Industrie 4.0 – Alternativen zur Linienfertigung

Produktion ohne starre Pläne

Industrie 4.0 ist in aller Munde und wirft viele Fragen auf. Wie lässt sich beispielsweise eine hochgradig flexible Produktion zu den Kosten und mit dem Tempo einer Linienfertigung erreichen? Die Lösung der Forscher des Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK): Produktion ohne starre Pläne und feste Verkettungen, die das menschliche Koordinations- und Entscheidungsvermögen zu einem zentralen Bestandteil der Ablaufsteuerung macht.

Ein Problem der klassischen Linienfertigung: Fällt eine Maschine aus, steht die ganze Linie still. Zudem ist es aufwändig bis unmöglich, auf Linien Klein- oder Kleinstaufträge mit besonderen Anforderungen oder Produktmerkmalen zu fertigen. „Will man hier flexibler werden, bietet es sich an, die Verkettung aufzuheben“, sagt Eckhard Hohwieler, Leiter der Abteilung Produktionsmaschinen und Anlagenmanagement am IPK.

Maschinen zu Inseln gruppieren

Eine Alternativen zur Linie ist die Werkstattfertigung. Dabei werden Maschinen für ähnliche Fertigungsaufgaben zu Inseln zusammengestellt – etwa mehrere Drehmaschinen zu einer Drehmaschineninsel. „Dann aber braucht man Methoden, die gewährleisten, dass ein Produkt die Fertigung zügig und zuverlässig durchläuft. Sonst wird am Ende ein Bearbeitungsschritt vergessen oder ein Auftrag bleibt auf halbem Weg durch die Produktion stecken, weil keiner weiß, wo er als nächstes hin soll“, so Hohwieler.

Als Lösung hat das IPK eine integrierte Industrie 4.0-Fabrik entworfen, die auf der weltweit wichtigsten Industriemesse „Hannover Messe 2016“ kommenden April präsentiert wird. Die Fabrik macht mit einer neuartigen Prozessorganisation die feste Verkettung überflüssig, ohne dass der zuverlässige Produktionsdurchlauf der Linie verloren geht. Dabei sorgen IT-getriebene Werkzeuge dafür, dass Mitarbeiter auf allen Hierarchieebenen zu jeder Zeit genau die Informationen erhalten, die sie benötigen, um ihren Teil zur termingerechten Fertigstellung des Produkts beitragen zu können – vom Prozessmanagement über die Produktionsplanung bis zur Endmontage.

Komplexe Software eingesetzt

Teil der Fabrik ist ein Agentensystem, das die Umsetzung des Fertigungsplans überwacht. Die Agenten – Bestandteile der Agentensystem-Software – informieren unter anderem die Mitarbeiter an den einzelnen Stationen der Werkstatt, welche Maschine für den nächsten Bearbeitungsschritt eines Auftrags vorgesehen ist. Sie assistieren zudem, wenn Umplanungsbedarf entsteht – etwa weil eine Maschine ausfällt.

Mittels einer aufwendigen Simulation klären die Forscher weiterhin, ob die Inselfertigung tatsächlich in jedem Fall besser arbeitet als die technisch bereits sehr ausgefeilte klassische Linienfertigung. Im Modell wird durchgespielt, welche Kombination aus zentraler Planung und flexibler Umplanung für welchen Anwendungsfall geeignet ist – und welche Eingriffe durch die Werker sinnvoll sind. Dabei wird auch simuliert, wie die Werker in der Halle mit den nötigen detaillierten Informationen versorgt werden können, etwa über Smart Devices.

Die Simulation der Werkstattproduktion macht alle Abläufe in der Fertigung auf einem 3D-Bild sichtbar. Bei der Präsentation auf der Hannover Messe 2016 (Halle 17, Stand C18) kombinieren die Forscher die Simulation mit einem modellgetriebenen Industrie-Cockpit und einem zweiarmigen Montageroboter.

Foto © Fraunhofer IPK: Alle Fertigungsabläufe sind auf dem Monitor zu sehen.