SE.MA.KI Blog

Die Matrixproduktion ermöglicht eine flexible und wandlungsfähige Wertschöpfung. Diese Eigenschaft wird durch einen Zuwachs an Freiheitsgraden erreicht, der die Komplexität des Produktionssystems durch wechselseitige Beeinflussung seiner Teilmodule immens steigert. Diese Komplexität wirkt sich sowohl auf die Auftragssteuerungs- als auch auf die Anlagenebene aus. In diesem Beitrag stellen wir Ihnen vor, wie eine ereignisdiskrete Simulation zur Beherrschung dieser Komplexität befähigt.

Die Matrixproduktion ist äußerst produktiv und hoch flexibel. Durch lose Kopplung von konfigurierbaren Prozessmodulen ermöglicht sie eine taktzeitunabhängige Fertigung bei gleichmäßig hoher Auslastung. Zudem kann sie mit Produktvariantenvielfalt und schwankenden Auftragsvolumen umgehen. Was auf den ersten Blick verlockend klingt, birgt eine Reihe von Planungsherausforderungen. Eine davon: Die Vorhersage der Durchlaufzeit von Aufträgen durch die Fertigung.

Um manuelle Montageprozesse in die komplexe Matrixproduktion zu integrieren, werden Systeme benötigt, die automatisiert den Zustand des Prozesses erkennen und an die Steuerung der Matrix zurückgeben können. Damit können abhängige Produktionsschritte in anderen Matrixzellen der aktuellen Situation angepasst werden. Wie sieht ein solches System aus, das die Interaktionen des Menschen mit Werkzeugen und Bauteilen erkennt und versteht? Wie können aktuelle KI-Methoden hier unterstützen?

Zur Automatisierung der Arbeitsplanung und damit zur Verkürzung der Prozesskette muss man die zu fertigenden Bauteile genau kennen. Sie werden bis heute meist auf Grundlage von 2D-Zeichnungen gefertigt. Diese 2D-Zeichnungen enthalten neben der reinen Geometrie viele Zusatzinformationen, die man auslesen und semantisch beschreiben muss. Hierfür hat das Fraunhofer IPA im Rahmen des Forschungsprojekts SE.MA.KI, nun einen neuen Demonstrator entwickelt.

Die Matrixproduktion in Kombination mit der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ermöglicht einen flexiblen und effizienten Herstellungsprozess. Deren agile Natur ist jedoch stark eingeschränkt durch eine Vielzahl von Sicherheitsanforderungen, welche die Planung und Implementierung eines solchen Systems erschweren. Die am Fraunhofer IWU entwickelte Plattform DynaRisk ist ein assistenzgestütztes Software-Tool zur dynamischen Risikobewertung und -minderung Ihres MRK-Arbeitsplatzes und soll u. a. im Bereich der Matrixproduktion den Umgang mit Sicherheitsanforderungen erleichtern.

Vor fast 100 Jahren sagte Henry Ford: „Sie können einen Ford in jeder Farbe haben, Hauptsache er ist schwarz.“ – ein Satz, der in die Geschichte einging. In unserer heutigen Zeit ist die Vorstellung, ein Auto nicht vollständig personalisieren zu können, undenkbar. Ebenso wie das damit verbundene Produktionsparadigma. Personalisierte und auf die Kundenwünsche zugeschnittene Produkte, wie Kleidung oder Handyhüllen gehören für uns längst zum Standard, ebenso wie das individuell auf unsere Bedürfnisse gefertigte Auto. Doch was bedeutet dieser Wunsch nach Individualität unserer Produkte für deren eigentliche Herstellung?

Ein Kunde ruft an und möchte sobald wie möglich ein neues Ersatzteil produzieren lassen. An sich eine erfreuliche Nachricht – aber natürlich wissen Sie, dass die Maschinen die zugehörigen Werkstücke noch gar nicht kennen. Bisher ist es sehr aufwendig, die Produktionslinie entsprechend umzustellen. Die Matrixproduktion ermöglicht mehr Flexibilität und vereinfacht eine solche Umstellung deutlich. Das Fraunhofer IPA zeigt an einem Demonstrator, wie sich die Vereinzelung, Zuführung und Kommissionierung von Bauteilen matrixfähig umsetzen lässt.

Kundenaufträge so steuern, dass auf Umweltänderungen in Echtzeit reagiert werden kann und gleichzeitig logistische Zielgrößen wie Produktionskosten, Durchlaufzeit oder Termintreue optimiert werden. Dies ist die Zielsetzung, die ein Team am Fraunhofer IPA mit Methoden der Künstlichen Intelligenz erreichen möchte.

Der Trend zu immer kürzeren Produktlebenszyklen und größerer Variantenvielfalt sorgt für einen steigenden Bedarf nach flexibel einsetzbaren Fertigungsanlagen. Besonders anpassungsfähig sind Anlagen, die Bauteile additiv herstellen. Das drahtbasierte Laserauftragschweißen eignet sich deshalb als additives Fertigungsverfahren für den Aufbau, die Modifikation oder die Reparatur großer Bauteile. Für solche »Large Scale Parts« erforscht das Fraunhofer IPT den Fertigungsprozess und die Anlagentechnik.

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind High-Tech-Materialien, die für den modernen Leichtbau in der Industrie unverzichtbar sind. Die Produktion von Bauteilen aus unidirektionalen FVK, die beispielsweise als Wasserstoffdruckbehälter hohen Sicherheitsanforderungen standhalten müssen, ist nicht einfach. Deshalb erforscht und entwickelt das Fraunhofer IPT Anlagentechnik zur automatisierten Herstellung von Verbunddruckbehältern, Rohren und anderen gelegten 2D- und 3D-Bauteilen aus FVK.