Von „groß“ bis „fein“: Wie Schneid- und Wickelmaschinen zum Effizienzmotor der flexiblen Fertigung werden

Von „groß“ bis „fein“ fasst es die Kernentwicklung von Schneide- und Umwickelmaschinen in der modernen Fertigung, insbesondere in der Welle der flexiblen Fertigung, treffend zusammen. Es handelt sich nicht länger um eine einfache Zusatzausrüstung zum Aufteilen großer Rollen in kleine Mengen, sondern um eine Transformation und Aufrüstung zu einem „Effizienzmotor“, der den gesamten Produktionsprozess in Richtung Effizienz, Flexibilität und Intelligenz vorantreibt.

Im Folgenden erläutern wir, wie der Rollenschneider diesen Rollenwechsel vollzogen hat und zu einem zentralen Bestandteil der flexiblen Fertigung geworden ist.

1. Traditionelle Rollen: Die Grenzen und Schwachstellen der „großen“

Herkömmliche Schneide- und Umwickelmaschinen erfüllen hauptsächlich die Grundbedürfnisse unter Ausnutzung von Skaleneffekten:

• Einzweck: Schneiden Sie die Masterrolle (z. B. Papier, Film, Folie) in mehrere schmalere Breiten oder ersetzen Sie den Kern für einen einfachen späteren Transport und Gebrauch.

• Kernindikatoren: Geschwindigkeit, Breite, Tragfähigkeit – das Streben nach „größer, schneller“.

• Positionierung in einer starren Produktion: ein standardisiertes Glied am Ende einer Produktionslinie mit großem Maßstab und geringer Vielfalt. Die Ausrüstung ist sperrig, der Werkzeugwechsel und die Anpassung der Parameter dauern lange, und es ist nicht möglich, schnell auf Änderungen zu reagieren.

Angesichts der Nachfrage nach flexibler Fertigung weisen diese „großen“ und „dummen“ Geräte offensichtliche Schwachstellen auf:

1. Ineffiziente Umstellung: Das Ersetzen von Produktspezifikationen (z. B. unterschiedliche Breiten) erfordert eine manuelle Anpassung der Werkzeugposition, -spannung und -geschwindigkeit, was Stunden dauert und die Produktionsanforderungen kleiner und mehrerer Chargen nicht erfüllen kann.

2. Erheblicher Materialabfall: Bei jedem Einschalten und jeder Einstellung entsteht eine große Menge Abfall, was bei hochwertigen Materialien wie optischen Folien und Lithiumbatterieseparatoren kostspielig ist.

3. Qualität hängt von Handarbeit ab: Die Qualität des Schneidens (wie Grate und Sauberkeit) hängt stark von der Erfahrung des Bedieners ab, was es schwierig macht, Konsistenz zu gewährleisten und zu versteckten Verlusten neigt.

4. Informationsinseln: Die fehlende Datenverknüpfung mit vorgelagerten (z. B. Beschichtungs-, Gießproduktionslinien) und nachgelagerten (z. B. Stanz-, Verpackungsprozesse) Prozessen ist eine „Black Box“ im gesamten Produktionsprozess.

2. Die Entwicklung zur „Verfeinerung“: Die vier Säulen des flexiblen Fertigungseffizienzmotors

Um sich an die flexible Fertigung anzupassen, haben moderne Schneide- und Umwickelmaschinen einen qualitativen Sprung in Bezug auf Präzision, Intelligenz, Automatisierung und Konnektivität gemacht.

Säule 1: Höchste Präzision – garantiert Qualität und Wert

Dies ist die Kernverkörperung von „fein“, die direkt die Qualifikationsrate und den Wert des Endprodukts bestimmt.

• Hochpräzise Spannungsregelung: Das mehrstufige Spannungsregelsystem mit geschlossenem Regelkreis wird eingesetzt, vom Abwickeln über das Ziehen bis zum Aufwickeln wird der gesamte Prozess präzise gesteuert. Dies ist entscheidend für dehnungsempfindliche Materialien (z. B. PE, CPP) und extrem dünne Materialien (z. B. ≤3 μm Kupferfolie), da Dehnung, Faltenbildung, Serpentinenbildung und andere Probleme effektiv vermieden werden.

• Präzise Schneidtechnologie: Der Linearmotor treibt den Werkzeughalter an und ersetzt die herkömmliche manuelle Schraubeneinstellung. Über die HMI-Eingabeparameter kann der Werkzeughalter automatisch, schnell und präzise in die angegebene Position bewegt werden. Die Positioniergenauigkeit kann ±0,1 mm oder sogar mehr erreichen. „Produktionsänderung mit einem Klick“ möglich.

• Erkennung mikroskopischer Defekte: Integriertes Online-Sichtprüfsystem (CCD/AVI) zur Überwachung mikroskopischer Defekte wie Grate, Staub und heller Flecken an der Schnittkante in Echtzeit und rechtzeitiger Alarmierung oder Markierung, um eine 100-prozentige Qualitätskontrolle zu erreichen.

Säule 2: Hohe Automatisierung – Verbesserung von Effizienz und Stabilität

Automatisierung ist der Schlüssel zur Verringerung der Abhängigkeit vom Menschen und zur Erzielung eines „unbemannten“ Betriebs.

• Automatisches Werkzeugwechselsystem: Für den automatischen Werkzeugwechsel und das Schärfen können mehrere Klingentypen und eine Lebensdauerverwaltung voreingestellt werden, wodurch Ausfallzeiten und menschliche Eingriffe reduziert werden.

• Automatisierte Logistikschnittstelle: nahtloses Andocken mit AGV/Fachwerkmanipulator zur automatischen Zuführung von Master-Coils, automatischen Entladung fertiger Coils und automatischen Versorgung mit Coil-Kernen, wodurch ein geschlossener Logistikkreislauf vom Rohstofflager zum Lager für fertige Produkte entsteht.

• Automatische Verbindungstechnologie: Berührungslose Verbindungsmethoden wie Ultraschall und Elektrostatik werden verwendet, um das automatische Spleißen von Abwickel- und Brechmaterialien und neuen Spulen zu realisieren und so die Produktionskontinuität sicherzustellen.

Säule 3: Tiefe Intelligenz – Vorhersagen und optimieren

Dies ist das Gehirn der Schneidemaschine, das zum „Motor“ wird.

• Integrierte SPS und KI-Algorithmen: Das Gerät verfügt über eine leistungsstarke integrierte SPS und Prozessdatenbank, die ausgereifte Schneidprozessparameter (Spannungskurven, Geschwindigkeitsanpassung usw.) für Hunderte von Materialien speichern kann. Beim Produktwechsel rufen Sie einfach das Rezept auf und alle Einstellungen werden automatisch vorgenommen.

• Vorbeugende Wartung und digitale Zwillinge: Echtzeitüberwachung von Vibrationen, Temperatur und anderen Daten wichtiger Komponenten (wie Lagern und Motoren) durch Sensoren. Mithilfe von KI-Algorithmen können potenzielle Fehler vorhergesagt, Wartungsarbeiten im Voraus geplant und ungeplante Ausfallzeiten vermieden werden. Die digitale Zwillingstechnologie simuliert und optimiert den Schneideprozess in einem virtuellen Raum.

• Qualitätsrückverfolgbarkeitssystem: Erstellen Sie für jedes fertige Volumen eine eindeutige „ID-Karte“ (QR-Code/RFID), zeichnen Sie die Informationen zur Mutterrolle, die Schneidparameter, die Bediener, die Qualitätsdaten usw. auf, um eine vollständige Rückverfolgbarkeit über den gesamten Lebenszyklus zu erreichen.

Säule 4: Nahtlose Konnektivität – Integration in Industrie 4.0-Systeme

Die Schneidemaschine ist keine Insel mehr, sondern ein intelligenter Knotenpunkt in einem flexiblen Fertigungsnetzwerk.

• Unterstützt industrielle Kommunikationsprotokolle (wie OPC UA, MQTT): Ermöglicht eine bidirektionale Dateninteraktion mit MES (Manufacturing Execution System) und ERP (Enterprise Resource Planning System) der oberen Ebene.

• Empfangen von Auftragsanweisungen: Nachdem das MES einen Produktionsauftrag erteilt hat, erhält die Schneidemaschine automatisch Informationen wie Schneidspezifikationen, Mengen und Prioritäten und bereitet sich automatisch auf die Produktion vor.

• Rückmeldung zum Produktionsstatus: Echtzeit-Berichte über den Gerätestatus (Betrieb, Abschaltung, Störung), die Ausgabe, den Materialverbrauch, Qualitätsdaten usw. an das MES, um eine Echtzeit-Grundlage für die Produktionsplanung und Entscheidungsfindung bereitzustellen.

3. Wie kann die Rolle des „Effizienzmotors“ gespielt werden?

Im tatsächlichen Szenario der flexiblen Fertigung trägt diese „schlanke“ Schneide- und Aufwickelmaschine auf folgende Weise zur allgemeinen Effizienzsteigerung bei:

1. Schnelle Reaktion auf Marktveränderungen: Produzieren Sie morgens zehn Folien in unterschiedlichen Breiten für Kunde A und wechseln Sie nachmittags zu fünf Spezialpapieren für Kunde B. Die schnelle Umstellung per Mausklick macht die Produktion kleiner Auftragsmengen wirtschaftlich.

2. Maximieren Sie die Materialausnutzung: Durch hochpräzises Schlitzen und eine nahezu abfallfreie Verbindungstechnologie werden Kantenmaterialien und Anlaufausschuss erheblich reduziert, was direkt zu einer Reduzierung der Rohstoffkosten führt, was insbesondere bei Edelmetallmaterialien wie Elektrodenmaterialien von Bedeutung ist.

3. Verbessern Sie die Gesamtanlageneffektivität (OEE): Verbessern Sie die OEE-Kennzahlen erheblich, indem Sie die Umrüstzeit verkürzen (Verbesserung der Verfügbarkeit), Qualitätsmängel beseitigen (Verbesserung der Leistungsrate) und eine vorausschauende Wartung ermöglichen (Verbesserung der Qualitätsrate).

4. Förderung der „Massenanpassung“: Es handelt sich um eine Brücke zwischen kontinuierlicher Massenproduktion (Front-End-Guss, Beschichtung) und diskreter Kleinserienanpassung (Back-End-Stanzen, Verpackung), die effizient und präzise „große Mengen“ in „kleine Mengen“ umwandelt, um personalisierte Anforderungen zu erfüllen, und die Kernausrüstung zur Umsetzung des Modells der „Massenanpassung“ darstellt.

Abschluss

Der Rollenschneider hat sich von einem sperrigen „physischen“ Gerät zu einem „intelligenten“ System entwickelt, das Präzisionsmaschinen, Automatisierung, Sensortechnologie, künstliche Intelligenz und das industrielle Internet vereint. Seine Transformation von „groß zu fein“ ist ein Mikrokosmos der chinesischen Fertigungsindustrie, die sich von der „Fertigung“ zur „intelligenten Fertigung“ entwickelt.

Im Zeitalter der flexiblen Fertigung ist es nicht mehr nur das Ende der Produktionslinie, sondern ein Wertumwandlungszentrum, das das Vorherige mit dem Nächsten verbindet. Durch seine extrem hohe Flexibilität, Genauigkeit und Intelligenz wird der Größenvorteil des vorherigen Prozesses in die präzise Lieferkapazität umgewandelt, um die fragmentierten Bedürfnisse des Marktes zu erfüllen, und wird wirklich zum „Effizienzmotor“, der den effizienten Betrieb moderner Fabriken vorantreibt.