Karakuri (industri)

Karakuri (industri) ( japanska か ら く り, dt. "Mechanism") står för mekanisk automatisering inom industriproduktion och logistik . Det är en del av konceptet mager produktion och klassificeras som "Low Cost Automation" (LCA). Den energi som krävs för framdrivning erhålls främst från gravitation (potentiell energi) och muskelkraft, och sällan från magnetism. Vikter och fjädrar används främst som energilager. Kontrollen eller regleringen sker z. B. med hjälp av kablar eller kamaxlar. Elektriska, elektroniska, hydrauliska eller pneumatiska element undviks till stor del.

beteckning

Valet av en japansk term indikerar att mekanisk automatisering har sitt ursprung i Japan i den senaste historien. Faktum är att historien om användningen av automatiseringsmekanismer kan spåras tillbaka till det antika Grekland. Med tanke på tekniska framsteg betraktas emellertid användningen av elektriska och elektroniska komponenter nu som teknikens ståndpunkt. Den aktuella utvecklingen syftar också till att öka digitaliseringen . Mot denna bakgrund är Karakuri en återgång till enkla och därmed ekonomiska, säkra och miljövänliga alternativ för automatisering. Detta motsvarar den vägledande principen för mager produktion , som också kommer från Japan.

Ursprunget till ordet Karakuri hänvisar också till mekaniska dockor, som har kallats Karakuri ningyō i Japan sedan Edo-perioden på 1600-talet och som nu har inspirerat mekanisk automatisering i branschen. Faktum är att mekaniska dockor har hittats i många kulturer sedan urminnes tider.

tekniska grunder

Exempel på schematiskt schema över automatisering baserat på Karakuri-principen

Karakuri används i produktion och logistik för att automatisera hanteringen av föremål. Komponenterna som krävs för detta är så långt möjligt mekaniskt utformade. Det gäller i detalj

  • Ställdon (slutliga styrelement). Dessa hämtar den energi som krävs för deras drift främst från tyngdkraften hos det transporterade godset eller från arbetarnas muskulära styrka, varigenom detta kan doseras med spakar, remskivor eller liknande. Energi erhålls sällan från magnetism. Dessutom kan mekaniska komponenter såsom B. kablar, kedjor , spakar eller växlar används. Det schematiska diagrammet som visas i den första figuren visar (1) hur en hiss flyttas nedåt av vikten av en transporterad artikel, medan en motvikt därmed dras uppåt. (2) Så snart varorna som ska transporteras har lämnat hissen på lägre nivå drar motvikten upp den igen.
  • Sensorer (mätelement). De spelar in tillstånd eller händelser och omvandlar dem till signaler. I mekaniskt automatiserade system överförs dessa vanligtvis direkt till ställdon, till exempel med hjälp av en Bowden-kabel eller spak .
  • Kontroll eller reglering : I rent mekaniskt automatiserade system utelämnas nivåerna av automatiseringspyramiden ovanför fältnivån . Logiken som krävs för att styra systemet finns direkt i de mekaniska anslutningarna mellan sensorer och ställdon.
Transport av små lastbärare (KLT) enligt Karakuri-principen

Den andra figuren visar samspelet mellan sensorer och manöverdon med hjälp av ett exempel. Vid den punkt som är markerad med siffran 1 i den visade systemdelen lyfter en hiss en liten lastbärare (visas inte) från nedre nivå till övre nivå. En gång högst upp hakar hissen i två lås (ställdon). En av dem kan kännas igen vid punkten markerad med siffran 1. Den lilla lastbäraren (KLT) rullar över rulltransportören till den punkt som är markerad med nummer 2. Där fungerar rollen som en sensor. Om KLT rullar över den, skjuter den ner rullen. Som ett resultat dras två Bowden-kablar via en manöverspak, som i sin tur frigör de två låsen. Hissen går sedan ner igen för att flytta nästa KLT upp.

I ett konventionellt automatiserat system skulle en sensor vid punkt 2 först översätta den mekaniska signalen till en elektrisk signal. Denna elektriska signal skulle överföras via en kabel till ett elektroniskt styrsystem , där den skulle utvärderas av ett program för att sändas därifrån som en elektrisk signal till ett elektriskt, pneumatiskt eller hydrauliskt manövrerande manöverdon (1). Karakuri sparar denna omväg och implementerar allt omedelbart mekaniskt. Detta sparar inte bara elektrisk energi och dyra komponenter som elektroniska kontroller och deras programmering, underhåll är också lättare, eftersom fel kan identifieras omedelbart och vanligtvis kan åtgärdas av personalen på plats.

ekonomi

För att bedöma Karakuris ekonomiska lönsamhet måste ansträngning och nytta jämföras och jämföras med motsvarande faktorer för konventionell automatisering.

När det gäller fördelar är mekanisk automatisering på intet sätt sämre än konventionell automatisering inom många användningsområden. Ett avstånd kan täckas genom att använda de transporterade godsens tyngdkraft på en sluttande rulltransportör med samma hastighet och säkerhet som med hjälp av en horisontell, elektriskt driven bandtransportör . Små lastbärare kan separeras lika pålitligt med hjälp av spakar och repdrag som med hjälp av elektroniska sensorer och elektriskt manövrerade ställdon. Åtgärder kan ofta utlösas lika enkelt med muskelkraft utan någon särskild ansträngning som genom att trycka på knappar, som sedan skickar signaler till elektroniska sensorer och kontroller för att äntligen sätta igång elektriska drivna mekanismer. Och energi kan lagras inte bara elektriskt utan också mekaniskt, till exempel som potentiell energi i vikter eller som spänningsenergi i fjädrar . I detta avseende är mekanisk och konventionell automatisering i nivå med funktionaliteten i många applikationer.

Skillnaden är därför i huvudsak resultatet av respektive ansträngning. Först och främst är det viktigt att överväga att konventionell automatisering av mekaniska processer också kräver mekaniska komponenter: en transportledning för små lastbärare förblir en transportledning, oavsett om den drivs mekaniskt eller elektriskt. Det är därför avgörande hur logiken för växelverkan mellan rörliga delar eller anordningar sker.

För en mekanisk lösning måste först mobiliseras energi. Detta matas ofta av allvaret hos de transporterade varorna. En lämplig mekanism såsom en hävarm kan krävas för detta, och i vissa fall också en energilagringsanordning, till exempel en motvikt eller en fjäder. Dessutom kan anslutningar mellan mekaniska sensorer och mekaniska ställdon, till exempel Bowden-kablar, krävas. Mekanisk automatisering kan inte genomföras helt utan sensorer, energilagringsenheter och ställdon.

För en konventionell lösning används emellertid betydligt dyrare komponenter. Som exemplet som förklarats ovan redan har visat omvandlas ofta mekaniska signaler först till elektroniska signaler. Dessa vidarebefordras till högre elektroniska kontroller och bearbetas där med hjälp av komplex programvara. Därifrån går elektroniska signaler å ena sidan till högre nivånivå, där datorer används för övervakning och kontroll, och å andra sidan tillbaka till fältnivån, till exempel till elektriska enheter, som ofta behöver sina egna elektroniska komponenter som frekvensomvandlare . Dessutom måste elmotorernas hastigheter, som vanligtvis är alldeles för höga för normala tillämpningar, omvandlas till låga hastigheter med hjälp av växlar , och ibland måste rotationsrörelserna också omvandlas till översättningsrörelser.

Gravitationsenergi är tillgänglig gratis nästan när som helst och var som helst. Däremot måste elektrisk energi för drift av elektriska, pneumatiska eller hydrauliska komponenter betalas mer och mer dyrt. Dessutom är ansträngningarna för utveckling, drift och underhåll för konventionellt automatiserade system högre än för mekaniskt automatiserade system på grund av deras komplexitet och kvalifikationer hos relevant personal som krävs för att hantera dem. Och fördelarna som förklaras nedan när det gäller miljöskydd och arbetssäkerhet ger också ekonomiska fördelar. Det kan därför konstateras att mekanisk automatisering är ekonomiskt överlägsen konventionell automatisering överallt där den uppfyller kraven.

miljöskydd

Ekologiska effekter beror dels på produktion av automatiseringslösningar och å andra sidan pågående verksamhet. Både i Karakuri och inom den konventionella sektorn är mekaniska komponenter i automatiseringslösningar huvudsakligen tillverkade av aluminium . Produktionen av detta material har en betydande inverkan på miljön . När allt kommer omkring kan en stor del av materialet återvinnas. I detta avseende erbjuder Karakuri inga ekologiska fördelar, men inte heller några nackdelar jämfört med alternativa lösningar. Karakuri-lösningar är dock fördelaktiga i det

  • att de är utformade som ramar . Detta uppnår ett bra samband mellan stabilitet och materialanvändning.
  • att själva komponenterna vanligtvis kan återanvändas många gånger, så att ingen materialåtervinning är nödvändig.

Under drift är det särskilt fördelaktigt att i stort sett avstå från elektriska, pneumatiskt eller hydrauliskt manövrerade komponenter eftersom den energi som krävs för detta sparas. Och behovet av reservdelar är till stor del begränsat till mekaniska komponenter som har en betydligt lägre miljöpåverkan.

Osh

När det gäller arbetssäkerhet måste samma krav ställas på Karakuri-lösningar som på alla system där energi omvandlas. Detta gäller särskilt produktsäkerhetslagen . Det är inte alltid klart om en CE-certifiering krävs för Karakuri-system , men i praktiken är det vanligt att göra detta som en försiktighetsåtgärd. I enskilda fall kan detta dock vara föremål för en subjektiv bedömning och föremål för förhandlingar mellan systemtillverkaren och systemansvarig.

Säkerhetsåtgärder och åtgärder är dock ofta enklare att implementera i mekaniskt automatiserade system än i system som använder extern energi och är elektroniskt styrda. Till exempel åtgärder på grund av ett fel i energiförsörjningen i enlighet med direktiv 2006/42 / EG (maskindirektivet) , bilaga I, punkt 1.2.6 eller ett fel i en sådan leverans i enlighet med bilaga I, punkt 1.5.

Ett aktuellt problem med mekaniskt automatiserade system kan vara en relativt hög ljudnivå ( maskindirektivet, bilaga I, punkt 1.5.8) . Detta gäller till exempel rulltransportörer jämfört med bandtransportörer. I detta avseende har tillverkarna av Karakuri-komponenter fortfarande en del ikapp att göra för att utforma rörliga delar på ett sådant sätt att bullret de orsakar minimeras.

Utvecklar Karakuri-lösningar

Ett Karakuri-system utvecklas och byggs vanligtvis direkt i produktionen. Representanter för personalen som senare kommer att driva anläggningen är inblandade i detta ( deltagande ). Detta motsvarar filosofin om mager produktion , att kompetens och förmåga hos alla anställda är ett företags viktigaste huvudstad. Detta har särskilt följande fördelar:

  • De anställda som arbetar med produktion kan bidra med sin kunskap till utveckling. Detta leder vanligtvis till bättre lösningar.
  • Detta ökar acceptansen av nya lösningar ( förändringshantering ).
  • De anställda kan underhålla systemen själva under drift och utföra mindre reparationer självständigt och på eget ansvar. Detta minskar svarstiderna vid fel och ökar systemtillgängligheten.
  • Karakuris låga komplexitet främjar kontinuerlig förbättringsprocess ( Kaizen ).

Detta underlättas av det faktum att det bara krävs mycket få, enkla verktyg för att bygga och underhålla Karakuri-system. I många fall är en insexnyckel tillräcklig . Medan konventionella automatiseringslösningar vanligtvis levereras nyckelfärdiga av systemtillverkare idag, skulle det motsätta idén om magert produktion med Karakuri-system. I Japan säger man i detta sammanhang: "Monozukuri wa Hitozukuri kara", att göra saker börjar med att skapa (utbilda) människor. Värdena som uttrycks på detta sätt kommer från hantverksetiken , enligt vilken det är viktigt att ta med kunskap, färdigheter och passion i sitt eget arbete och sträva efter perfektion i betydelsen av kontinuerlig förbättring ( Kaizen ).

klassificering

Karakuri kan liksom huvudidén med mager produktion förstås som en sparsam innovation . På latin står frugalis för enkel och ekonomisk, men också för användbar och lämplig. Sparsamma lösningar är begränsade till vad som är omedelbart nödvändigt. Det måste dock vara felfritt, hållbart och litet underhåll. Planerad inkurans för konstgjord generering av nedströmsförsäljning är utesluten. Dessutom kännetecknas sparsamma lösningar av att de är enkla att använda, så att kostsam träning kan undvikas.

litteratur

Individuella bevis

  1. ↑ Omkar Kalbhor, Tannay Neve, Omkar Pachpor, Nikhil Bhoite, Aniket Deshmukh: Study of Karakuri Kaizen . I: IJSRD - International Journal of Scientific Research & Development . 6, nr 2, april 2018, s. 2435-2437.
  2. ↑ Adela J. McMurray, Gerrit A. de Waal (red.): Frugal Innovation: A Global Research Companion . 1: a upplagan. Routledge, Abingdon / New York 2019, ISBN 978-0-367-13284-2 .