Schlüsselfertige Automatisierung

Joachim Berlak, Michael Stangl, Luciano Baumgart und Thomas Lorenscheit

Kleine und mittelständische Unternehmen mit bis 250 Mitarbeitern sind das Rückgrat der deutschen Industrieproduktion. Doch ergeben sich zunehmend große Herausforderungen für die Produktionssysteme zur Einzel-, Klein- und Mittelserienproduktion: Fachkräftemangel, steigende Personalkosten, hohe Produkt- und Bauteilvarianz, unablässige Termintreue sowie neue Anforderungen für nachweisliche Energieffizienzsteigerungen bedingen produktivere und wettbewerbsfähigere Produktionssysteme. Ein Ansatz hierfür stellt die Automatisierung für die Be- und Entladung von Werkzeugmaschinen mit Roh- und Fertigteilen, Werkzeugen sowie Spannmitteln dar. Aktuell gibt es hierzu keine schlüsselfertigen Lösungen für den Mittelstand. Anbieter wie DMG-Mori oder Torwegge haben 2019 zwar erstmals Lösungen vorgestellt, es mangelt jedoch noch an der Eignung für den Mittelstand, den hohen Kosten sowie der begrenzten Skalier-, Erweiterbar- und Integrierbarkeit in das gesamte Ökosystem der Produktion und IT.

Produktionssysteme können bezogen auf die produzierte Menge in Einzel-, Kleinserien-, Mittelserien-, Großserien- oder Massenfertigung unterschieden werden [1]. Des Weiteren kann zwischen der auftragsorientierten und der marktorientierten Serienfertigung differenziert werden [2]. Bei der auftragsorientierten Serienfertigung werden teilweise standardisierte Produkte nach einem Kundenauftrag gefertigt. Bei der marktorientierten Serienfertigung werden teilweise standardisierte Produkte kunden-
anonym auf Lager produziert [1]. Im Fokus des Beitrags stehen mittlere Industrieunternehmen mit einem Produktionssystem zur auftrags- oder marktorientierten Einzel-, Klein- oder Mittelserienfertigung. Diese stehen aus Sicht der  Autoren aktuell vor folgenden Herausforderungen: 

  1. Fachkräftemangel: Maschinenbediener, Messtechniker und Intralogistiker sind rar, die Produktion muss aber unter dynamischen Umfeldbedingungen weitergehen. 
  2. Hohe bzw. steigende Personalkosten: u. a.  Mindestlohn oder Lohnerhöhungen führen  dazu, dass sich eine Automatisierung nun mehr mit Return-pn-Invest (ROI) Amortisationszeoten von <9 Monaten schnell rentieren kann.
  3. Hohe Produkt- und Bauteilvarianz aufgrund von kundenindividueller Produktion: Das Produktionssystem muss sehr flexibel sein und mit unterschiedlichen Bauteilvarianzen umgehen können. Eine Großserien- und Massenproduktion gibt es im produzierenden Mittelstand quasi nicht mehr.
  4. Logistische Ziele verschieben sich noch mehr in Richtung hoher Termintreue bei kürzesten Durchlaufzeiten und niedrigen Kosten: Dynamische Auftragspriorisierung und Umplanungen erfordern eine Produktionsplanung und -steuerung in Quasi-Echtzeit als Mittel zur optimalen Reaktion auf die sich stetig verstärkende Dynamik: u. a. Kompensation von Maschinenausfällen durch Umleitung der Aufträge auf andere Werkzeugmaschinen mit gleichen Fähigkeiten.
  5. Hohe Varianz und Dynamik der Wertschöpfungsprozesse und somit Arbeitspläne: Einige Bauteile einer Losgröße gehen auf Maschine 1, dann 2 und final auf 3. Andere Bauteile desselben Auftrags wiederum z. B. aufgrund von Qualitäts- oder Produktionsanforderungen den Weg von 1, auf 4, dann 2, wieder auf 1 und dann 3. Und dies meist bei Werkstatt- oder Inselfertigung mit flexibler Materialflussverkettung.
  6. Hohe kundenseitige Qualitätsanforderungen: Die Messtechnik muss heute modular und intelligent direkt in das Produktionssystem integriert werden.
  7. Steigende Anforderungen für nachweisliche Energieffizienzsteigerungen und CO2-Neutralität: Das fordern große OEMs wie VW beim ID.3 über die Wertschöpfungskette hinweg ein und kontrollieren dies strikter [3]. Damit müssen mittelständische Zulieferer auch resourceneffizient in 7/24 produzieren können, was durch Fachkräftemangel (siehe Punkt 1) oft nicht möglich ist.
  8. Hohe Produktionstransparenz und Nachverfolgbarkeit: Es bedarf verlässliche Antworten auf folgende Fragen: Sind die Bauteile schon auf der Maschine? In welchem Produktionsprozess befinden sie sich? Und wann sind sie fertig?
  9. Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit des Produktionssystems.

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