Alternative Produktion Mit Matrixproduktion und SWAP-IT gegen Fachkräftemangel

Anbieter zum Thema

Maschinenbau Kitz GmbH

Conductix-Wampfler GmbH

IEF-Werner GmbH

Fraunhofer Institut IWU und Funktionsleichtbau

Fraunhofer-Forscher machen sich Gedanken, wie die Arbeits- und Produktionswelt von morgen aussehen könnte. Das hat seinen guten Grund und bringt Vorteile ...

Auslastungsoptimierte, flexibel angeordnete Fertigungsmodule, die durch fahrerlose Transportsysteme bestückt werden und eine Vielzahl von Produkten fertigen können, ist ein Teil der Überlegungen der IWU-Forscher. Hinzu kommt eine Fertigungsplanung und -steuerung, die diese Module flexibel belegen und durch Segmentierung und „intelligente“ Verteilung von Fertigungsumfängen auch große Bauteile in kleinen Anlagen herstellbar macht, wie es weiter heißt. Das ist der Mix aus Matrixproduktion und SWAP-IT. Er ergebe eine Produktionsinfrastruktur, die eine hocheffiziente Fertigung auch kleinerer Stückzahlen ermögliche. Aber nicht nur das, denn eine solche Infrastruktur sei auch der Anstoß zu neuen Arbeitsweisen, wenn bisher manuell ausgeführte Umfänge automatisiert werden müssten, weil etwa die Fachkräfte nach und nach fehlten.

Deshalb muss sich die Produktion radikal ändern

Matrixproduktionssysteme zeichnen sich durch ihre Flexibilität und die Möglichkeit nahtloser Koordination zwischen menschlicher Arbeit, Maschinen und automatisierten Prozessen aus. Die Fraunhofer-Institute IWU und IPA zeigen in ihrer für Acatech angefertigten Expertise auf, wie sehr eine Produktion von veränderten Rahmenbedingungen betroffen ist und welche Handlungsoptionen sich ergeben. Prof. Dr. Steffen Ihlenfeldt, Institutsleiter am Fraunhofer IWU, erklärt: „Wir beobachten, dass sich Märkte schnell und kaum vorhersehbar verändern. Die Produktion spricht von VUCA, einem Akronym aus Volatilität, Ungewissheit, Komplexität und Ambiguität.“ (Ambiguität = Mehrdeutigkeit. Im Extremfall ist das die Unkenntnis über etwas). Konsequenterweise müsse sich damit auch die Produktion radikal ändern. Der Experte ist überzeugt, dass Matrixarchitekturen oder generell flexible Fertigungssysteme die perfekte Antwort sind. In zwei aktuellen Projekten entwickelt das Fraunhofer IWU zusammen mit Partnern dazu völlig neue Prozessketten und Methoden zur Mitarbeiterqualifizierung für die flexible Produktion von morgen.

SWAP – verkettete Maschinen vermeiden Produktionsstillstände

In der Finanzwelt bezieht sich der Begriff „SWAP“ auf eine Vereinbarung zwischen zwei Parteien, die sich darauf einigen, Vermögenswerte oder Zahlungsströme auszutauschen, wie die Forscher weiter ausführn. So sollen Risiken abgefedert werden. Auch im Fraunhofer-Leitprojekt mit dem Titel SWAP gehe es um diesen Kern. Das heißt im übertragenen Sinne, dass, wenn Produktionsanlagen eine hohe Produktvielfalt herstellen können und flexibel verkettet sind, das Risiko ungewollter Stillstände der gesamten Prozesskette minimiert wird. Automatisiert generierte Produktionsaufträge machten das möglich.

Das Fraunhofer IWU übernimmt dabei eine zentrale Rolle. Es bringt seine Expertise in der Digitalisierung der Produktion, der Bearbeitung von Bauteilen mit mobilen Maschinen und der Steuerung, Regelung und Vernetzung von Maschinen ein, präzisieren die Forscher. Im Anwendungsfall „Großbauteile“ erforscht man dabei eine vollkommen neue Prozesskette zur deren Herstellung mit relativ kleinen Standardmaschinen. Dabei wird das Bauteil digital nach Gesichtspunkten der Bauteilfestigkeit und den verfügbaren Maschinen segmentiert, in Einzelteilen bearbeitet, gefügt und mittels einer mobilen Maschine finalisiert, so die Idee.

Große Bauteile mit relativ kleinen Standardanlagen fertigen

Das Forschungsinstitut arbeitet außerdem an Kommunikationsschnittstellen und -protokollen, um den reibungslosen Informationsaustausch zwischen den Anlagensteuerungen, fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und dem übergeordneten Produktionssystem sicherzustellen. Zusammen mit dem Fraunhofer IOSB übernimmt es die Validierung der für SWAP entwickelten Software, die einheitlichen Standards (wie OPC UA) genügen und mit marktüblicher Steuerungssoftware kommunizieren können muss. IWU und IOSB haben dazu den ersten Anwendungsfall „Segmentierung und Fertigung von Großbauteilen“ in der SWAP-IT Architektur und die dazugehörige Beschreibungssprache (Production Flow Description Language, PFDL) umgesetzt. Zu sehen war das Ganze bereits im Rahmen der Hannover Messe 2023.

Am IWU-Standort Dresden hat das Team wurde in der Folge das Versuchsfeld in einer Matrixarchitektur strukturiert und Fertigungszellen flexibel beplanbar sowie für FTS individuell anfahrbar aufgebaut. Die in SWAP entwickelte PFDL dient dabei der Orchestrierung von Fertigungsaufträgen zur Umsetzung einer Beispielprozesskette, die sich vom 3D-Druck bis zur Montage erstreckt, wie die Forscher informieren. Diese nutzt drei Fertigungszellen, verknüpft reale Prozesse mit deren digitalem Abbild und bedient sich eines FTS zur logistischen Verknüpfung. In Rahmen des Versuchsfelds könnten die Experten Interessierten nun zeigen, wie mit Standardmaschinen die flexible Produktion eines so großen Bauteils wie etwa einer Sitzschale gelinge.

(ID:49629890)