Ein jüngstes Interview mit Tadashi Nakayama, dem Vizepräsidenten der Nikon-Unternehmensgruppe, bietet Einblick in die Strategie des Geschäftsbereichs Industrielle Messtechnik, dessen stellvertretender Geschäftsführer er ist. Insbesondere erläuterte er die strategische Fokussierung auf Qualität 4.0, welche die absolute Kontrolle über den Prozess vom Design bis zur Fertigung durch eine digitale, automatisierte und vernetzte Inspektion ermöglicht.
Wesentliche Voraussetzungen für den Qualität 4.0-basierten Prozess sind die automatisierte Messung von Hauptmerkmalen an Komponenten, möglichst in Echtzeit, sowie die Erfassung der digitalen Messdaten und deren Rückführung direkt in das System für die automatische Produktionskontrolle. Die Qualitätsfunktion, die auf diese Weise den Fertigungsprozess steuert, gewährleistet die Herstellung hochwertiger Produkte.
Digitale, automatisierte und vernetzte Inspektion treibt Qualität 4.0 voran
Nikon Metrology strebt an, mit den eigenen Messsystemen eine führende Rolle auf dem Industrie 4.0-Markt zu spielen. Diese Strategie wurde auch von Nakayama bekräftigt. Herzstück von Qualität 4.0 ist die Wechselbeziehung zwischen Inspektion und Produktion. Das Ziel besteht darin, Herstellern die Produktion besserer Produkte zu geringeren Kosten zu ermöglichen, ihre Reaktion auf Nachfrageveränderungen zu beschleunigen, die Vorlaufzeiten zu verkürzen und ihre Wettbewerbsfähigkeit insgesamt zu steigern.
Nakayama zufolge müsse die Qualitätsfunktion wichtigster Faktor und Treiber des Fertigungsprozesses werden. Messungen sollten nicht einfach nur dazu dienen, die Qualität von Teilen zu beurteilen, sondern auf eine Weise zur Prozessüberwachung und -regelung eingesetzt werden, dass jedes Teil fehlerlos gefertigt wird. Mit einer solchen Strategie würden Stillstandszeiten, Ausschuss und die teure Nachbearbeitung von Teilen der Vergangenheit angehören.
„Mit dem Wandel, der in der Industrie stattfindet, wird sich auch das Unternehmen verändern, und zwar durch eine konstante Fokussierung auf Verbesserung und Innovation. Messgeräte und Software werden von uns immer weiterentwickelt, um technologische Neuerungen vollständig zu integrieren und Komplettlösungen für den individuellen Bedarf unserer Kunden anbieten zu können“, so Nakayama.
Er erklärt, dass der strategische Qualität 4.0-Ansatz des Unternehmens drei Bereiche umfasst: die Automatisierung von Prüfungen, soweit möglich und zweckdienlich, die Digitalisierung von Ergebnissen und die Integration von Messdaten in die Fertigungslinie – um Prozesse in jeder Hinsicht zu optimieren. Ein Qualität 4.0-basierter Prozess steigert die Effizienz und Flexibilität, beides notwendige Voraussetzungen, um Unternehmen wettbewerbsfähiger zu machen.
Anders als bei Industrie 3.0, wo es vor allem um die Massenproduktion ging, beinhaltet Industrie 4.0 die Möglichkeit, Sonderanfertigungen zu ebenso wettbewerbsfähigen Preisen auf den Markt zu bringen. Dadurch lassen sich auch in Hochlohnländern Wettbewerbsvorteile erzielen. Dies ist nicht möglich, wenn die Produkte gemäß Industrie 3.0 gefertigt werden. Prüfungen werden dabei häufig mit Handmesslehren durchgeführt und die Erfassung der Ergebnisse erfolgt ebenfalls manuell. Werden Teile identifiziert, die aus der Toleranz geraten, wird der Prozess von Hand korrigiert. Dies kostet wichtige Produktions- und Bedienerzeit.
Prüfungen müssen digital in den Fertigungsprozess integrierbar sein, damit sie mit Analysesoftware-Tools innerhalb einer zentralen Datenbank kompatibel sind und sich der Prozess über Regelschleifen steuern lässt. Sie sollten außerdem soweit wie möglich automatisiert sein, beispielsweise bei kleineren Systemen oder wenn man beginnt, die Qualität in den Mittelpunkt des Produktionsbetriebs zu stellen, auch wenn dies nicht unbedingt sein muss. Wenn man in Fertigungsprozessen Änderungen einführen will, sind Pragmatismus und ein schrittweises Vorgehen häufig der beste Ansatz.
Die Herausforderung bei der Qualität 4.0-Technologie besteht darin, die Messergebnisse möglichst in Echtzeit zu erfassen. Automatisierung wird daher angestrebt, um eine höhere Geschwindigkeit bei der Datenerfassung zu erzielen. Darüber hinaus minimiert die automatisierte Analyse das Fehlerrisiko infolge einer subjektiven Ergebnisauswertung. Die Automatisierung von berührungslosen Messungen ermöglicht außerdem die Aufnahme weitaus größerer Datenmengen für aussagekräftigere Analysen, dazu zählen auch Trendanalysen. Gleichzeitig mit den eingehenden Informationen zur Qualität von Komponenten werden auch Daten zu Produktionsmaschinen gesammelt, beispielsweise die Temperatur einer Maschinenspindel oder der Einspritzdruck in einer Gussform.
Anschließend wird KI (Künstliche Intelligenz) Software eingesetzt, um die großen Datenmengen zu analysieren und die Daten dieser Qualitätskontrolle mit dem CAD-Modell der Komponente und den Maschinendaten abzugleichen. Auf diese Weise erhält man Informationen darüber, wo und warum eine Drift vom mittleren Toleranzband stattfindet, sodass fortlaufend Korrekturen ausgeführt werden können. Das Ergebnis sind frühzeitigere und weitaus bessere Einblicke in die Produktionsleistung. Die Genauigkeit, Wiederholpräzision, Reproduzierbarkeit und Rückverfolgbarkeit von Komponenten wird dadurch sichergestellt – mit dem Ziel einer 100%igen Ausbeute.
Qualität 4.0 geschieht jetzt
Das Unternehmen hat Kunden in Europa, Asien und den USA bereits Industrie 4.0-fähige Qualitätskontrollsysteme geliefert. Ein Beispiel in der deutschen Automobilbranche umfasst die schnelle, automatische Messung von Bolzen am Unterboden von Fahrzeugen in einer Fertigungslinie mit einer Genauigkeit von 100 Mikrometern unter Verwendung mehrerer Laser Radar-Systeme. Die Rückmeldung an die Bolzenschweißroboter für die Prozessregelung erfolgt momentan manuell. Es gibt jedoch bereits Pläne, diese Regelschleife bald zu schließen und diesen Teil des Verfahrens ebenfalls zu automatisieren.
Ein führender OEM der Automobilindustrie in den USA nutzt ebenfalls ein berührungsloses Prüfverfahren, einen auf einem Koordinatenmessgerät installierten L100 Laserscanner des Unternehmens, für die Vorserienprüfung von Karosserieblechteilen. In Ermangelung eines Presswerkzeugs müssen diese Vorserien-Blechteile CNC-gesteuert von einem Laserschneider in 3D zugeschnitten werden. Diese Prüfung und Optimierung des letzten Arbeitsschritts, die mit manuellen Verfahren früher drei Arbeitstage dauerte, wurden mithilfe der Laserscantechnik optimiert. Jetzt kann das Schneideprogramm in nur vier Stunden aktualisiert werden.
Einen großen Anteil am Geschäft innerhalb der Automobil-Lieferkette haben Steckverbinder, von denen es durchschnittlich 2.000 Stück in jedem Fahrzeug gibt. Einer der Hersteller, der jedes Jahr sechs Milliarden Steckverbinder im Spritzgussverfahren fertigt, verfolgt nun eine Strategie der fehlerfreien Produktion. Sie basiert auf der Erkenntnis, dass ein defektes Teil im besten Fall nur ein Ärgernis für den Fahrer bedeutet, das teure Garantieleistungen oder Rückrufprogramme für den OEM beinhaltet, im schlimmsten Fall aber tödlich endet, beispielsweise wenn der Steckverbinder Bestandteil des automatischen Fahrzeug-Bremssystems ist. Für diese Anwendung lieferte das Unternehmen ein schlüsselfertiges, fertigungserprobtes Prüfsystem samt Handhabungstechnik und Software, die den computertomografischen (CT) Scanner automatisch mit Prüfobjekten bestückt. Liegt ein Gehäuse außerhalb der Toleranz, wird es abgelehnt und ein Alarm an den Bediener gesendet, der die betreffende Maschine sofort anhält und korrigiert, um die Produktion von Ausschussteilen zu verhindern.
Ein weiteres Beispiel ist ein Hersteller von preiswerten Chips, die beispielsweise zur Ortung von Konsumwaren in Ladengeschäften eingesetzt werden. Er hat eine geschlossene Regelschleife für die Produktion bzw. Qualitätskontrolle eingeführt, um Prozessabweichungen zu identifizieren und zu korrigieren. Das Unternehmen lieferte eine Komplettlösung, inklusive Waferhandhabung und iNEXIV Videomesssystem, das die Glas-Wafer prüft und die Messdaten dann an die Werkskontrolle sendet, um die Maßhaltigkeit der Schaltkreismuster zu sichern.
Künftige Strategie: Fokussierung auf berührungslose Komplettlösungen für Qualität 4.0
Das Unternehmen wird in den nächsten Jahren einer zweifachen Strategie folgen. Erstens wird die Erfassung von digitalen Messdaten größte Bedeutung haben, um intelligenten Prozessregelungssystemen den Weg zu ebnen, unabhängig davon, ob diese an einen Ort oder eine Cloud gebunden sind.
Die Kernkompetenzen des Unternehmens, die laut Nakayama hier zum Tragen kommen, sind Laserscannen, Röntgentechnik, einschließlich CT, die sich besonders für die extrem schnelle, zerstörungsfreie Prüfung des Innenlebens additive gefertigter Bauteile eignet, Analyse- und Steuerungssoftware und die bewährten, hochwertigen Nikon Optiken. Ein fünfter Kompetenzbereich, der dazu beiträgt, zuverlässig genaue Messdaten zu generieren, ist die Präzisionsmechanik, verkörpert durch die Antriebe der vom Unternehmen entwickelten Videomesssysteme und Laser Radar-Scanner für großvolumige Anwendungen.
KI-Algorithmen, die von Partnerfirmen entwickelt werden, kommen zunehmend bei der Analyse von Qualitätskontrolldaten zum Einsatz. Sie umfassen riesige Datenmengen, die sogenannten „Big Data“, einschließlich der durch berührungslose 2D- und 3D-Messungen generierte Pixel- bzw. Voxelwolken.
Zweitens konzentriert sich Nikon zunehmend auf eine engere Zusammenarbeit mit dem Kunden. Der Trend geht weg vom Zulieferer, der einfach nur ein Gerät liefert und den Anwender dann damit alleine lässt. Auch wenn es ihn überraschenderweise immer noch gibt. Ein lösungsorientierter Ansatz ist heutzutage unabdingbar. Das Unternehmen erweitert das eigene Angebot und gestaltet die Geschäftsbeziehung zu den Kunden weltweit mit einem langfristigen Horizont. Der Kunde erhält Support vor, während und nach der Installation von neuer Prozesstechnik.
Die Geschäftsbeziehungen zu den Kunden werden in Zukunft darauf ausgerichtet sein, ihnen neue Dimensionen zu eröffnen. Dies betrifft nicht nur den fortlaufenden Dialog über alle Aspekte der Installation des Anwenders, sondern auch weitreichendere Themen wie Vertrieb, Marketing und selbst die Erforschung und Entwicklung neuer Produkte.
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