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Industrie 4.0

Ziel ist, in Losgröße eins zu produzieren

| Redakteur: Stefanie Michel

Nach der individuellen Massenfertigung ist „Losgröße eins“ der neueste Trend in der diskreten Fertigung. Um kosteneffizient zu sein, müssen solche Produktionssysteme jedoch in der Lage sein, sich ohne menschliches Zutun für jedes Produktdesign selbst zu konfigurieren. Ein Betriebsdaten-Managementsystem und digitale Zwillinge sind dafür die Basis.

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Eine individualisierte Produktion muss äußerst anpassungsfähig und robust sein.
Eine individualisierte Produktion muss äußerst anpassungsfähig und robust sein.
( Bild: ABB )

Vom Automobil bis zum Gebrauchsgut – die individuelle Massenfertigung ist Stand der Technik in der diskreten Fertigung. Ein Treiber der Industrie 4.0 ist die kostengünstige Fertigung hochgradig individualisierter Konsumgüter in kleinen Chargen bis hinunter zur Losgröße eins. Um dies zu realisieren, suchen Maschinenbauer und Automatisierer nach Lösungen – etwa mit autonomen Maschinen, die die Produktionsplanung untereinander aushandeln, oder mit intelligenten Produkten, die sich selbst durch den Produktionsprozess führen. Die erste Herausforderung besteht darin, zu entscheiden, welche Konzepte für eine bestimmte Produktionsumgebung nützlich sind.

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Mangelnde Digitalisierung ist derzeit ein Hauptfaktor, der Qualitätsprobleme begünstigen kann:

  • Materialbeschaffung und -transport erfolgen häufig noch manuell auf der Grundlage von Bestelldaten auf Papier. Verwechslungen passieren leicht, sind aber schwer festzustellen.
  • Designdaten stehen zwar in digitaler Form zur Verfügung, werden aber häufig händisch auf Wechselmedien an die Maschinen übertragen.
  • Qualitätsrelevante Daten wie Kalibrierungseinstellungen für Maschinen werden nicht erfasst und können nicht überprüft werden, wenn sich bei der Qualitätsprüfung des fertigen Produkts Fehler ergeben.

Bei der individualisierten Produktion ist es wichtig, dass Fehler im Produkt frühestmöglich erkannt oder noch besser ganz vermieden werden. Eine individualisierte Produktion muss also nicht nur äußerst anpassungsfähig, sondern auch robust sein. Zudem müssen Menschen und Maschinen nahtlos zusammenarbeiten, um den Qualitätsregelkreis zu schließen.

Vollständige Digitalisierung mit digitalen Zwillingen

Individualisierte Produktion baut im Kern auf zwei Voraussetzungen auf:

  • adaptive Materialverarbeitung innerhalb der Maschinen und
  • digitale Interoperabilität zwischen den Maschinen.

Während Bearbeitungstechnologien wie NIR-Laser oder Digitaldrucker bereits existieren, muss den Maschinen erst noch beigebracht werden, wie sie auf natürliche Weise zusammenarbeiten können, um die erforderliche Effizienz und Qualität zu erreichen.

Heutzutage sind Maschinen fest verdrahtet oder durch SPS miteinander gekoppelt. Dies ermöglicht zwar eine enge Integration, ist aber sehr aufwendig und lässt keine ausreichende Flexibilität für neue Produktvarianten jenseits der von vornherein vorgesehenen Ausführungen zu. Für eine wirklich adaptive Produktion ist eine Maschinenintegration mit einer viel loseren Kopplung erforderlich, sodass die gesamte Produktionslinie mit minimalem Aufwand flexibel umkonfiguriert werden kann.

Digitale Zwillinge machen Produktion flexibler

Dies kann mithilfe von digitalen Zwillingen erreicht werden, die die besonderen Fähigkeiten jeder Maschine unabhängig von verdrahteten oder programmierten Verbindungen durch einheitliche Softwareschnittstellen am Netz verfügbar machen. Um „Medienbrüche“ zu vermeiden, werden auch Produktdesign-, Auftrags- und Qualitätsdaten auf die gleiche Weise repräsentiert. Die Idee dahinter ist, dass durch entsprechende Orchestrierung der digitalen Maschinenzwillinge auf Basis des bestellten Produktdesigns jede Umkonfigurierung in der Software nahtlos in Produktionsschritte in der physischen Welt übersetzt wird. Gleichzeitig werden Qualitätsinformationen in die Softwarewelt zurückgespiegelt.

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