Image: Digitale ProduktionDas Ziel der Industrie: Die Losgröße 1. R2D – Digitale Produktion als interessantes Projekt. | PhonlamaiPhoto
TrendLosgröße 1 in greifbarer Nähe

Digi­tale Produk­tion

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Sven Hansel

Sven Hansel

Freier Journalist

Personali­sierte Produkte mit der Geschwin­dig­keit und zu den Kosten der Serienfer­ti­gung – das gelingt Adidas mit der Speedfac­tory. Statt Massen auf Vorrat zu produzieren, geht es hier um kleinste Mengen bis hin zur Losgröße 1. Ein ambitioniertes Forschungs­pro­jekt könnte auch anderen Unternehmen auf die Sprünge helfen.

15. Oktober 2019

Es bleibt der Traum der herstellenden Industrie: Durch die Unterstüt­zung von digitalen Fertigungs­ver­fahren individu­elle Produktionen zu den Kosten einer Serienfer­ti­gung realisieren, die Losgröße 1 zu ermöglichen.

Denn solange es nicht um sehr einfache Gegenstände geht, setzt die Komplexität der Produktion den Träumereien oft Grenzen. Die Speedfac­tory des Sportschuh­her­stel­lers im fränkischen Ansbach ist da noch die Ausnahme. Allerdings: In der Vorzeige­fa­brik kommt kostspie­lige Ausnahme-Technologie zum Einsatz. Mit Laserstrahlen beispiels­weise werden in 3D-Druckern die Sohlen für das individua­li­sierte Schuhwerk aus flüssigem Harz geformt. Darüber hinaus ist die Anlage unter anderem durch die Bundesre­gie­rung und ihr „Zukunfts­pro­jekt Industrie 4.0“ sowie durch Investoren finanziert worden. Demnach ist das Projekt noch kein Vorbild für die mittelstän­di­sche Industrie insgesamt, das zeigt gerade das Beispiel 3D-Druck.

Galt dieser beispiels­weise noch vor ein, zwei Jahren als Allheilmittel für Spezialfer­ti­gungen in Losgröße 1 in der Industrie, so kehrte mittlerweile Ernüchte­rung ein. Gerade einmal Teile des seitlichen Blinkers (Side Scuttles) und die Dekorleisten auf der Beifahrer­seite kann BMW seinen Mini-Käufern aus dem 3D-Drucker anbieten. Auch VW etwa treibt sein „HP Metal Jet“-Verfahren für etwa den Druck von Schaltknäufen weiter an, aber von der Serienreife ist man auch hier noch entfernt.

In eine ganz andere Richtung geht da ein Ansatz des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Ziel eines gemeinsamen Projektes mit seiner Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS, der Siemens AG, Simplifier AG und KINEXON Industries GmbH, das im August zu Ende ging, war die Entwicklung eines Cyber-Physischen Produkti­ons­sys­tems (CPPS) für die Massenpro­duk­tion bei Losgröße 1. Getauft auf „R2D – Road to Digital Production“, lag hier der Schwerpunkt auf einer zellenba­sierten Fertigung.

Smarter Tag sorgt für autonome Prozesse

Die Idee erklärt die Fraunhofer-Arbeitsgruppe für Supply Chain Services in einer Pressemit­te­lung so: „Um die Wertschöp­fungs­kette der Produktion vertikal bis auf die Werkstatt­ebene herunter digital zu integrieren, begleitet ein Smart Production Tag mit Kommunika­tions- und Ortungsfunk­tio­na­lität das zu fertigende Produkt – in dem Fall den Elektromotor – durch den gesamten Produkti­ons­pro­zess.“ Dieser Tag ist, vereinfacht ausgedrückt, eine Weiterent­wick­lung des klassischen RFID-Tags, der mehr Informationen aufnehmen kann. Anhand der mitgeführten Produktdaten und der gewonnenen Kontextin­for­ma­tionen kann dieser Tag eigenständig Prozessschritte erkennen, protokol­lieren und steuern.

Eingesetzt wurde die zellenba­sierte Fertigung für die Produktion von Niedervolt­mo­toren bei Siemens. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eben alles andere als standardi­siert abläuft. „Die Motoren haben beispiels­weise individu­elle Verschrau­bungen, Lüfter oder Kühlvorrich­tungen und jeweils andere Motoren mit unterschied­li­cher Leistung“, berichtet Andreas Hölczli aus der Fraunhofer-Arbeitsgruppe für Supply Chain Services SCS. Also ein ideales Forschungs­feld für die Realisie­rung der Losgröße 1.

Fahrzeug entscheidet selbsttätig

Durch die Digitali­sie­rung der Produktion sollten Teilprozesse automati­siert werden. Etwa derart, dass ein fahrerloses Fahrzeug einen fest installierten Kran ersetzt und so mehr Flexibilität in die Fertigung bringt. Das Gefährt erkennt seine Umwelt sowie die Auftrags­lage, weiß, wo welche Materialien für die nächsten Fertigungs­schritte liegen, kann dann individuell entscheiden und agieren. Die klassische Montagelinie weicht auf diese Weise modularen Fertigungs­zellen: Das Montageob­jekt wird mit den fahrerlosen Transport­fahr­zeugen dann automati­siert an die entsprechende Fertigungs­zelle geleitet, in der es dezentral den nächsten Prozessschritt kommuniziert und einleitet. Wenn an einer Fertigungs­zelle zu viel los ist, weicht es zu einer anderen aus. 

Infrastruktur-Integration ein Erfolgskri­te­rium

Diese neuartige digitale Produktion braucht vor dem eigentli­chen Start aber nicht nur einen klar definierten Produkti­ons­pro­zess. Zudem, so die Fraunhofer-Arbeitsgruppe, muss Software entwickelt werden, die die zu kommunizie­renden Daten in die vorhandene Infrastruktur integriert. Echtzeit­lo­ka­li­sie­rungs­system liefert hier Unterstüt­zung für die dezentrale Steuerung des CPPS. So können die fahrerlosen Transport­fahr­zeuge lokalisiert werden und von selbst zur nächsten Fertigungs­zelle navigieren. Die vernetzten Mitarbeiter werden ebenfalls digital unterstützt. Sie erhalten Apps für Tablets, Smartwat­ches und Eye-Tracking, nutzen die generierten Daten und runden das Projekter­gebnis an der Mensch-Maschine-Schnittstelle funktional ab.

Enormer Zeitgewinn

Das Ergebnis dieser innovativen digitalen Produktion kann sich sehen lassen: „In R2D gelang es uns, den Vorlauf der Fertigungs­pla­nung von etwa zehn Tagen auf knapp eine Stunde zu senken. Die Steuerungs­auf­wände wurden geringer, die Werker entlastet“, berichtet Andreas Hölczli. Dadurch, dass auch die Arbeiter im Projekt mit Apps ausgestattet waren, statt in der klassischen Zettelwirt­schaft zu agieren, wurden auch hier Entlastungen erreicht und Flächen effizienter genutzt. Kurz und gut: „Wir sind dem Ziel einer dezentral organisierten Fertigung ein gutes Stück nähergekom­men“, so Hölczli.