Image: Hyperflexible Fertigung von morgen?FERCHAUFERCHAUMatrix-Produktion – Zukunft aller Produktionsprozesse? | BlackJack3D
TechnikMatrix-Produktion

Hyper­fle­xible Ferti­gung von morgen?

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Monique Opetz

Monique Opetz

Freie Journalistin

Anstatt in starren Prozessen sollen Produkte zukünftig in wandlungs­fä­higen Fertigungs­zellen hergestellt werden – durch intelligent vernetzte Wertschöp­fungs­ketten und eine entkoppelte Logistik. Mithilfe mobiler Transport­sys­teme, die Roboter mit Material versorgen, möchte das Industrie-Unternehmen Kuka die flexible Produktion auf die nächste Stufe heben und verschie­dene Bauteile auf einer Anlage produzieren.

02. Mai 2018

Stellen Sie sich eine rasterförmig aufgebaute Produkti­ons­halle vor. 32 regelmäßig angeordnete Produkti­ons­zellen sind jeweils ausgestattet mit vier Robotern sowie Drehtischen für Bauteile und Werkzeuge. In den „Straßen“ dazwischen sind zahlreiche fahrerlose Transport­sys­teme unterwegs, die jeweils eine Fertigungs­zelle als Ziel haben. Die automatisch gesteuerten „Kästen“ fahren mit den benötigten Bauteilen zu den entsprechenden Zellen. Dort angekommen kümmern sich die Industrie­ro­boter um die Lieferung: Sie nehmen Teile für eine Autotür auf und fügen sie zusammen. Dabei hält ein Roboter das eine, ein anderer Roboter ein weiteres Teil, sodass die Prozessro­boter entsprechend schweißen, löten, kleben oder clinchen können. Das fertige Bauteil laden die Roboterarme schließlich auf das wartende Automated Guided Vehicle (AVG), das zu einer weiteren Fertigungs­zelle für den nächsten Produkti­ons­schritt fährt.

Vier der 32 Zellen werden gerade parallel zur laufenden Produktion umgerüstet. Das geschieht automatisch ohne Wartezeiten und Produkti­ons­aus­fälle. Während die neuen Produkte in einzelne Zellen nach und nach integriert werden, verteilt sich die bisherige Produktion auf die verbleibenden Zellen, die schließlich ebenfalls sukzessive umgerüstet werden. Nachdem die AVG die dafür nötigen neuen Werkzeuge und Bauteile organisiert haben, kann die neue Baugruppe produziert werden. So können unterschied­liche Produktva­ri­anten in variablen Stückzahlen im Rahmen industri­eller Massenpro­duk­tion produziert werden, bis hin zu Losgröße 1.

Von der Vision zur Pilotanlage

Diese Vision stellte Kuka erstmals vor zwei Jahren auf der Industrie­messe in Hannover vor. Damals konnten Besucher mit 3D-Brillen einen virtuellen Karosseriebau der Automobil­in­dus­trie verfolgen. Aus dem dreidimen­sio­nalen, animierten Fertigungs-Szenario ist mittlerweile eine reale Pilotanlage entstanden. Seit März 2018 lässt sich die Matrix-Produktion in Augsburg live erleben. In der Testzelle werden Autotüren und Radhausbrü­cken verschie­dener OEMs auf derselben Anlage produziert. Besucher sehen, wie schnell die produktneu­trale Fertigungs­zelle umgerüstet werden kann. Dabei bilden die AVGs und das Warehouse – das zentrali­sierte Material­lager – die Intralogistik ab. Für den automati­schen Prozessab­lauf sorgt eine spezielle Software, die sowohl die Produktion als auch die autonomen Transport­sys­teme steuert, deren Batterie­status sowie den aktuellen Stand der Produkti­ons­zellen kennt.

Fahrräder und Waschmaschinen auf ein und derselben Anlage

„Durch die konfigurier­baren Produkti­ons­zellen kombiniert mit der frei programmier­baren Intralogistik, machen wir unsere Kunden fit für eine flexible, wandlungs­fä­hige Produktion“, sagt Dr. Johann Härtl, Head of Competence Center der Kuka Divsion Automotive. So könnten an einem Tag etwa Fahrräder und am nächsten Waschmaschinen auf ein und derselben Anlage produziert werden. Vorausset­zung dafür sei lediglich, dass die Produkti­ons­zellen für die jeweils nötigen Prozesse werkzeug­tech­nisch einmal vorbereitet und die Roboter entsprechend geteached und programmiert wurden. Somit ermöglicht die Matrix-Produktion nicht nur unterschied­liche Produktva­ri­anten auf der gleichen Produkti­ons­linie, sondern unterschied­liche Produkte auf ein und derselben Anlage.

Vorteile und Hürden der Matrix-Produktion

Die Wandlungs­fä­hig­keit der Anlage ist das entschei­dendste Kriterium des Matrix-Konzeptes. Zudem soll das System nicht mehr Platz benötigen als bisher übliche starr verkettete Produktionen. Durch das Warehouse ist das Material­lager zentrali­siert und Zwischen­la­ge­rungen sind hinfällig. Zudem ist die Anlagengröße modular ausbaubar, denn die Produkti­ons­zellen können in fast beliebiger Anzahl auf einem Raster angeordnet werden.

Ob und wann das Konzept der Matrix-Produktion also tatsächlich Einzug in die Fabrikhallen hält, bleibt abzuwarten. An der TU Braunschweig etwa untersuchen mehrere Master-Arbeiten die Kapazitäts-, Konfigura­tions- und Produkti­ons­pla­nung von Matrix-Lösungen. Momentan bietet dieses Fertigungs­kon­zept jedenfalls noch jede Menge Stoff für die Forschung.