Automatisierte Schneid- und Nähentwicklungen

Die jüngste ITMA beleuchtete Trends in der Schneid- und Nähautomatisierung.

Von Dr. Minyoung Suh

Ein Bekleidungsprodukt ist ein Konsumgut mit einer Vielzahl fragmentierter Lieferketten. Es beginnt bei der Faserauswahl, geht über die Garn- und Stoffproduktion und endet bei der Bekleidungsherstellung. In vielen Fällen sind mehrere zusätzliche Bereiche an der Endbearbeitung des Endprodukts beteiligt, darunter Besätze, Zubehör, Stickereien, Leder und andere Modeaccessoires.

Die wichtigsten Betriebe des arbeitsintensiven Bekleidungsherstellungssektors können in drei Gruppen eingeteilt werden: Vorproduktion, Produktion und Postproduktion1. Die Vorproduktion konzentriert sich auf die Vorbereitung der erforderlichen Materialien und Dienstleistungen und umfasst Linienplanung, Musterentwicklung und -genehmigungen, Beschaffung und Produktionsplanung. Bei der Herstellung werden Stoffe ausgebreitet, geschnitten, gebündelt und genäht. Es folgen mehrere Nachbearbeitungsaufgaben – darunter Pressen, Prüfen, Falten und Verpacken –, um die Waren für den Verbraucher vorzubereiten. Die Bekleidungsproduktion basiert immer noch auf manuellen Verfahren, so wie schon vor einigen Hundert Jahren2.

Der arbeitsintensive Charakter von Schneid- und Näharbeiten macht sie teuer. Stoffkosten und Zuschnitt- und Näharbeit sind die beiden größten Ausgaben in der Bekleidungsherstellung2. Rohstoffe machen 50 bis 70 Prozent der gesamten Produktkosten aus3, aber Kompromisse bei Qualität und Quantität des Stoffes wirken sich direkt auf die Qualität eines Endprodukts aus. Stattdessen besteht die praktikable Lösung zur Reduzierung der Stoffkosten darin, durch genaues und präzises Schneiden die effizienteste Markierung zu erzielen.

Das Nähen macht 35 bis 40 Prozent der Gesamtkosten aus4. Hersteller genähter Produkte haben in den letzten Jahrzehnten durch globales Lieferkettenmanagement die Arbeitskosten gesenkt, indem sie Produktionsstätten in Entwicklungsländern angesiedelt haben. Aufgrund der jüngsten Veränderungen auf dem globalen Arbeitsmarkt ist es jedoch schwieriger, diese Geschäftsstrategie aufrechtzuerhalten. Es besteht dringender Bedarf, alternative Fertigungslösungen zu finden, und die Automatisierung des Schneid- und Nähprozesses ist eine Option.

Automatisierung verbessert die Produktivität und die Qualität von Modeprodukten, indem sie menschliche Eingriffe minimiert und Herstellungsfehler verhindert. Beispiele hierfür sind maschinelle Stoffhandhabung, computergestützte Techniken sowie automatische Nähmaschinen und Roboter. Diese Prozesse unterstützen reibungslose automatische Übergänge von Werkstücken zwischen Schritten oder während eines Prozesses.

Im Rahmen des auf der Textilmaschinenmesse ITMA 2019 vorgestellten Bekleidungsherstellungssystems wurden sechs Unterabschnitte eingerichtet. Dabei handelte es sich um Produktentwicklungsgeräte; Schrumpfen, Verschmelzen und Schneiden; Nähen; Nähbedarf und Verbrauchsmaterial; Produktveredelung. Zuschneiden und Nähen sind die Hauptbeobachtungsbereiche, und es werden zahlreiche Beispiele für automatisierte Geräte gemeldet, um die wichtigsten Merkmale technischer Innovationen bei der Automatisierung von Zuschnitt und Nähen hervorzuheben.

Mit zunehmender Massenproduktion wurde der Zuschnittraum in einer Bekleidungsfabrik durch mehrere neue Erfindungen automatisiert. Eine Breitlegemaschine, die eine Stoffrolle über den Tisch trägt, hat den menschlichen Arbeitsaufwand drastisch reduziert. Durch die Einführung von Stanzmaschinen im frühen 20. Jahrhundert konnten auch die Schneideffizienz und -qualität erheblich gesteigert werden. Mit dem Aufkommen numerisch gesteuerter (NC) Maschinen in den 1940er und 1950er Jahren wurde ein kontinuierliches Schneiden möglich. Dies führte zu einer größeren Flexibilität in der Produktion sowie einem sparsameren Materialeinsatz. Später wurden durch die digitale Technologie computergesteuerte (CNC) Maschinen und unterstützende Werkzeuge wie CAD/CAM-Programme (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing) geschaffen.

Die meisten Systeme beim automatischen Schneiden haben eine ähnliche Konfiguration, bei der eine Schneidvorrichtung in einem Schlitten untergebracht ist, der an einer Querstange über dem Schneidtisch befestigt ist. Der Schlitten bewegt sich entlang der Querstange über die Breite des Schneidtisches, während sich die Querstange entlang der Länge des Tisches bewegt. Diese Bewegungen lassen das Schneidgerät über den Schneidbereich fahren und werden von einer Steuereinheit präzise gesteuert. In modernen Schneidgeräten sind Schneidtische mit einem Vakuumsystem ausgestattet, um das Material festzuhalten und die Schneidgenauigkeit während des Schneidvorgangs zu erhöhen. Aus diesem Grund müssen poröse Materialien wie Textilien mit einem undurchlässigen Kunststoffüberzug versehen werden. Sauggebläse sind in der Regel die Komponente, die bei Schneidvorgängen die meiste Energie verbraucht5.

Für ein Schneidgerät stehen verschiedene Schneidtechnologien zur Verfügung, beispielsweise computergesteuerte Messer, Laser, Wasserstrahlen, Plasma oder Ultraschall. Messerschneider eignen sich zum mehrlagigen Schneiden von schweren Textilmaterialien und werden am häufigsten von Herstellern von Textilprodukten eingesetzt5. Der Messerschneidkopf ist mit mehreren Schneidwerkzeugen – Messern, Kerbwerkzeugen, Bohrstempeln und Markierungen – ausgestattet, um den unterschiedlichen Schneid- und Markierungsanforderungen gerecht zu werden. Laserschneider sind die am zweithäufigsten verwendete Schneidmethode und werden häufig zum Schneiden von Einzellagen eingesetzt. Mit Lasern können an Kunstfasern wie Polyester und Nylon ausfranssichere Kanten erzeugt werden. Durch die kontrollierte Laserintensität sind vielfältige Behandlungseffekte wie Schneiden, Kiss-Cutting und Markieren erreichbar. Die Wahl der Schneidmethode hängt von den Materialeigenschaften sowie der Komplexität der zu schneidenden Konturen ab.

Die wichtigste Überlegung bei der Konfiguration eines automatisierten Schneidsystems ist, ob eine einzelne Stofflage oder mehrere Stofflagen geschnitten werden sollen. Der einlagige Zuschnitt ermöglicht kontinuierliche Prozesse und macht einen Breithalter überflüssig, da der Stoff direkt von der Rolle dem Zuschnitt zugeführt werden kann. Zur Steigerung der Produktivität wird ein Schneidtisch mit Förderband eingesetzt, bei dem das Schneiden mit der Vorwärtsbewegung der Schneidfläche fortgesetzt wird. Mit der beweglichen Oberfläche kann mit dieser Konfiguration ein besonders großes Bauteil geschnitten werden, das die Länge des Schneidetisches überschreitet.

Wenn mehrere Stoffstapel zum Schneiden ausgebreitet werden, ist natürlich eine höhere Schneidleistung erforderlich. Ein oszillierendes Messer maximiert die Schneidleistung, indem es sich beim Vorschub des Messers auf und ab bewegt. Die Tiefe des oszillierenden Hubs liegt typischerweise zwischen 5 Millimeter (mm) und 200 mm und muss entsprechend den Schnittbedingungen5 konstruiert werden. Sitz in der TürkeiSerkon Tekstil Makina stellte das intelligente Messer vor, das nicht nur auf und ab, sondern auch von einer Seite zur anderen schwingt. Die zusätzliche Messerbewegung ist hilfreich, um Stücke über dicke Stapel mehrerer Textilschichten präzise zu schneiden. Aufgrund der oszillierenden Bewegungen des Messers muss die Oberfläche von Schneidtischen locker genug sein, um die Bewegung zu unterstützen. Beim Mehrlagenschneiden mit einem oszillierenden Messer besteht die Oberfläche eines Schneidtisches aus Borsten, bei dem es sich typischerweise um einen statischen Flachbetttisch handelt. Diese statische Schnittkonfiguration gewährleistet eine höhere Schnittgenauigkeit als eine Förderbandoberfläche.

Seit Tolland, Connecticut ansässigGerber-Technologie Nachdem das Unternehmen in den 1960er Jahren das erste vollautomatische Schneidsystem eingeführt hat, ist der Markt für automatisiertes Schneiden reifer geworden und wettbewerbsintensiver geworden. Sitz in FrankreichLectraist ein weiterer wichtiger Akteur in der Entwicklung der Schneidtechnologie.

Die Hauptbereiche aktueller Innovationen beziehen sich auf ausgearbeitete Teilfunktionen oder ergänzende Unterstützungen zur bestehenden Schneidtechnologie. Die wichtigsten Bereiche der auf der ITMA 2019 beobachteten Neuentwicklungen lassen sich in drei Aspekte zusammenfassen: Produktivität, Vielseitigkeit und Mustervergleichsfähigkeit.

Um die Produktivität zu steigern, sind einige Schneidautomaten mit einer zusätzlichen Schneidvorrichtung und einer Querstange ausgestattet, die das synchronisierte und gleichzeitige Schneiden durchführt. EntsprechendKuris Spezialmaschinen GmbH In Deutschland können zwei Schneidköpfe die Schneidzeit um bis zu 40 Prozent verkürzen6. Ein weiteres Beispiel für Effizienzsteigerung ist die Implementierung eines automatischen Etikettierers. Diese Technologie wurde von einem in Italien ansässigen Unternehmen vorgestelltMorgan Technical SpA und Serkon Tekstil Makina auf der ITMA 2019. Etikettierer sind in Schneidemaschinen integriert, um menschliche Fehler und Verwirrung beim Entladen nach dem Schneiden zu vermeiden. Die je nach Bedarf unterschiedlich großen Aufkleber werden thermisch bedruckt und in der Mitte jedes zugeschnittenen Stücks angebracht (siehe Abbildungen 1a und 1b). Dadurch sind die notwendigen Informationen inklusive Barcodes sofort auf den geschnittenen Stücken sichtbar.

Vielseitiger Einsatz in einem einzigen Schneidgerät angestrebt, mit Sitz in der SchweizZund Systemtechnik AG hat bei seinen automatischen Schneidegeräten modulare Werkzeuge eingeführt, bei denen die Schneidevorrichtung vom Benutzer interaktiv geändert werden kann (siehe Abbildung 2a). Verschiedene Schneidgeräte – darunter elektrisch oder pneumatisch oszillierende Werkzeuge, Rotations- oder Messerklingen, Lasermodule, Perforier- oder Rillwerkzeuge sowie Markierungs- oder Plotmodule – können für bestimmte Schneidvorgänge in wenigen einfachen Schritten ausgewählt und am Träger montiert werden.

Auf der ITMA 2019, in Deutschland ansässigEurolaser GmbH präsentierte ein automatisiertes Textilschneidesystem, das auf Wollstoffe spezialisiert ist und auf Lasertechnologie basiert (siehe Abbildung 2b). Sein Schneidegerät namens Cut'nProtect Technology ist mit einem Dampfgarer ausgestattet, der den Stoff stabilisieren und glatte, fusselfreie Schnittkanten erzeugen kann. Dieser Schneider verfügt außerdem über eine Doppelschneidvorrichtung mit einem Laser und einer Klinge für Vielseitigkeit.

Traditionell umfasste der Musterabgleich die Vorbereitung geschnittener Markierungen und zwei separate Schneidschritte – Grobschneiden und Feinschneiden5. Obwohl diese Prozesse zeit- und arbeitsaufwändig waren, war die Genauigkeit der Musterübereinstimmung immer noch nicht zu erreichen, und es entstand unnötiger Materialabfall zwischen Grob- und Feinschnitt. Mehrere Unternehmen, darunter Zund, Morgan Technica und Kuris, haben in die Entwicklung von Hardware und Software für den Mustervergleich investiert und auf der ITMA 2019 die verbesserte Fähigkeit zum Mustervergleich demonstriert.

In einem automatisierten System kann der Musterabgleich entweder dadurch erreicht werden, dass auf dem Bildschirm ein Bild der Stoffmuster über dem Markierungstisch erzeugt wird oder Bilder von Markierungen auf den Stoff projiziert werden. Bei der ersten Methode werden Stoffabdrücke von einem optischen Gerät am Schneidkopf gescannt und in die Software zur Markierungserstellung importiert. Kleidungsstückmuster werden platziert und eine Markierung wird über dem Stoffbild vorbereitet (siehe Abbildung 3a). Dadurch kann der Bediener die Schnittparameter für genaue und präzise Schnittergebnisse optimieren. Die letztgenannte Technologie, die oft als visuelle Verschachtelung bezeichnet wird, hilft dem Bediener, Markierungen in Echtzeit anzuzeigen und zu bearbeiten, indem er vor dem Schneiden ein auf die Stoffoberfläche projiziertes Markierungsbild überprüft (siehe Abbildung 3b). Der Bediener kann Teile verschieben oder neu ausrichten, um sie an komplizierte Stoffmuster anzupassen oder mit konstruierten Mustern zu manipulieren. Da der Bediener während der Prozesse immer noch eine wichtige Rolle spielt, gelten diese Systeme als halbautomatisiert.

Die auf der ITMA 2019 hervorgehobene Schlüsseltechnologie von Kuris war das integrierte Kamerasystem, das das zu schneidende Material erfasst und erkennt. Fotografierte Bilder der Stoffoberfläche werden verarbeitet, um Schnittkoordinaten zu berechnen. Diese Technologie ermöglicht es einem einlagigen Schneider, bei Kleidungsstückmustern, die im Sublimationsverfahren gedruckt werden, auch ohne Markierungen zu funktionieren (siehe Abbildung 3c). Basierend auf der Bildgebungstechnologie kann sein Lederschneider auch die willkürlichen Konturen eines Lederstücks erkennen, unterschiedliche Qualitäten der Oberflächenbeschaffenheit bestimmen und automatisch Markierungen direkt auf dem Leder anordnen, die der Qualitätszone entsprechen (siehe Abbildung 3c).

Die Produktionsprozesse bei der Konfektionierung von Kleidungsstücken sind in zwei Teilfunktionen unterteilt: Materialhandhabung und Zusammenfügen von Stoffkomponenten. In der Bekleidungsherstellung wird viel Zeit und Arbeit für die Materialhandhabung aufgewendet, beispielsweise für das Heben, Bewegen, Montieren, Neupositionieren und Neuausrichten von geschnittenen oder halbfertigen Stoffkomponenten. Für eine hohe Qualität ist es wichtig, die Nähte präzise, ​​schonend, wirtschaftlich und effizient zu bearbeiten7. Bei handelsüblichen Arbeitsplätzen erfolgt die Beladung typischerweise manuell, während Näh- und Entladeprozesse automatisiert ablaufen können8.

Im Vergleich zum Umgang mit unflexiblen Materialien ist die Arbeit mit Stoff deutlich anspruchsvoller. Schon bei sehr geringem Druck wie Eigengewicht oder Luftwiderstand verformen sich Stoffe leicht unzulässig. Es wird berichtet, dass die Handhabung während der Produktmontage in 79 Prozent der Fälle manuell erfolgt9. Keines der Werke verarbeitete das Material automatisch, während nur 21 Prozent der Unternehmen halbautomatische Systeme verwendeten. Bei der Herstellung eines Kleidungsstücks macht die Bearbeitungszeit etwa 80 Prozent der gesamten Produktionszeit aus, und etwa 80 Prozent der Fabrikkosten sind auf die Bearbeitungskosten zurückzuführen.4

Es gibt verschiedene Greiftechnologien, die entweder auf Vakuum, Bernoulli-Greifer, Nadeln oder Rollen7 basieren. Bei Vakuumgreifern sind die Greifelemente mit einer pneumatischen Pumpe verbunden und halten den Kontakt zum Greifmaterial10. Durch den Druckunterschied haftet das Greifmaterial an den Saugnäpfen. Bernoulli-Greifer ermöglichen ein berührungsloses Greifen, indem sie durch den direkten Einsatz von Druckluft einen Bernoulli-Effekt erzeugen. Bei Nadelgreifern dringen Nadeln in einem Winkel in das Material ein und werden zum Greifen mit dem Material verzahnt. Bei Rollensystemen kommen häufig Gefrier- und Oberflächengreifer zum Einsatz, die mithilfe von Peltier-Elementen bzw. elektrostatischen Effekten eine vorübergehende Haftung erzeugen.

Allerdings sind diese fortschrittlichen Greiftechnologien in Montagesystemen für Textilprodukte noch nicht weit verbreitet. Szimmat9 berichtete, dass 72 Prozent der aktuellen halbautomatischen Handhabungssysteme keine Greifer verwenden und die restlichen 28 Prozent Nadeln oder Schrottgreifer verwenden. Die einzige ähnliche Anwendung, die auf der ITMA 2019 gefunden wurde, war das Kommissionierpad, das im Rahmen eines laufenden Projekts bei einem in Spanien ansässigen Unternehmen demonstriert wurdeAB Industries . Dabei schweben Werkstücke etwa 2,5 Zentimeter über einer mit Borsten strukturierten Tischoberfläche. Dadurch kann ein 360-Grad-Roboterarm die Werkstücke mithilfe eines einfachen Greifelements problemlos aufnehmen (siehe Abbildung 4). Laut AB Industries befindet sich die Technologie derzeit in der Entwicklung und ist noch nicht kommerzialisiert.

Nähen ist die wichtigste Textilverbindungstechnologie und macht 85 Prozent aller Verbindungsmethoden aus4. Das Nähen ist immer noch auf hochqualifizierte Arbeitskräfte für manuelle Tätigkeiten angewiesen und verursacht 35 bis 40 Prozent der Gesamtkosten4. In den letzten Jahrzehnten haben Hersteller genähter Produkte die Produktionskosten gesenkt, indem sie Produktionsstätten in Entwicklungsländer mit niedrigen Löhnen verlagerten. Diese Geschäftsstrategie nähert sich jedoch dem Ende ihrer Lebensdauer, da sich die Marktbedingungen ändern. In vielen Entwicklungsländern steigen die Arbeitskosten rasant, es herrscht weltweit ein Mangel an qualifizierten Arbeitskräften und das Verbraucherverhalten verändert sich durch Fast-Fashion-Trends schneller denn je. Daher ist die Bekleidungsindustrie aufgefordert, eine Automatisierung beim Nähen anzustreben.

Die beliebteste und am weitesten verbreitete automatisierte Nähkonfiguration, die auf der ITMA 2019 beobachtet wurde, war die konventionelle Nähmaschine, die an Stoffverarbeitungsmaschinen wie einer Wickel- oder Kalandriereinheit montiert ist. Mehrere Unternehmen, darunter auch mit Sitz in SpanienTexma Machinery SLund in Italien ansässigComatex Textile Machinery Srlnutzte diese Art von Konfiguration, um Kanten fertigzustellen, Stoffrollen zu verbinden oder eine röhrenförmige Struktur aus einer Stoffrolle herzustellen (siehe Abbildungen 5a und 5b).Monti-mac Srl , Italien, liefert eine Reihe mobiler Nähmaschinen für diese Konfiguration (siehe Abbildung 5c). Für den Fall, dass während des Nähvorgangs gleichzeitig Nassprozesse stattfinden, wird bei einigen Nähanlagen eine pneumatische Stromversorgung eingesetzt. Die für diese Anwendungen üblicherweise verwendeten Sticharten sind entweder Kettenstiche (Klasse 100 oder 400) oder Overlockstiche (Klasse 500), da Nähmaschinen für diese Sticharten mit einer kontinuierlichen Unterfadenzufuhr ausgestattet sind, die zum Laden der Fäden kein Anhalten der Maschine erfordert .

Ein automatisches Spulenwechselsystem ist eine innovative Lösung für mehr Effizienz beim Nähen. Bei Doppelsteppstichmaschinen mit 301-Stich-Stich hält eine voll geladene Spule beim kontinuierlichen Nähen weniger als 20 Minuten und häufige Spulenwechsel stellen einen berüchtigten Nähengpass dar8. Das automatische System basiert auf zwei Prinzipien: Es prüft die verbleibende Menge an Unterfaden und ersetzt diese durch eine gefüllte Spule, sobald die vorgegebene Menge an Restfaden erreicht ist.

RSG Automation Technics GmbH & Co. KG , Deutschland, stellte auf der ITMA einen vollautomatischen Spulenwechsler vor. Sein patentierter Spulenprüfer verwendet eine einzigartige Spule, die mit einer bestimmten Kombination von RGB-Farben codiert ist (siehe Abbildung 6a). Während sich die Spule während des Maschinenbetriebs dreht, überwacht ein Lichtsensor den Farbablauf und erkennt normale Spulenbewegungen oder Fehler, wenn die Fäden ausgehen. In der auf der ITMA 2019 ausgestellten Einheit befindet sich in der Nähe eine magazinartige Spulenstation mit 15 gefüllten Spulenkapseln, während ein Platz von 16 Plätzen für den Wechsel leer bleibt (siehe Abbildung 6b). Dies führt zu minimalen Produktionsstopps, bei denen die Nähmaschine jeweils nur für 6 bis 8 Sekunden zum Spulenwechsel anhält.

Die Prinzipien des automatisierten Nähens variieren je nach Geometrie der Nähbahnen. Zweidimensionale Nähte lassen sich problemlos mit der CNC-Nähtechnik erstellen, bei der einzelne oder doppelte mobile Nähköpfe entlang einer programmierten Nahtbahn über Textilien fahren. Für kompliziertere Fälle zur Umwandlung von 2D-Stoffen in 3D-Nähte wird der Nähkopf von einem Roboter im 3D-Raum entlang der Nähbahnen geführt, während die Stoffe in einer 3D-Form positioniert werden. Allerdings weisen in vielen dieser Fälle zwei Stoffstücke entlang der zu verbindenden Naht unterschiedliche Konturen oder Krümmungen auf. Bei dieser Art von Nähten müssen die Stoffe dreidimensional positioniert und bei jedem Stich eine unterschiedliche Spannung auf die Stoffe ausgeübt werden.

Bei einer 2D-Nähkonfiguration werden eine oder mehrere Textillagen innerhalb fester Nährahmen genäht. Durch das Einklemmen der Stoffstücke in die Halterungen wird ein flexibles Materialhandling vermieden. Der Halter führt den Nähkopf entlang programmierter Nahtkonturen in x- und y-Richtung. Diese Nähkonfiguration wird hauptsächlich für Zier- und Designnähte verwendet. Die Größe des Nähfeldes wird grundsätzlich durch die physikalischen Abmessungen der Linearachsen in der Maschine begrenzt. Große Maschinen können eine Nähfläche von bis zu 3 x 3 Metern bewältigen, während kleine Maschinen weniger als 10 x 10 cm4 abdecken können. Große CNC-Nähmaschinen dienen zum Quilten einer Decke oder einer Matratze (siehe Abbildung 7a). Typischerweise wird eine kleine Maschine verwendet, um automatisch Pflege- oder Markenetiketten in Kleidung einzunähen (siehe Abbildung 7b).

Aktuelle Fortschritte bei automatisierten Nähsystemen sind auf bestimmte Vorgänge beschränkt. Verschiedene halbautomatische Nähautomaten und -einheiten sind von vielen Anbietern, darunter auch aus Japan, im Handel erhältlichJuki Corp., Sitz in ItalienRI.MA.CSrl, und in Deutschland ansässigDurkopp Adler AG . Auf der ITMA 2019 stellte Juki eine Reihe automatischer Nähmaschinen für Knöpfe, Knopflöcher und Riegel vor; während Rimac eine automatische Bindemaschine zum Fertigstellen runder Ecken von Bettwäsche und Auto-Fußmatten vorstellte (siehe Abbildung 8). Das Werkstück wird an den Ecken mithilfe eines motorisierten Arms gedreht, um eine konstante Krümmung zu erzeugen, während das Textilband automatisch durch eine Zuführeinheit eingeführt wird.

Dürkopp Adler stellte auf der ITMA 2019 ein modulares Produktionssystem vor, indem es eine Doppelrahmentaschensequenz vorführte (siehe Abbildung 9). Eine Leistentasche wird mit einem Zweinadel-Doppelsteppstichkopf mit Mittelmesserschneider und Nadelvorschubmechanismus hergestellt8. Nährahmen mit festem Nahtverlauf werden zum Schablonennähen eingesetzt und spannen Werkstücke während der Arbeitsgänge ein. Der Prozess ist eine halbautomatische Konfiguration und erfordert, dass der Bediener die Teile ausrichtet und dem System zuführt.

Ein Unternehmen, das nicht an der ITMA 2019 teilgenommen hat, aber mit seinen Sewbots einen wesentlichen Beitrag zur automatisierten Nähindustrie leistetSoftware Automation Inc. , Atlanta. Die wichtigste technologische Innovation ist die Integration fortschrittlicher Computer-Vision-Systeme, die einzelne Fäden an der Nadel verfolgen und die präzise Bewegung des Stoffes koordinieren8. Sewbots handhaben einen Stoff mithilfe eines Roboterarms und eines 360-Grad-Fördersystems. Ein vierachsiger Roboterarm kann mit einem Vakuumgreifer ein Stoffstück anheben und platzieren, während ein Fördertisch den Stoff einer Näheinheit zuführen kann. Der Tisch ist mit in die Oberfläche eingelassenen Kugelrollen, sogenannten Budgern, ausgestattet. Dank dieser Wellenbewegungen kann sich jedes Stoffstück je nach Bedarf problemlos in jede Richtung über den Tisch bewegen.

Sitz in Terrebonne, QuebecAutomatex Inc. demonstrierte auf der ITMA 2019 eine vollautomatische Produktionseinheit für Kissenbezüge, in der aufeinanderfolgende Produktionsaufgaben wie Zuschneiden, Falten, Nähen, Etikettieren und Verpacken in einer einzigen Einheit erledigt werden. Ähnliche Systeme werden von Italienern angebotenMagetron Srl., mit Sitz in DeutschlandTexpa Maschinenbau GmbH & Co. KGund in Deutschland ansässig Carl Schmale GmbH & Co. KG für die Handtuchproduktion. Bisher sind kommerziell verfügbare Produktionssysteme mit vollautomatischer Produktionsfähigkeit auf flächige Textilprodukte wie Handtücher, Bettwäsche und Teppiche beschränkt.

Für 3D-Nähvorgänge müssen Nähköpfe an Robotern montiert und von diesen gesteuert werden. Da viele Prozesse und Schritte halbautomatischer Maschinen integriert werden müssen, ist es schwierig, eine wirtschaftliche und flexible Produktion aufrechtzuerhalten. Es sind große Investitionen erforderlich und Robotersysteme werden noch nicht für Bekleidungsproduktionslinien eingesetzt. Allerdings wurde eine Produktionsdemonstration von einem in Italien ansässigen Unternehmen durchgeführtACG Kinna Automatik lieferte eine beeindruckende, zukunftsweisende Darstellung für die automatisierte Produktion. Ein vollautomatisches System namens Borsoi handhabte mithilfe von Robotern ein 3D-Kissen. Insbesondere war Borsoi in der Lage, in einer einzigen kontinuierlichen Produktionslinie einen Kissenbezug aufzunehmen, die Nahtöffnung zu sichern, den Kissenbezug zu stopfen, das Kissen zu transportieren, die Öffnung zu schließen und ein fertiges Produkt in eine Plastiktüte zu verpacken (siehe Abbildungen 11a–11g). . Alle Werkstücke werden zwischen den einzelnen Aufgaben mithilfe von Roboterarmen mit Klemmen gehandhabt und vorwärts bewegt.

Die Erledigung von mehr als einer Produktionsaufgabe ist ein wichtiger Aspekt bei der Weiterentwicklung automatisierter Nähsysteme. Wie mehrere Unternehmen auf der ITMA zeigten, muss eine Nähmaschine in den bestehenden Ablauf anderer Vorgänge in den Montageprozessen integriert werden, wie zum Beispiel Stopfzuführungen oder Nahtpresser. Die Konfiguration automatisierter Nähsysteme hängt vom Produktdesign und den Produktionsplänen ab, und jedes Produktionssystem muss möglicherweise für verschiedene Bekleidungsprodukte angepasst werden. Bemühungen zur Produktstandardisierung würden die Belastung verringern. Unternehmen wie RSG Automation Technics bieten kundenspezifische Dienstleistungen für Textilproduktanlagen an.

Die Textilindustrie führte im 19. Jahrhundert die erste industrielle Revolution an, die den Übergang von der handwerklichen Produktion zu Fertigungssystemen auf Basis mechanischer Kraft mit sich brachte. Die zweite industrielle Revolution ermöglichte Industrialisierung und Massenproduktion, während die dritte Revolution auf Digitalisierung und Automatisierungstechnologien basierte. Heutzutage sind Produktionslinien mit programmierbaren Maschinen ausgestattet und die Industrie befindet sich derzeit auf dem Weg zur vierten industriellen Revolution.

Industrie 4.0 ist eine strategische Initiative der Bundesregierung im Jahr 201111. Die Initiative wurde ins Leben gerufen, weil die Versuche zur Senkung der Herstellungskosten nahezu ausgeschöpft waren und neue Strategien erforderlich sind. Berichten zufolge kann eine Industrie 4.0-Fabrik Kosteneinsparungen von 10 bis 30 Prozent in der Produktion, 10 bis 30 Prozent in der Logistik und 10 bis 20 Prozent im Qualitätsmanagement ermöglichen12. Weitere erwartete Ergebnisse sind kürzere Vorlaufzeiten, verbesserte Kundenreaktionsfähigkeit, erschwingliche Massenanpassung, eine arbeiterfreundliche Umgebung und eine effizientere Nutzung natürlicher Ressourcen und Energie11. Insbesondere Industrie 4.0-Lösungen können Schlüsseltechnologien für die intelligente Textilproduktion liefern – einen der größten Wachstumsbereiche in der Textilindustrie. Der Weltmarkt für intelligente Textilien wird bis 2026 voraussichtlich 3 Milliarden US-Dollar betragen.

Das Hauptkonzept von Industrie 4.0 ist intelligente Automatisierung basierend auf Interoperabilität und Konnektivität. Die Anwendung von Cyber-Physical Systems (CPS) und Internet of Things (IoT) auf industrielle Produktionssysteme ist wichtig für Industrie 4.0. Produktionsanlagen sind CPS, also die physische Ausrüstung, die mit Komponenten der Informations- und Kommunikationstechnologie integriert ist. Autonome Systeme sind in der Lage, auf Basis maschineller Lernalgorithmen und Echtzeitdaten eigene Entscheidungen zur Selbstorganisation und Selbstoptimierung zu treffen13.

Auf der ITMA 2019 wurden vernetzte Systeme vorgestellt, die in Maschinen zur Bekleidungsherstellung integriert sind. Das Juki Advanced Network System (JaNets) ist eine Software in Kombination mit unterstützender Hardware, bei der Nähmaschinen in einer Produktionslinie miteinander verbunden sind, um Daten über Produktionsaktivitäten bereitzustellen. Digitale Nähmaschinen sind eine wesentliche Komponente zur Erfassung detaillierter Nähdaten einschließlich Fehlercodes (siehe Abbildung 12a). An jedem Arbeitsplatz positionierte Terminals ermöglichen eine detaillierte Analyse des Produktionsfortschritts in Echtzeit und verkürzen die Reaktionszeit bei Problemen.Suzhou Transparent Electronic Technology Co. Ltd., China, (TPET®) schlägt außerdem eine Smart-Factory-Plattform für die Herstellung von Heimtextilien vor. Sein System besteht aus einer Reihe digitaler Maschinen, die miteinander verbunden sind, um Produkte herzustellen, Anlagen zu überwachen, Analysen durchzuführen und Geräte sowie Materialien zu transportieren (siehe Abbildung 12b). Dies ermöglicht eine vorausschauende Wartung von Produktionsanlagen auf Basis der Erfassung und Analyse großer Datenmengen.

Das Konzept des On-Demand-Kleidungsdesigns und der On-Demand-Produktion – bei der ein Bekleidungsprodukt nach Eingang der individuellen Bestellung hergestellt wird – beginnt sich durchzusetzen14. Die Systeme bestehen aus einer Datenbank für Bekleidungsdesign und einer Reihe von Fertigungsmaschinen für den Textildruck, den Zuschnitt und die Montage. Intelligente Automatisierung ist unerlässlich, um die Kosten zu senken und die Durchlaufzeit zu verkürzen. Auf der ITMA 2019 wird deutlich, dass die Textil- und Bekleidungsindustrie jeden Tag stetige Fortschritte in Richtung Industrie 4.0 macht.

Die jüngste ITMA hat den fortgeschrittenen Stand der Automatisierung in der Bekleidungsherstellung hervorgehoben. Der größte Trend beim Schneiden ist der Einsatz optischer Bildgebungstechnologien; und die Schneider werden produktiver, vielseitiger und präziser. Im Vergleich zum Zuschneiden befindet sich die Entwicklung der Nähautomatisierung noch in einem primitiven Stadium, da in automatisierten Konfigurationen nur eine begrenzte Nähfähigkeit möglich ist. Die nahtlose Integration kundenspezifischer Funktionen in bestehende Produktionslinien ist derzeit der größte Trend im automatisierten Nähen.

Verweise:

1Nayak, R. und Padhye, R. (2018). Automatisierung in der Bekleidungsherstellung. In R. Nayak und R. Padhye (Hrsg.), Automatisierung in der Bekleidungsherstellung (S. 1-27). Sawston, Cambridge: Woodhead Publishing.

2Burns, L., Mullet, K. und Bryant, N. (2011). Das Modegeschäft: Design, Herstellung und Marketing. New York, NY: Bloomsbury Publishing.

3Vilumsone-Nemes, I. (2018b). Industrielles Schneiden von Textilmaterialien (S. 139-164). Sawston, Cambridge: Woodhead Publishing.

4Gries, T. und Lutz, V. (2018). Anwendung von Robotik in der Bekleidungsherstellung. In R. Nayak und R. Padhye (Hrsg.), Automatisierung in der Bekleidungsherstellung (S. 179–197). Sawston, Cambridge: Woodhead Publishing.

5Vilumsone-Nemes, I. (2018a). Automatisierung beim Spreizen und Schneiden, in R. Nayak und R. Padhye (Hrsg.), Automatisierung in der Bekleidungsherstellung (S. 139-164). Sawston, Cambridge: Woodhead Publishing.

6Kuris Spezialmaschinen GmbH (2010). Cutty, Retrieved from https://www.kuris.de/wp-content/uploads/2010/12/KURIS_CuttyDoppelbrucke_4Seiter-GB-Web.pdf

7Lutz, V., Fruh, H., Gries, T. und Klingele, J. (2018). Automatisierung in der Materialhandhabung, in R. Nayak und R. Padhye (Hrsg.), Automatisierung in der Bekleidungsherstellung (S. 165–177). Sawston, Cambridge: Woodhead Publishing.

8Jana, P. (2018). Automatisierung in der Nähtechnik, in R. Nayak und R. Padhye (Hrsg.), Automatisierung in der Bekleidungsherstellung (S. 199–236). Sawston, Cambridge: Woodhead Publishing.

9Szimmat, F. (2007). Beitrag zur Trennung der Komponenten von Gleitstücken mit ebener Biegung. Stuttgart, Deutschland: Fraunhofer-Gesellschaft.

10Aminpour, R. (2017). Automatisierte Stoffauswahl, US-Patent Nr. 2017/0259445 A1.Washington, DC: US-Patent- und Markenamt.

11Rojki, A. (2017). Industrie 4.0-Konzept: Hintergrund und Überblick. International Journal of Interactive Mobile Technologies, 11(5), 77-90.

12Bauernhansl, T., Krüger, J., Reinhart, G. und Schuh, G. (2016). WGP-Standpunkt Industrie 4.0. Berlin, Deutschland: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik.

13Kusters, D., Prab, N. und Gloy, Y. (2017). Textile Lernfabrik 4.0 – Deutschlands Textilindustrie auf die digitale Zukunft vorbereiten, Procedia Manufacturing, 9(1), 214-221.

14Aminpour, R., Barnet, A., Liang, N., Alexander, A., Wilson, J. und Mata, J. (2017). On-Demand-Bekleidungsherstellung, US-Patent Nr. 9.623.578. Washington, DC: US-Patent- und Markenamt.

Anmerkung des Herausgebers: Dr. Minyoung Suh ist Assistenzprofessor am Wilson College of Textiles an der NC State, Raleigh, NC, in der Abteilung für Textil und Bekleidung, Technologie und Management. Dieser Artikel wurde für Textile World aus einem Artikel von Dr. Suh adaptiert, der im Journal of Textile and Apparel, Technology and Management (JTATM) des NC State Wilson College of Textiles veröffentlicht wurde. Das Originalpapier kann hier eingesehen werden: http://bit.ly/2020cutandsew.

März/April 2020