungen in der Fertigung.

Für EMS-Dienstleister verschiebt sich der Fokus von der reinen Taktzeitoptimierung hin zur wertschöpfenden Verteilung von Ressourcen. Unternehmen, die ihre Prozesse präzise analysieren und entsprechend ihren betrieblichen Anforderungen teilautomatisieren, begegnen zentralen Herausforderungen der Branche: Sie bewahren ihre Handlungsfähigkeit trotz des Fachkräftemangels und sichern sich die vom Markt geforderte Flexibilität. (sb)

* Jan Zuse ist Business Development Manager Robotics bei Delta Electronics EMEA.

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