AUTOMATISIERTES VS. MANUELLES SCHWEISSEN: Vergleich der Produktionszeiten im Stahlbau

Wie viel Zeit lässt sich mit Roboterschweißen tatsächlich einsparen? Um diese Frage zu beantworten, haben wir eine Reihe gängiger Baugruppen aus dem Stahlbau verglichen, die manuell und mit dem Voortman Fabricator hergestellt wurden. Der Fabricator ist eine automatisierte Montage- und Schweißmaschine für Stahlbaufirmen.

Zu diesem Vergleich

Die Ingenieure von Voortman verglichen die Maschinenzykluszeit mit der Zeit, die für die manuelle Fertigung der Baugruppen benötigt wird. Für die Maschinenzykluszeit wurde die LogicSteel CADCAM-Software verwendet. Entscheidend ist, dass die Ingenieure den gesamten Werkstattprozess in diesen Vergleich einbezogen haben. Nicht nur das Zusammenbauen und Schweißen, sondern auch alle damit verbundenen Schritte. Zudem basieren alle Baugruppen auf einlagigem Schweißen.

In diesem Artikel:

• Baugruppenbeispiel 1 >>
• Montagebeispiel 2 >>
• Montagebeispiel 3 >>
• Warum ist das Schweißen mit Robotern schneller? >>
• Wann ist Roboter-Schweißen nicht effizient? >>
• Vorteile des automatisierten Schweißens für den Stahlbau >>

Montagebeispiel 1:

Hauptbauteil: HEA260 | Unterbauteile: 26 | Gewicht: 608 kg (1340 lb)

• Roboter-Schweißen – Gesamtfertigungszeit: 3:36:30
• Manuelles Schweißen – Gesamtfertigungszeit: 11:13:00
  

Fazit: Bei dieser Baugruppe ist die Gesamtfertigungszeit des Fabricators 68 % schneller als bei einer vollständig manuellen Fertigung.

In diesem Beispiel wurde ein komplexer HEA260-Träger mit 26 Einzelteilen untersucht. Der „Fabricator“ konnte 25 dieser Teile automatisch zusammenfügen und verschweißen, was zu einer automatisierten Schweißlänge von ≈ 20 m (65 ft) führte. Ein Teil musste manuell geschweißt werden (≈ 19 cm / 7 in), da bestimmte Komponenten nicht vom Roboter bearbeitet werden können. (Beispielsweise wenn Sekundärteile die Größengrenze überschreiten oder keinen direkten Kontakt zum Hauptträger haben.)

Das eine spezifische Teil, das manuell geschweißt werden musste, ist die Versteifung im oberen I-Profil. Aufgrund seiner Geometrie und Position kann es in der aktuellen Montageabfolge nicht direkt vom Schweißroboter bearbeitet werden. Würde dieses kleine Blech jedoch vormontiert, könnte dieses zusammengesetzte Bauteil anschließend vollständig mit dem Fabricator verschweißt werden.

Die Zeit, die für die manuelle Fertigstellung dieses verbleibenden Teils benötigt wird, ist in der Gesamtfertigungszeit von 3 Stunden und 36 Minuten enthalten. Im Gegensatz dazu müssen bei einem vollständig manuellen Verfahren alle 26 Teile und eine Gesamtschweißlänge von ≈ 22 m (72 ft) bearbeitet werden, was zu einer deutlich höheren Produktionszeit führt.

Dieser Vergleich verdeutlicht, wie das Roboter-Schweißen die Produktionszeit, den Arbeitsaufwand und die Komplexität der Handhabung selbst bei Baugruppen mit hohem Schweißvolumen erheblich reduziert.

Baugruppenbeispiel 2:

Hauptbauteil: HEA260 | Unterbauteile: 11 | Gewicht: 523 kg (1154 lb)

• Roboter-Schweißen – Gesamtfertigungszeit: 1:08:18
• Manuelles Schweißen – Gesamtfertigungszeit: 5:06:00
  

Fazit: Bei dieser Baugruppe ist die Gesamtfertigungszeit mit dem Fabricator 78 % schneller als bei der vollständig manuellen Fertigung.

In diesem Beispiel wird ein HEA260-Träger mit 11 Einzelteilen bewertet. Der Voortman Fabricator ist in der Lage, alle 11 Teile mithilfe von Roboter-Schweißen automatisch zusammenzufügen und zu verschweißen, was zu einer automatisierten Gesamtlänge der Schweißnähte von 9228 mm ≈ 9 Meter (30 ft) führt, ohne dass ein manueller Eingriff erforderlich ist. Dieser Grad an automatisiertem Schweißen führt zu einer Gesamtfertigungszeit von nur 1 Stunde und 8 Minuten.

Ein vollständig manueller Schweißprozess für dieselbe Baugruppe würde hingegen mehr als 5 Stunden in Anspruch nehmen. Der Unterschied liegt in der Handhabung und Positionierung, die bei der manuellen Fertigung erforderlich sind. Bei einem Trägergewicht von über 523 kg (1.154 lb) und Bauteilen wie der Grundplatte auf der linken Seite, die auf jeder Seite mehrere kleinere Bleche aufweist, muss der Schweißer die Baugruppe wiederholt neu positionieren und drehen, um alle Schweißnähte erreichen zu können. Jede Neupositionierung erfordert den Einsatz eines Krans sowie eine Überprüfung, was die Produktionszeit erheblich verlängert.

Dieses Beispiel verdeutlicht, dass die Effizienz der Fertigung durch die Maximierung der Lichtbogenzeit und die Minimierung der Handhabungsschritte bestimmt wird. Mit zunehmender Kontinuität des Schweißprozesses steigt die Zeitersparnis.

Baugruppenbeispiel 3:

HEA500 | Einzelteile: 7 | Gewicht: 1231 kg (2714 lb)

• Roboter-Schweißen – Gesamtfertigungszeit: 0:55:24
• Manuelles Schweißen – Gesamtfertigungszeit: 3:26:00

Fazit: Bei dieser Baugruppe beträgt die Gesamtfertigungszeit mit dem Fabricator 73 % schneller als bei der vollständig manuellen Fertigung.

Diese HEA500-Baugruppe besteht aus 7 Teilbaugruppen, die alle vollständig mittels Roboter-Schweißen mit dem Voortman Fabricator bearbeitet werden können. Das System passt die komplette Baugruppe vollautomatisch an und schweißt sie zusammen, wobei eine Gesamtschweißlänge von ≈ 68 m (223 ft) erreicht wird, ohne dass ein manueller Eingriff erforderlich ist. Dank dieses Grades an automatisierten Schweißprozessen ist der gesamte Prozess in nur 55 Minuten abgeschlossen.

Ein vollständig manueller Schweißansatz benötigt für dieselbe Baugruppe hingegen 3 Stunden und 26 Minuten. Ein erheblicher Zeitaufwand entsteht durch die Handhabung der Teile, deren Positionierung und das Drehen der Baugruppe. Der Vergleich zwischen automatisiertem und manuellem Schweißen zeigt deutlich, wie das Schweißen mit Robotern den Arbeitsablauf rationalisiert und die Produktionszeit drastisch verkürzt, selbst bei relativ einfachen Baugruppen.

Warum ist das Schweißen mit Robotern schneller?

Das Roboterschweißen ist in diesen Beispielen vor allem deshalb schneller, weil das Ausrichten und Schweißen vollständig in einen einzigen, automatisierten Prozess integriert sind. Mit dem „Fabricator“ werden die Teile vollautomatisch positioniert, ausgerichtet und geschweißt. Es entfällt die manuelle Handhabung, das Nachmessen oder das Umsetzen zwischen den Arbeitsstationen. Dadurch entfällt ein erheblicher Teil der manuellen Arbeit und das Fehlerrisiko zwischen den einzelnen Schritten wird verringert.

Zudem speichert das System Informationen aus der Bearbeitung der Armaturen und wendet diese direkt beim Schweißen an. Das bedeutet, dass der Roboter genau weiß, wie jedes Einzelteil positioniert ist, wo sich Spalte befinden und wie viel Schweißarbeit erforderlich ist. Da diese Informationen über den gesamten Prozess hinweg verfügbar sind, entfallen unnötige Anpassungen und Nachmessungen, was die Geschwindigkeit und Konsistenz weiter erhöht.

Wichtig ist, dass diese Effizienzsteigerung die Komplexität nicht auf die Arbeitsvorbereitung verlagert. Die Arbeitsvorbereitung für den Fabricator kann in nur wenigen Minuten erledigt werden, wodurch der gesamte Prozess vom Büro bis zur Fertigung optimiert bleibt.

Wann ist Roboter-Schweißen nicht effizient?

Zwar bietet das Roboter-Schweißen in vielen Situationen erhebliche Vorteile, doch ist es nicht immer die effizienteste Wahl. Bei einfachen Baugruppen ist manuelles Schweißen praktischer.

Nehmen wir zum Beispiel eine Reihe von Leichtbauprofilteilen, die nur aus einem Kopf- und einem Fußblech bestehen. Ein Schweißer kann die Teile schnell manuell positionieren und in einem kontinuierlichen Arbeitsablauf verschweißen. Die Einfachheit der Baugruppe ermöglicht es dem Schweißer, effizient von einem Träger zum nächsten zu wechseln, ohne dass eine komplexe Einrichtung oder Neupositionierung erforderlich ist. Bei Voortman betrachten wir eine Baugruppe mit weniger als vier Einzelteilen als einfache Baugruppe.

Vorteile des automatisierten Schweißens für den Stahlbau

Wenn das Roboter-Schweißen Baugruppen bis zu 78 % schneller herstellt, gehen die Auswirkungen für eine Stahlbaufirma weit über die reine Zykluszeit hinaus. Es erhöht direkt die Leistung, ohne dass zusätzliches Personal erforderlich ist. Dadurch können mehr Projekte innerhalb desselben Zeitrahmens abgeschlossen werden. Die Vorlaufzeiten werden kürzer und besser planbar, was die Liefertreue gegenüber den Kunden verbessert. Gleichzeitig reduziert die gleichbleibende Qualität der Roboter-Schweißung Nacharbeiten und Materialverschwendung, was die Gesamtproduktionskosten senkt.

Durch automatisierte Schweißaufgaben können sich qualifizierte Schweißer auf komplexe, wertschöpfungsintensive Aufgaben konzentrieren, bei denen ihr Fachwissen am wichtigsten ist. Das Ergebnis ist eine effizientere Tätigkeit, die die Produktion skalieren, bei Preis und Lieferung wettbewerbsfähig bleiben und flexibler auf steigende Nachfrage reagieren kann, ohne dabei Abstriche bei der Qualität zu machen.