Wird die flexible Zellfertigung die Automobilherstellung revolutionieren?

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Industrie 4.0 macht flexible Zellen erst möglich

Die Herstellung von flexiblen Zellen fasziniert die Hersteller bereits seit Jahrzehnten. Nun werden sie aufgrund die jüngsten Entwicklungen der digitalen Technologien von Industrie 4.0 möglich.

In der flexiblen Zellfertigung sind die Arbeitsplätze nicht miteinander verbunden, wie bei herkömmlichen Förderbändern. Stattdessen wird an modularen Stationen gearbeitet, den sogenannten flexiblen Fertigungszellen (FMC). Anstatt einer standardisierten Bewegungsrichtung in einem vordefinierten Takt zu folgen, durchläuft jedes Produkt nur die für seine Spezifikationen relevanten Arbeitsplätze und wird nach einem optimierten Prozessablauf zusammengestellt.

Die Technologien von Industrie 4.0 erleichtern die Einführung der flexiblen Zellfertigung auf verschiedene Weise:

• Produktionskontrolle: Fortschritte in den Bereichen IT-Systeme und digitale Logistik ermöglichen die Echtzeitkontrolle hochkomplexer Prozesse, die in verschiedenen Werkstätten in einer einzigen Fabrik ablaufen. Alle Geräte (einschließlich Maschinen, FTS und Werkzeuge) in der Fertigung und im Logistikbereich sind miteinander verbunden und senden kontinuierlich Status- und Standortdaten an den digitalen Twin der Fabrik. Dort werden die Daten nahezu in Echtzeit verarbeitet und zur zentralen Steuerung aller Vorgänge in der Fertigung verwendet. Diese intelligenten Systeme können den FTS mitteilen, an welchen Arbeitsplatz sie sich wenden sollen und wie sie auf Probleme reagieren sollen. Wenn beispielsweise bei einem FMC ein Geräteausfall auftritt, ermöglicht die ständige Optimierungslogik des Lenksystems FTS, Karosserien und alle zugehörigen Teile in eine andere Zelle umzuleiten.

• Verbesserte Roboter und Handhabungsgeräte: Um der zunehmenden Anzahl von Fahrzeugvarianten am Arbeitsplatz gerecht zu werden, können sich Roboter und Handhabungsgeräte autonom auf verschiedene Karosserien einstellen und automatisch umrüsten. Sie können sich auch an die ergonomischen Bedürfnisse des einzelnen Bedieners anpassen.

• Bewegliche und Plug-and-Produce-Geräte: Bewegliche Geräte mit Plug-and-Produce-Funktion ermöglichen es Herstellern, Geräte im FMC schnell zu installieren oder zu ersetzen.

• Assistenzsysteme für Bediener: IT-basierte Assistenzsysteme können jedes Fahrzeug, das in ein FMC einfährt, erkennen und fahrzeugspezifische Informationen (zum Beispiel Montageverfahren und computergestützte Konstruktionsmodelle) direkt am Arbeitsplatz anzeigen. Assistenzsysteme können auch Werkzeuge verfolgen und den Mitarbeitern andere visuelle Hilfsmittel wie große Touchscreens oder Projektoren anbieten, die die nächste Aufgabe und den Standort im Auto anzeigen.

Durch den Wegfall des festen Förderbandes und des Festnetztaktes und die Möglichkeit, dass FTS ein Produkt nur zu den für seine Spezifikationen relevanten Arbeitsplätzen transportieren, kann die flexible Zellfertigung die Komplexität der heutigen Automobilwerke besser bewältigen und die Produktivität verbessern.

Auf einem Förderband erschwert eine hohe Produktvarianz die Ausführung verschiedener Montageaufgaben innerhalb der vorgegebenen Taktzeit, was zu Taktzeitverlusten führt. Bei der Herstellung von flexiblen Zellen hat jeder FMC eine individuelle Prozesszeit für jedes durchfahrende Auto, sodass diese Verluste vollständig eliminiert werden. Allerdings muss jeder Mitarbeiter für alle Prozesse die Standardzeiten einhalten, um die Produktivität ähnlich wie bei Förderbändern zu halten.

Da die Aufgaben jedes FMC unterschiedlich und veränderbar sind, können Hersteller eine Zelle so anpassen, dass sie mehr oder weniger Montageaufgaben übernimmt. Und Prozesse wie das Verschrauben können in einer Zelle kombiniert werden. Diese Optionen tragen dazu bei, dass das Auto immer auf die Verfügbarkeit der Arbeiter wartet, anstatt die Arbeiter zu zwingen, auf die Ankunft des Autos zu warten, wie es bei der Förderbandanordnung der Fall ist. Dadurch ist die Auslastung höher.

Die Simulation zeigte jedoch, dass die Gesamtzahl der FMC, die zur Herstellung eines bestimmten Modells erforderlich sind, etwas höher ist als die Anzahl der Förderbandstationen. Während letztere in der Regel jeweils zwei Mitarbeiter haben, sind die meisten Zellen mit nur einem Mitarbeiter ausgelegt, da es schwierig ist, das Potenzial von zwei Mitarbeitern gleichzeitig an derselben Station voll auszuschöpfen.

Die Herstellung von flexiblen Zellen hat weitere positive Auswirkungen auf die Produktivität. Da die Fertigungszellen nicht miteinander verbunden sind, führt ein Ausfall einer einzelnen Zelle nicht unbedingt zu einem vollständigen Produktionsausfall, wie er bei einer herkömmlichen Montagelinie der Fall wäre. FMC sind so konzipiert, dass sie flexibel und in der Lage sind, mehr als eine Aufgabe zu erfüllen, sodass im Falle eines Ausfalls an einer Zelle ein FTS mit einer Karosserie autonom die Richtung ändern und zu einer anderen Zelle wechseln kann. Im schlimmsten Fall führt der Verlust einer Zelle dazu, dass die Leistung der Linie leicht reduziert wird.

Der gleiche Vorteil gilt für die Überholung oder Neuanordnung einzelner Zellen. Hersteller können Produktionslinien als Reaktion auf veränderte Anforderungen oder Anforderungen problemlos erweitern oder kontrahieren, ohne die Montagelinie für den Umbau stilllegen zu müssen. Stattdessen fügen sie bei Bedarf einfach FMC hinzu oder entfernen sie. Wenn sich beispielsweise eine Zelle als Engpass erweist, kann sie schnell dupliziert werden, um die Produktion zu optimieren. Ein Hersteller kann sich auch für eine hybride Förderband/flexible Zellenanordnung entscheiden, wenn das Problem nur in einem bestimmten Teil der Montagelinie besteht.

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