KUKA arbeitet an der Fabrik der Zukunft

Matrix-Produktion: ein Beispiel für Industrie 4.0

Im Zeitalter von Industrie 4.0 sind wandlungsfähige Lösungen gefragt, um Spitzen in der Auslastung oder Engpässe bei den Ressourcen abzufedern. Die Matrix-Produktion kann durch konfigurierbare Produktionszellen, den Teile- und Werkzeugtransport mittels Automated Guided Vehicles (AGVs) und die Trennung von Logistik und Produktion zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor werden.

Industrie 4.0: Flexibilität durch Matrix-Produktion

Die fortschreitende Individualisierung in Zeiten von Industrie 4.0 verändert die Produktion. Aufgrund der volatilen Märkte wird es immer wichtiger, kleine Losgrößen wirtschaftlich rentabel herzustellen. Konkret besteht die Herausforderung verstärkt darin, eine steigende Anzahl an Varianten und Modellen eines Produkts in variablen Stückzahlen zu produzieren. Diese wird zum Beispiel ausgelöst durch den gestiegenen Individualisierungsgrad in der Automobilbranche.

Das Konzept der Matrix-Produktion ermöglicht zukünftig eine extrem wandlungsfähige Produktion im industriellen Maßstab, die über die gesamte Prozesskette vernetzt ist. Die Anlage kann sich „on the fly" automatisch auf wechselnde Produkttypen umrüsten – ohne Wartezeiten und ohne Produktionsausfälle. Die Herstellung individualisierter Serien als wesentlicher Bestandweil von Industrie 4.0 wird dadurch im Rahmen industrieller Massenproduktion ohne Einschränkungen realisierbar.

Das Prinzip der Matrix-Produktion

Die Matrix-Produktion basiert auf kategorisierten, standardisierten Produktionszellen. Diese werden in nahezu beliebiger Anzahl auf einem Raster angeordnet. Alle Zellen sind mit produktneutralem Equipment und produktspezifischen Grundfunktionalitäten ausgestattet.

Innerhalb der Zellen befinden sich Drehtische zur Ablage der Bauteile, Werkzeugaufnahmen und Roboter, die den jeweiligen Prozess ausführen. Diese Produktionszellen können durch prozessspezifisches Equipment individuell erweitert werden. Schweißen, Kleben, Stanzen, Löten und Clinchen: Nahezu jeder Prozess kann integriert werden.

Eine standardisierte Produktionszelle in der Matrixproduktion
Angewandte Industrie 4.0: exemplarische Standardzelle in der Matrix-Produktion.

Der Transport der Bauteile sowie Werkzeuge erfolgt über Automated Guided Vehicles (AGVs). Diese navigieren mithilfe eines SLAM-Navigationsalgorithmus zu den einzelnen Zellen. In der Zelle angekommen, greift ein Roboter nach den Bauteilen.

Durch intelligente, Roboter-basierte Applikationen wie die Jigless-Bodyshop-Technologie werden diese Bauteile dann bearbeitet. Dabei hält der eine Roboter das eine Teil, der zweite Roboter das andere Teil. Beide Teile werden zu einer Einheit verriegelt, sodass der dritte Roboter – der sogenannte Prozess-Roboter – diese anschließend verschweißen kann.

Die Lagerung der Bauteile findet im Warehouse statt. Im Toolstore hingegen befinden sich die typenspezifischen Werkzeuge.

Durch digital vernetzte Wertschöpfungsketten wird Industrie 4.0 Realität.

Entkoppelung von Logistik und Fertigung

Die autonom fahrenden AGVs können unterschiedliche Bauteile oder Werkzeuge über individuell konfigurierbare Lastaufnahmemittel (LAM) aufnehmen und transportieren. Logistikprozesse und Fertigung sind in der Matrix-Produktion voneinander entkoppelt – eine zentrale Anforderung von Industrie 4.0. Durch dieses Konzept ist die Anlage mit variabler Teilelogistik jederzeit in der Lage, bei Spitzen flexibel auf andere Zellen auszuweichen.

Außerdem kann sie zusätzliche Zellen einbinden oder aus dem Prozess ausgliedern. Die Wertschöpfungskette wird dabei nicht unterbrochen. Die logische Verknüpfung der Logistik mit der Produktion erfolgt durch Software.

Mit dem Konzept der hochflexiblen Matrix-Produktion setzt KUKA die Anforderungen von Industrie 4.0 im Rahmen der industriellen Produktion konsequent um.

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