Produktionssysteme aktiv wandeln (ProAktiW)

1. Problemstellung
In Produktionssystemen des Maschinenbaus bestimmt die Engpassmaschine den Takt. Auch wenn die restlichen Maschinen in der Prozesskette theoretisch schneller arbeiten könnten, so bleibt deren Potenzial doch ungenutzt. Analog zur Produktion genügt es nicht, einzelne Elemente unabhängig voneinander wandlungsfähig zu gestalten. Vielmehr müssen die Wandlungsbefähiger der einzelnen organisatorischen und technologischen Elemente aufeinander abgestimmt werden, um das Gesamtsystem wandlungsfähig auszulegen. Dies betrifft zum einen die Wertschöpfungskette, aber insbesondere auch die internen Unternehmensprozesse.
In der Stahlverarbeitung bildet das Schweißen eine effiziente und effektive Möglichkeit, Bauteile zu fügen. Für den Schweißvorgang werden Vorrichtungen benötigt, deren Konstruktion und Herstellung ca. acht Wochen in Anspruch nehmen und bis zu 50% der Herstellkosten betragen können. Damit bildet die Vorrichtungserstellung einen Engpass in Bezug auf die geforderte Wandlungsfähigkeit. In anderen Fällen sind dies z.B. Lackier- bzw. Pulverbeschichtungsanlagen. In der Regel sind die Anlagen auf ein bestimmtes Produktspektrum ausgelegt. So ziehen z. B. Änderungen der Produktabmaße in vielen Fällen kosten- und zeitintensive Änderungen in der Anlage nach sich und bilden damit einen zusätzlichen Engpass.

2. Projektziele
Mit ProAktiW entstand ein wandlungsfähiges Produktionssystem durch integrierte Betrachtung von Technologie, Organisation und Information. Am Beispiel von Produkten mit hohem Anteil an Stahlverarbeitung und Montage (Krankenhausbetten, Sportgeräte, Ladungsträger) wurde die komplette innerbetriebliche Wertschöpfungskette abgebildet – vom Zuschnitt des Rohmaterials über das Schweißen, die Beschichtung bis zur Montage. Dabei steht die Gestaltung des Zusammenspiels der einzelnen Elemente im Vordergrund: Es gilt, den richtigen Grad an Wandlungsfähigkeit und die Kombination von Lösungselementen zu bestimmen, um gezielt die entscheidenden Engpässe weiter zu qualifizieren und schließlich das Gesamtsystem nivelliert wandlungsfähiger zu gestalten. Auf diese Weise können auch Einzelprodukte über wandlungsfähige Prozessketten effizient produziert werden, wie ein spezifisch auf dieses Produkt ausgelegter Prozess, und Skaleneffekte in der Einzel- und Kleinserienfertigung nutzbar werden.

3. Vorgehensweise
Das Verbundprojekt war in fünf Phasen unterteilt:
Zuerst wurden im Rahmen der Anforderungsspezifikation (1/2 Jahr) aus der Sicht der drei Anwender Anforderungen an die Wandelbarkeit der Produktion, Produkte, Ressourcen und IT erarbeitet, zu einem Lastenheft konsolidiert und darauf aufbauend das Pflichtenheft erstellt.
In der zweiten Phase erfolgte der Aufbau des WPS Cockpits sowie der Bewertungsmethodik mit einer sich anschließenden Überprüfung der Wirtschaftlichkeit.
In der dritten Phase erfolgte die Entwicklung der Lösungskomponenten für eine wandlungsfähige Produktion; der Schwerpunkt liegt dabei auf einer Zelle, in der mit den kooperierenden Robotern vorrichtungslos geschweißt werden kann.
Die vierte Phase umfasste die Erprobung, Zusammenführung und Anpassung der erarbeiteten Lösungskomponenten in den Anwenderunternehmen sowie dem Demonstrator an der RWTH Aachen.
Die letzte Phase diente der Übertragung der Ergebnisse auf weitere Anwendungsbereiche sowie ihrer Überprüfung: Die Nutzenbewertung mündet in Handlungsempfehlungen, um die Lösungen auch anderen produzierenden Unternehmen zugänglich zu machen.

4. Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Das Produktionskonzept ProAktiW hilft Unternehmen mit hohem Anteil an Stahlbauteilen, in Deutschland wettbewerbsfähig zu produzieren. Der Trend zu Betriebsschließungen in der Stahlverarbeitungsindustrie in Deutschland von ca. 50% in den letzten zehn Jahren könnte so gebrochen, Rückverlagerungen abgewanderter Unternehmen initiiert und neue Arbeitsplätze geschaffen werden.
Das vorrichtungslose Schweißen kann die Durchlaufzeit der beteiligten Anwenderunternehmen um bis zu acht Wochen reduzieren; im Fall von LBBZ sind das z.B. 50% der Durchlaufzeit und somit auch 50% des Lagerbestands. Durch den Verzicht auf die Vorrichtungen können weiterhin die Herstellkosten in der Einzelserie um bis zu 50% gesenkt werden. Gleichzeitig ermöglichen die Einzellösungen (vorrichtungsloses Schweißen, modulare Pulverbeschichtung, Ladungsträger als Vorrichtung etc.) die Fertigung unterschiedlicher Produkte auf einer Linie ohne Effizienzverluste, woraus eine optimale Nutzung der vorhandenen Ressourcen und Flächen folgt. Nischenmärkte können ohne hohe Preisaufschläge bedient werden. Da die Übertragbarkeit der Lösungen im Rahmen des Projektes sichergestellt wird, lassen sich die beschriebenen Vorteile auf Unternehmen mit einem vergleichbaren Profil im Stahlbau übertragen.

• Gräff Robotics GmbH
• LASER Bearbeitungs- und Beratungszentrum NRW GmbH
• MAG IAS GmbH
• Piccolo K & L Behältertechnik GmbH
• Reis Robotics GmbH & Co. KG
• RWTH Aachen
• Siemens Industry Software GmbH
• Stahl- und Metallbau Ihnen GmbH & Co. KG