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Produktionsplanungssystem Individuelle Produkte wirtschaftlich fertigen

| Redakteur: Dorothee Quitter

ForscherInnen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln gemeinsam mit den Industriepartnern Siemens und Grob ein neuartiges Produktionsplanungssystem, das die hohe Produktivität und Genauigkeit von Spezialmaschinen mit der Flexibilität und Wandlungsfähigkeit von Industrierobotern kombiniert und sich sehr einfach bedienen lässt.

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Das flexible Produktionssystem macht unabhängig von Einzelmaschinen. So lassen sich etwa mit Koppeln und Entkoppeln nach Bedarf Produktivitätssteigerungen erreichen.
Das flexible Produktionssystem macht unabhängig von Einzelmaschinen. So lassen sich etwa mit Koppeln und Entkoppeln nach Bedarf Produktivitätssteigerungen erreichen.
(Bild: KIT)

Unternehmen, die auf die steigende Nachfrage nach größerer Variantenvielfalt ihrer Produkte reagieren, haben einen Wettbewerbsvorteil, aber ihre Preise müssen sich häufig mit denen von Konkurrenzprodukten aus hocheffizienter, automatisierter und starrer Produktion messen. Sie stehen dann vor der Wahl zwischen starren Produktionslinien bei hoher Produktivität oder flexibler Fertigung mit niedriger Effizienz. Diesen Zielkonflikt aufzubrechen und hohe Flexibilität mit hoher Produktivität zu verbinden, ist das Ziel des Forschungsprojekts Wertstromkinematik. „Die Wertstromkinematik könnte die heutige Produktionslandschaft revolutionieren“, sagt Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk Institut für Produktionstechnik und Initiator des neuartigen Produktionsansatzes. Sie könne große Hallen überflüssig machen und lange Lieferketten oder Produktionsausfälle aufgrund von Lieferengpässen verhindern.

Häufige und flexible Neuanordnung von Einzeleinheiten

Das System ist aus mehreren einheitlichen und frei konfigurierbaren Einzeleinheiten (Kinematiken) aufgebaut. Sie führen die in der Robotik üblichen Handhabungsaufgaben aus und sind darüber hinaus in der Lage, diverse Fertigungswerkzeuge anzudocken, um Prozesse wie Montage, additive Fertigung, Trenn- und Fügeverfahren sowie Zerspanungsaufgaben und Qualitätssicherung vollautomatisch und innerhalb eines vielschichtigen Produktionsflusses selbst auszuführen. Um diese anspruchsvollen Aufgaben zu lösen, gilt es, das neue System auf verschiedene Weisen gegenüber herkömmlichen Vertikalknickarmrobotern zu optimieren, insbesondere hinsichtlich ihrer Steifigkeit.

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Die Forscherinnen und Forscher wollen mithilfe innovativer Getriebetechnologien und Software-Unterstützung zum Beispiel eine auf wenige hundertstel Millimeter genaue Bahnführung beim Fräsen erreichen. Dabei müssen die einzelnen Arbeitsschritte wie die Schnittgeschwindigkeiten und der Krafteinsatz genauestens geplant werden. „Die Besonderheit unseres Produktionssystems ist: Die einzelnen Einheiten lassen sich koppeln, um zu kooperieren und so die heutigen Spezialmaschinen für bestimmte Aufgaben und Prozesse zu ersetzen“, erläutert Steuerungstechnik-Spezialist Edgar Mühlbeier vom wbk. Nach Erledigung der Aufgabe lassen sie sich wieder entkoppeln und getrennt einsetzen. Auf diese Weise könnten Unternehmen die Zahl der – oft sehr kostspieligen – Produktionsmaschinen senken.

Schneller Aufbau der Wertstromkinematiken

Die schnelle, einfache und exakte Positionierung der flexiblen Wertstromkinematiken im Raum ermögliche ein Raster, das sich über die gesamte Produktionsfläche erstrecke, „vergleichbar einer Legoplatte, auf der sich die Bausteine beliebig feststecken lassen“, so Mühlbeier. Der Aufbau des Produktionssystems kann so erheblich beschleunigt werden. Um die Planungs- und Inbetriebnahmezeit deutlich zu verkürzen, soll zudem eine intuitiv und einfach zu bedienende Engineering-Plattform die Ingenieure auch in mittelständischen Unternehmen webbasiert und damit plattformunabhängig unterstützen: vom Entwerfen eines Produkts im CAD über die Planung von Anzahl, Anordnung und Koppelung der Kinematiken bis zur Simulation und Feinjustierung des Produktionssytems. (qui)

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