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Gegenstand und Ziel des interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist die Entwicklung nachhaltiger Konzepte und Methoden, welche den speziellen Anforderungen der Kleinstserienfertigung bzgl. Betrieb, Skalierbarkeit, Robustheit und Wirtschaftlichkeit erfüllen – dies erfordert einen radikal neuen Ansatz für die Fertigungsplanung und -steuerung. Hieraus resultiert das Ziel des Vorhabens hin zu einer schlanken Produktionsplanung und wandlungsfähigen Fertigungsstrukturen. Dabei sollen dezentrale, hochflexible Materialflusseinheiten, realisiert durch Cyber-Physical Systems (CPS) im Fokus des Vorhabens stehen.

Die Notwendigkeit des Forschungsvorhabens resultiert dabei aus der sich durchsetzenden Wende zu immer kürzeren Produktionszyklen, mehr Individualisierung und Produktionssteigerung – dies sind seit Jahren beherrschende Themen der Produktion. Besonders in der deutschen Automobilindustrie gleicht bei einer Variantenanzahl von 1025 kein Fahrzeug dem anderen, sodass in der Produktion das Thema „Losgröße 1“ schon lange vorherrscht. Hohe Effizienz bei gleichzeitiger Variantenvielfalt wird in der variantenreichen Serienfertigung bereits mit komplexen und trägen Planungssystemen und klassischer Fließfertigung in der PKW-Montage beherrscht. Smart Factory Jedoch gibt es gerade im Bereich der Kleinstserienfertigung, insbesondere der aufkommenden Produktion von Elektroautos, deutlich abweichende Anforderungen, die nicht von diesen klassischen Systemen erfüllt werden. Dabei ist die Individualität bei Weitem nicht auf den Sektor der Automobilindustrie beschränkt. Gemäß der weiteren Vorhaben der Ausschreibung „Industrie 4.0“ trifft dies auch auf die Herstellung von Kaffeemaschinen oder Sportschuhe zu.

Der aktuelle Stand der Technik wird diesen Herausforderungen bisher nur eingeschränkt gerecht, da in der Praxis derzeit die klassische Fließfertigung primär auf maximale Produktivität ausgelegt ist. Die heutige Produktionsplanung bei einer bisher verfügbaren variantenreichen Fließfertigung besteht aus einer Kombination von hocheffizienten Montagelinien und einer umfassenden IT-Infrastruktur zur zentralen Planung – eine dezentrale Steuerung des Materialflusses fehlt. Hierdurch wird eine Ausrichtung im Hin-blick auf die Verbesserung der Flexibilität bzw. Wandlungsfähigkeit und Effizienz bzgl. Ressourcen und Kontextadaptivität von kleinen und mittleren Serienfertigungen nachhaltig behindert. Die gleichzeitige oder gekoppelte Informationsverarbeitung heterogener Sensoren ist zwar ein Feld aktueller Forschung, es fehlen aber Mechanismen, um Sensorik, Information und Prozessmanagement integriert zu beachten.

Der neuartige Ansatz des interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsprojektes besteht daher in einem dezentral gesteuerten Produktionssystem nach dem Internet-der-Dinge-Prinzip, in dem Montageteile und zu bearbeitende Teile ihren Weg eigenständig von Maschine zu Maschine finden. Redundant vorhandene Maschinen verteilen selbstorganisierend die Last und erreichen einen effizienteren Betrieb (lokale Optimierung) und eine höhere Auslastung – nach diesem Motto soll im Rahmen des Projektes ein neues, schlankes Programmplanungskonzept entwickelt und prototypisch umgesetzt werden. So soll eine durchgängige Methodik zur übergreifenden globalen Programmplanung (Wochenprogrammerstellung), die alle wesentlichen Restriktionen sowie Ziele berücksichtigt und auf die Anforderungen der Kleinstserienfertigung ausgelegt ist, entwickelt werden. Diese Methode definiert die Last für das dezentrale Produktionssystem, welches sich selbst lokal optimiert und somit ohne eine zentrale Reihenfolgeplanung auskommt. Die Vorteile liegen in der Flexibilität, der Adaptierung und der besseren Reaktion auf eintretende Risiken. Cyber-Physical Systems ermöglichen einen kontinuierlichen Datenaustausch, so dass eine enge, auch außerbetriebliche Kommunikation mit Lieferanten in der globalen Planung gewährleistet ist und strategische Zielvorgaben berücksichtigt werden können.

SMART FACE – „Smart Micro Factory für Elektrofahrzeuge mit schlanker Produktionsplanung“ – verknüpft erstmalig den Informationsfluss durch eingebettete Systeme mit dem realen Materialfluss, ge-staltet einen einfach zu skalierenden Produktionsprozess und erlaubt zudem eine deutlich schlankere Planung.

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