Krisen- und kriegsbedingte Unterbrechungen der Lieferketten, kurzfristige Stornierungen oder Veränderungen der Bestellungen, ein Trend zu immer kleineren Auftragslosen und eine zunehmende Individualisierung der Produkte gehören heute zum Alltag vieler produzierender Unternehmen. Gleichzeitig müssen Unternehmen ihre Produktivität steigern, um im globalen Wettbewerb bestehen zu können.
Cyberphysische Matrixproduktionssysteme bieten eine Antwort auf Marktveränderungen, wie sinkende Stückzahlen, steigende Variantenvielfalt und schlechte Prognostizierbarkeit von Kundenbedarfen. Das haben Fraunhofer IPA und IWU gemeinsam im Auftrag der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften Acatech in einer Expertise zur Umsetzung von cyberphysischen Matrixproduktionssystemen herausgefunden.
Der Begriff Matrix stammt ursprünglich aus der Mathematik und beschreibt eine rechteckige Anordnung von Objekten in Zeilen und Spalten. Produktionstechniker verstehen unter einer Matrix eine schachbrettförmige Anordnung von Prozessmodulen, die frei anfahrbar, logistisch individuell beplanbar und über einen flexiblen Materialfluss verbunden sind.
Warenlager, Fertigungsmaschinen, manuelle Arbeitsplätze und Transportsysteme beispielsweise arbeiten unabhängig voneinander. Gleichzeitig sind sie jedoch cyberphysisch vernetzt: Im virtuellen Raum gibt es einen digitalen Zwilling, der die Produktionsprozesse und Fertigungsmodule abbildet. Durch ihn lassen sich etwa die Materialflüsse und die Maschinenbelegungen optimieren. Mithilfe der Ergebnisse werden dann die realen Module gesteuert.
Komplettlösungen für KMU fehlen
Erfolgreiche Beispiele einer umgesetzten Matrixproduktion gibt es in der Halbleiter-Industrie, in der Elektronikproduktion und in der Automobilindustrie. Viele dieser Lösungen zur Matrixproduktion besitzen bereits einen hohen Reifegrad. Dieser bemisst sich beispielsweise am modularen Aufbau der Produktionseinheiten, am Umsetzungsgrad eines digitalen Zwillings, am Einsatz automatisierter Transportsysteme sowie an der Rekonfigurierbarkeit, die eine schnelle Anpassung der Produktion an veränderte Anforderungen des Markts erlaubt.
Was bisher aber fehlt, sind marktreife Komplettlösungen. Einzellösungen für Matrixproduktionssysteme werden auf dem Markt angeboten, jedoch keine Gesamtpakete inklusive Integration. Die Unternehmen, die mit einer Matrixproduktion arbeiten, haben diese oft selbst entwickelt. Einzellösungen müssen aufwendig in ein Gesamtsystem integriert werden. Da die Planung eines Matrixproduktionssystems herausfordernd ist, wurden am Fraunhofer IPA prozessorientierte Methoden entwickelt, um diese zu erleichtern.
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
www.ipa.fraunhofer.de/matrix-expertise
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