Japans Geschäft mit Präzisionsblechen wächst weiter

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Wie die Einheimischen sagen, war der Berg Fuji an diesem Tag „schüchtern“, in Dunst gehüllt. Dennoch schien ihr schneebedeckter Gipfel durch, als unser Bus an diesem Morgen Mitte April durch den mit Kiefern bewachsenen Hügel oberhalb von Fujinomiya fuhr. Wir waren auf dem Weg zu Kanto Seiko, einem maßgeschneiderten Präzisionsblechhersteller auf einem malerischen Berggipfel.

Ich habe den Betrieb zum ersten Mal im Jahr 2008 besichtigt, als Hidetsugu Masuda, Vorsitzender des Unternehmens, mich zügig zwischen verschiedenen Gebäuden hindurchführte. Mittlerweile wurde die Technik erheblich verbessert, doch eines hat sich nicht verändert: eine Felsskulptur in einem kleinen Gartenstück am Firmeneingang. Darauf steht das Firmenmotto: Wer keinen Spaß am Job hat, kann das Leben nicht genießen. Es gibt keinen Platz auf der Welt für diejenigen, die nicht versuchen, sich zu verbessern. Sicher, die Übersetzung ist vielleicht etwas direkt und es fehlt ihr der inspirierende Rhythmus des japanischen Originals, aber der Inhalt klingt überall wahr (siehe Abbildung 1).

Der Besuch von Kanto Seiko war Teil einer Presseveranstaltung Mitte April, bei der The FABRICATOR und andere Vertreter der nordamerikanischen und europäischen Metallbearbeitungsmedien zum AMADA-Hauptsitz in Japan reisten. Wir bekamen einen Vorgeschmack auf Japans Präzisionsblechindustrie, die so fortschrittlich wie eh und je ist, und besichtigten das neu eröffnete AMADA Global Innovation Center (AGIC) auf dem Campus des Werkzeugmaschinenherstellers in Isehara City, südwestlich von Tokio.

Es handelt sich nicht um einen Maschinenausstellungsraum im herkömmlichen Sinne. Die Designer hinter AGIC verfolgten einen anderen Ansatz, indem sie das Visionäre mit dem Pragmatischen verschmolzen und erklärten, was neue Technologien sind und, was am wichtigsten ist, warum sie entwickelt wurden. Die Botschaft spiegelt das Motto von Kanto Seiko wider, die Arbeit angenehm zu machen und das Leben zu genießen, eine Verbesserung nach der anderen.

„Das Umfeld rund um die globale Fertigung unterliegt einem dramatischen Wandel. Zu den Themen gehören Maßnahmen zur CO2-Neutralität, automatisierte Anlagen vor dem Hintergrund des Arbeitskräftemangels, die Verarbeitung neuer Materialien und neuer Produkte sowie Produktivitätssteigerungen bei gleichzeitiger Kostensenkung.“

Das sagte Tsutomu Isobe, Vorsitzender von AMADA Co. Ltd., während einer Pressekonferenz bei der Medienveranstaltung im April. Er beschrieb eine Branche im Wandel, die mit einer Vielzahl von Ungewissheiten zurechtkommt, wenn es um Lieferketten und im Übrigen auch um den Zustand der Weltwirtschaft geht.

Seine Kommentare spiegelten auch die AGIC-Erfahrung wider, die wiederum den Zustand des Präzisionsblechgeschäfts insgesamt widerspiegelte, einem Sektor, der – wie die Werkzeugmaschinenhersteller, die ihn beliefern – mehrere Achterbahnjahre erlebt hat, in denen ein Rückgang auf ein explosionsartiges Wachstum folgte. Eine solche Umgebung erfordert große Flexibilität, um den Kundenanforderungen gerecht zu werden.

AGIC führt Sie vom Großen ins Detail. Am Eingang befindet sich ein Raum, in dem 3D-Projektionstechnologie einen dramatischen und schwindelerregenden (im wahrsten Sinne des Wortes) Blick auf eine potenzielle Zukunft zeigt, in der nahezu jeder Prozess automatisiert ist. Es handelt sich um eine hypothetische Welt, in der Laser im Handumdrehen ein Blech aus Teilen schneiden, im Handumdrehen eine Sequenz zur Skelettzerstörung durchführen und sogar Bleche thermisch umformen.

Die 3D-Projektion berücksichtigte einen Teil der Gegenwart und stellte den Wasserkreislauf und andere Symbole der kontinuierlichen Verbesserung dar, bei der Kundenfeedback zu technologischen Verbesserungen führt, die zu mehr Möglichkeiten, neuen Herausforderungen und mehr Feedback von Herstellern führen – und so geht der positive Kreislauf weiter.

Verlassen Sie den 3D-Projektionsraum, passieren Sie einen weitläufigen Tagungsraum (genannt Innovation Square) und betreten Sie das Innovation LABO, und Besucher können sehen, wo dieser positive Kreislauf stattfindet. Das Labor verfügt über spezielle Bereiche für Laserschneiden, Stanzen und Laserschweißen, in denen Hersteller ihre anspruchsvollen Arbeiten einbringen und hinter verschlossenen Türen (da sich möglicherweise konkurrierende Hersteller in der Einrichtung befinden) die Technologie auf eine Probefahrt mitnehmen können. Anschließend können sie Teile ins Labor bringen, um die Ergebnisse zu messen.

ABBILDUNG 1. Links bereitet sich Hidetsugu Masuda, Vorsitzender von Kanto Seiko, auf die Beantwortung von Fragen während einer Medientour im April 2023 vor. Rechts posiert Masuda im Jahr 2008 neben einem Denkmal, das die Verbesserungskultur des Geschäfts erklärt. Bei Kanto Seiko hat sich in 15 Jahren viel verändert, aber dieses Denkmal ist geblieben.

Stellen Sie sich einen Hersteller vor, der eine besondere Herausforderung beim Laserschneiden hat. Das Laserlabor verfügt über eine REGIUS-Maschine mit einem ENSIS-Laser, einem Faserlaser mit variablem Strahlenergieprofil. Ein Hersteller könnte einen herkömmlichen Gaußschen Strahl mit der höchsten Energie in der Mitte wählen, ein Profil, das sich normalerweise ideal zum Schneiden dünner Bleche eignet. Oder ein Geschäft könnte sich für eine Donut-förmige Verteilung entscheiden, bei der die Energie auf die Außenseite konzentriert wird, ein Profil, das normalerweise ideal für dicke Bleche ist. Oder ein Geschäft könnte eine Mischung aus beidem ausprobieren, wobei die Energie sowohl in der Mitte als auch um den Umfang herum konzentriert wird.

Der Bediener kann sich für die Verwendung eines Hilfsgasgemisches aus Stickstoff und Sauerstoff entscheiden, was besonders beim Schneiden bestimmter dicker Materialien, einschließlich Aluminium, von Vorteil ist. Unser AGIC-Reiseleiter Matt Wood, Produktmanager für Stanzteile in Europa, wies auf ein aus einer Aluminiumplatte ausgeschnittenes Teil im Schnittzustand hin, ohne erkennbare Schlacke. Beim Schneiden von dickem Weichstahl könnte der Bediener auch die Dual-Gas-Technologie nutzen, eine neuartige Sauerstoffschneidetechnik, bei der das Sauerstoffhilfsgas von einer Hülle aus Druckluft umgeben wird.

„Die Druckluft konzentriert im Wesentlichen den Sauerstoff im Schnitt“, sagte Wood.

Es gibt zahlreiche Alternativen, insbesondere wenn Hersteller auch den angrenzenden Laser im Labor in Betracht ziehen, eine VENTIS-Maschine mit Locus Beam Control (LBC), die den gaußförmigen Strahl beibehält, ihn aber mithilfe von Scanoptiken in verschiedene Formen manipuliert, während sich der Kopf nach unten bewegt Schnittfuge. Beispielsweise könnte der Strahl seitlich oszillieren, um eine breitere Schnittfuge zu erzeugen, die sich ideal für die Automatisierung der Teileentnahme eignet. Oder der Scanner könnte den Strahl vorwärts und rückwärts bewegen, während sich der Kopf mit konstanter Geschwindigkeit vorwärts bewegt. Diese Bewegung kann ideal sein, um hochwertige, gratfreie Schnittkanten bei verschiedenen Schnittgeometrien zu erzielen. Ein Programm verwendet möglicherweise eine neue Funktion namens LBC Flash Cut, die es dem Kopf effektiv ermöglicht, kleine Löcher in einer geraden Linie zu schneiden, ohne dass eine kreisförmige Bewegung erforderlich ist. Dafür sorgt eine Scanoptik im Inneren des Kopfes.

Reden ist natürlich billig. Ergebnisse zählen, darum geht es beim Innovation LABO. Hersteller können in einem Labor Testschnitte durchführen, dann durch die Halle gehen und diese Teile in einem anderen Labor messen. Das Gleiche gilt für eine anspruchsvolle Form- oder Laserschweißung. Im Messlabor können Hersteller Zugversuche und zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden wie Radiographie durchführen.

Wenn die Ergebnisse bestehen, hat ein Hersteller nun eine technische Lösung. Wenn die Ergebnisse nicht den Anforderungen entsprechen, werden diese Informationen an die AMADA-Produktentwickler weitergeleitet, die sie als Grundlage für zukünftige Verbesserungen verwenden.

Viele neue Technologien im AGIC konzentrieren sich nicht nur auf den Schneid-, Biege- oder Schweißprozess selbst, sondern auch auf die Rationalisierung dessen, was zwischen den Verarbeitungsschritten geschieht, einschließlich Sekundäroperationen, Materialhandhabung und Programmierzeit.

Bedenken Sie die Auswirkungen der herkömmlichen Mikrolasche auf die Teileentfernung nach dem Laserschneiden, bei der Hersteller manchmal in eine Zwickmühle geraten. Um die Prozessstabilität zu gewährleisten, bleibt Programmierern manchmal keine andere Wahl, als Teile mit Mikrotabs zu versehen. Dies hält die Teile stabil, zwingt sie aber auch dazu, durch eine Entgratungsmaschine geschickt zu werden, um diese Laschen zu entfernen. Der Laser schneidet außerordentlich schnell, nur um dann in einen Engpass beim Entstapeln und Entgraten einzudringen.

Heutzutage haben Hersteller jedoch Optionen, einschließlich der sogenannten Soft Joint-Technik von AMADA. Der Laser schneidet eine Geometrie außerhalb des Teileprofils, die eine kontrollierte Spannung im Material freisetzt und das Skelett dazu zwingt, sanft gegen die Teilekante zu drücken – genug, um das Teil sicher im Nest zu halten und dennoch am Entladetisch leicht zu entnehmen. Sicher, die Einführungen erfordern möglicherweise dickere Stege und verringern die Materialausbeute leicht, aber sie sind möglicherweise ein geringer Preis für die Arbeitsersparnis bei der Teileentfernung, ganz zu schweigen davon, dass kein Entgraten erforderlich ist (siehe Abbildung 2).

Wie Wood erklärte: „Es hält das Teil im Blech, erleichtert das manuelle Entladen erheblich und kann auch mit den TK-Systemen (automatisierte Teileentfernung und Stapelung) für Material mit einer Dicke von bis zu etwa 4 mm verwendet werden.“

ABBILDUNG 2. Die Soft-Cut-Technologie schneidet Geometrien in den Skelettbahnabschnitt, die, sobald die Spannung nach dem Schneiden nachlässt, den geschnittenen Rohling an Ort und Stelle halten, ohne dass Mikrotabbing erforderlich ist.

In der Umformabteilung hat sich die Programmierung insbesondere beim Roboterbiegen in den letzten Jahren so stark weiterentwickelt, dass modernste Zellen mit automatischem Werkzeug- und Greiferwechsel eine Vielzahl unterschiedlicher Teile bearbeiten können. Dennoch kommt es wirklich darauf an, wie die geschnittenen Rohlinge der Roboterzelle genau zugeführt werden. Damit die Greifer das Werkstück genau an der richtigen Stelle greifen, müssen die Rohlinge zentriert sein.

Im AGIC von AMADA befand sich jedoch eine Roboterbiegezelle mit Smart Loading Device, die es ermöglichte, Teile auf beliebige Art und Weise zu präsentieren, ohne einen Zentriertisch zu verwenden. Um den Roboter auszurichten, betrachtet eine Kamera das Werkstück, und ein separater Greifer hebt die Teile aus dem nicht zentrierten Stapel, führt eine Doppelteilerkennung durch (nur für den Fall, dass der Greifer zwei Teile gleichzeitig aufgenommen hat) und präsentiert sie dem Biegeroboter die richtige Position für den Beginn der Formungssequenz (siehe Abbildung 3).

Nach dem Biegen folgt das Schweißen, und auch hier lag der Schwerpunkt der auf der AGIC vorgestellten Technologie auf der Minimierung dieser nicht wertschöpfenden Zeit. Beispielsweise schätzen Hersteller, die das Roboter-Faserlaserschweißen einsetzen, vielleicht die hohe Schweißgeschwindigkeit, oft schätzen sie jedoch den Verzicht auf Nachschleifen noch mehr.

Dennoch erfordert das Laserschweißen eine präzise Anpassung, die auch eine gewisse Programmanpassung an der Maschine erfordert. Künstliche Intelligenz (KI) trägt heute dazu bei, diese Programmierzeit zu verkürzen. In Zusammenarbeit mit einer örtlichen Universität in Japan katalogisierte AMADA mehr als 100.000 Anpassungsvarianten für verschiedene Verbindungsgeometrien, Materialqualitäten und Dicken und schrieb dann bestimmte Programmanpassungen vor, um diese zu berücksichtigen. Heute spannt ein Bediener ein Teil ein, lädt das Programm und startet es. Von dort aus erfasst der Roboter Bilder an verschiedenen Punkten entlang der Schweißnahtgeometrie, erkennt Abweichungen im Spalt, passt das Programm an und beginnt dann mit dem Schweißen.

Bei Kanto Seiko erlebte die Medientourgruppe, wie die KI-Technologie zwei Minuten brauchte, um den Schweißfugenspalt zu analysieren, bevor sie mit dem Schweißen begann. Der gleiche manuell durchgeführte Vorgang dauerte acht Minuten (siehe Abbildung 4).

Die Automatisierung dieser Art manueller Vorgänge verringert auch die Variabilität. Schließlich weist jeder manuelle Vorgang ein gewisses Maß an Variabilität auf, insbesondere wenn auch die Fähigkeiten und Erfahrungen des Bedieners unterschiedlich sind. Derselbe Gedanke wurde bei AMADAs REGIUS-Laser mit automatischem Düsenwechsel und (am kritischsten) Inspektion berücksichtigt. Die Inspektion einer Düse kann selbst für den am besten ausgebildeten und erfahrensten Bediener eine subjektive Angelegenheit sein. Durch die Automatisierung und Aufzeichnung mit Bildverarbeitungstechnologie – mit dem tatsächlichen Zustand und der Form der Düse direkt auf dem Bildschirm der Steuerung – wird der Prozess dokumentiert und für mehr Objektivität gesorgt, was wiederum das Laserschneiden vorhersehbarer macht.

Wood beschrieb diese Technologie und verwies dabei auf die neue AMNC 4ie-Steuerung von AMADA sowie auf die Offline-Simulations- und Programmiersoftware VPSS (Virtual Prototype Simulation System) 4ie für das Stanzen und Biegen. (VPSS 3i, die vorherige Iteration, stand für „intelligent, interaktiv und integriert“. Der Spitzname 4ie fügt „innovativ“ hinzu, gefolgt von „einfach“, „Effizienz“, „ökologische Nachhaltigkeit“ und „Evolution“.) Die neue Steuerung bietet unter anderem 15 verschiedene Oberflächensprachen (darunter Englisch und Spanisch). Mittels Gesichtserkennung melden sich Bediener an der Steuerung an und interagieren mit ihr in einem auf ihren Ausbildungsstand abgestimmten Erlebnis.

Ein Anfänger ist möglicherweise nicht in der Lage, die Schnittparameter anzupassen. Ein Sachverständiger könnte jedoch die Erlaubnis haben, die Schnittdaten zu ändern. Was passiert also, wenn ein unerfahrener Bediener versucht, die Schnittdaten zu ändern? Die Steuerung zeichnet diese Aktionen auf, die dann den Vorgesetzten zur Verfügung stehen. „Es geht nicht darum, mit dem Finger zu zeigen“, erklärte Wood. „Es geht darum, dass die Leute fragen: ‚Benötigt diese Person mehr Schulung?‘ Die Idee ist, diese Schulungsinitiativen zu unterstützen.“

Die Steuerungen verfügen außerdem über eine Videobibliothek, die grundlegende Betriebs- und Wartungsaufgaben dokumentiert. Besonders wichtig ist die Kommunikation solcher Aufgaben. Schließlich kann ein Schneidkopf außerordentlich sauber schneiden, bis die Linse gereinigt werden muss. Natürlich erfordern die Linsen im Inneren einen sehr sorgfältigen Umgang. Das bedeutet nicht, dass die Bediener nicht für die Arbeit geschult werden können – daher die in die 4ie-Plattform eingebetteten Videos, auf die über die Steuerung selbst oder aus der Ferne über ein Tablet zugegriffen werden kann.

Zurück bei Kanto Seiko führte uns unser Reiseleiter in die Umformabteilung, wo ein Bediener mit einer Abkantpresse mit automatischem Werkzeugwechsel (ATC) arbeitete. Die Sache war, dass er eine seltsame Haltung beibehielt, als er den Formungszyklus beendete.

ABBILDUNG 3. Als Teil des Smart Loading Device der Biegezelle hebt ein kameragestützter Greifer einen nicht zentrierten Rohling an und präsentiert ihn dann in der richtigen Ausrichtung dem Biegeroboter.

Anstatt auf den Flansch vor ihm zu blicken, blickte er geradeaus auf einen Bildschirm, der den Blick einer Kamera hinter dem Werkzeug zeigte und die Position des Rohlings gegenüber dem Hinteranschlag verriet. Dies war auch keine einfache Form, mit einem offenen Biegewinkel (nicht die typischen 90 Grad), einer sich verjüngenden Biegelinie und zwei unterschiedlichen Messpositionen in X1 und X2.

Ein paar Minuten später beendete er eine Charge von etwa einem halben Dutzend Teilen, aktivierte das ATC und ging dann sofort zum nächsten Stück über. Als er begann, das nächste Stück zu formen, waren die vorherigen Stücke bereits auf einem Wagen flussabwärts gerollt. Alles floss in kleinen Mengen oder Bausätzen, und es war kein Gabelstapler zu sehen.

Kanto Seiko hat seine Technologie seit meinem ersten Besuch im Jahr 2008 dramatisch verbessert. Der Betrieb verfügt jetzt über leistungsstarke Faserlaser, ein automatisiertes Stanz-/Lasersystem mit einem Magazin, das Hunderte von Werkzeugen aufnehmen kann, und Arbeiter, die Tablets für die Auftragsmeldung und die Statusanzeige verwenden von Bestellungen und intelligente Software, die alles steuert. (Die Fabrik betrieb eine Maschinenüberwachungs- und Auftragsverfolgungssoftware, die eine ähnliche Funktion erfüllt wie die Influent-Plattform von AMADA AMERICA.)

Maschinen sind jetzt zwar produktiver, verbrauchen aber auch weniger Energie. Beispielsweise handelt es sich bei der Maschine mit der nach vorne gerichteten Scheibe, einer AMADA EGB 6020e, um eine elektrische Bremse mit einem einzigartigen Antriebsmechanismus. Da er nur beim Formen und nicht im Leerlauf Strom verbraucht, verbraucht er nur einen Bruchteil der Leistung seines hydraulischen Gegenstücks.

Dies ergänzt die AMADA-Faserlaserschneidsysteme des Unternehmens, die, wie Vorsitzender Isobe während der Pressekonferenz der Tour sagte, 75 % weniger Energie verbrauchen als ihre Gegenstücke mit CO2-Lasern. Das hängt mit der Beschaffenheit des Faserlasers selbst zusammen, aber auch mit der Art und Weise, wie der Strahl geformt und manipuliert wird. Zusammen mit der elektrischen Servotechnologie, die die Hydraulik ersetzt, und der Nutzung der Software zur Nachverfolgung hilft dies einem Hersteller effektiv dabei, weniger zu verbrauchen und gleichzeitig mehr zu produzieren.

„Wir müssen uns stets der Notwendigkeit bewusst sein, durch unsere Geschäftstätigkeit soziale Probleme zu lösen, da es aufgrund der alternden Bevölkerung und des Bevölkerungsrückgangs zu Arbeitskräfteengpässen kommt.“ Dies sagte Takaaki Yamanashi, Präsident von AMADA Co. Ltd., während der Pressekonferenz der Veranstaltung und fügte hinzu, dass die digitalen Lösungen und Produktentwicklungen des Unternehmens darauf abzielen, einer „dekarbonisierten Gesellschaft“ zu dienen.

Zurück im AGIC zeigte Wood auf einen Bildschirm, der den Energieverbrauch aller Maschinen in der Anlage überwachte und ihn mit dem durchschnittlichen Stromverbrauch der Maschinenausstellungsräume vergleicht, die zuvor den Raum belegt hatten. Bis Mitte April war der Verbrauch im Vergleich zu vor drei Jahren um 50 % gesunken.

Solarmodule auf dem Dach decken etwa 11 % des Strombedarfs von AGIC. Außerdem werden alle Schneidlaser der Anlage mit einer einzigen, außen angebrachten Kühlquelle betrieben, eine Strategie, die Energie spart (insbesondere etwa 15 % Einsparung im Vergleich zu maschinenspezifischen Kühlgeräten) und die Wartung vereinfacht.

Sicher, Laser tragen keine Schnittfugen in Blechen ab und zerstören Stücke und Skelette nicht in Mikrosekunden, wie in der Zukunftsprognose von AGIC gezeigt, aber die Branche macht Fortschritte. Allzu oft schwebt die große Vision, wie der schüchterne Gipfel des Fuji, über einem Dunst. Die Vision sieht großartig aus, aber wie kommen wir genau dorthin? Das AGIC-Erlebnis hat einen Teil des Dunstes weggeblasen. Es bleibt ein gewisser Nebel, aber in einer Welt voller ständiger Veränderungen wird der Weg immer klarer, eine Verbesserung nach der anderen.

ABBILDUNG 4. Ein Faserlaser beginnt bei Kanto Seiko mit dem Schweißen, nachdem er etwa zwei Minuten damit verbracht hat, die Passung zu prüfen und etwaige Lückenabweichungen automatisch auszugleichen.