Schlüsselfertige Automatisierung

Kleine und mittelständische Unternehmen mit bis 250 Mitarbeitern sind das Rückgrat der deutschen Industrieproduktion. Doch ergeben sich zunehmend große Herausforderungen für die Produktionssysteme zur Einzel-, Klein- und Mittelserienproduktion: Fachkräftemangel, steigende Personalkosten, hohe Produkt- und Bauteilvarianz, unablässige Termintreue sowie neue Anforderungen für nachweisliche Energieffizienzsteigerungen bedingen produktivere und wettbewerbsfähigere Produktionssysteme. Ein Ansatz hierfür stellt die Automatisierung für die Be- und Entladung von Werkzeugmaschinen mit Roh- und Fertigteilen, Werkzeugen sowie Spannmitteln dar. Aktuell gibt es hierzu keine schlüsselfertigen Lösungen für den Mittelstand. Anbieter wie DMG-Mori oder Torwegge haben 2019 zwar erstmals Lösungen vorgestellt, es mangelt jedoch noch an der Eignung für den Mittelstand, den hohen Kosten sowie der begrenzten Skalier-, Erweiterbar- und Integrierbarkeit in das gesamte Ökosystem der Produktion und IT.

Produktionssysteme können bezogen auf die produzierte Menge in Einzel-, Kleinserien-, Mittelserien-, Großserien- oder Massenfertigung unterschieden werden [1]. Des Weiteren kann zwischen der auftragsorientierten und der marktorientierten Serienfertigung differenziert werden [2]. Bei der auftragsorientierten Serienfertigung werden teilweise standardisierte Produkte nach einem Kundenauftrag gefertigt. Bei der marktorientierten Serienfertigung werden teilweise standardisierte Produkte kundenanonym auf Lager produziert [1]. Im Fokus des Beitrags stehen mittlere Industrieunternehmen mit einem Produktionssystem zur auftrags- oder marktorientierten Einzel-, Klein- oder Mittelserienfertigung. Diese stehen aus Sicht der  Autoren aktuell vor folgenden Herausforderungen:

1. Fachkräftemangel: Maschinenbediener, Messtechniker und Intralogistiker sind rar, die Produktion muss aber unter dynamischen Umfeldbedingungen weitergehen.
2. Hohe bzw. steigende Personalkosten: u. a.  Mindestlohn oder Lohnerhöhungen führen  dazu, dass sich eine Automatisierung nun mehr mit Return-pn-Invest (ROI) Amortisationszeoten von <9 Monaten schnell rentieren kann.
3. Hohe Produkt- und Bauteilvarianz aufgrund von kundenindividueller Produktion: Das Produktionssystem muss sehr flexibel sein und mit unterschiedlichen Bauteilvarianzen umgehen können. Eine Großserien- und Massenproduktion gibt es im produzierenden Mittelstand quasi nicht mehr.
4. Logistische Ziele verschieben sich noch mehr in Richtung hoher Termintreue bei kürzesten Durchlaufzeiten und niedrigen Kosten: Dynamische Auftragspriorisierung und Umplanungen erfordern eine Produktionsplanung und -steuerung in Quasi-Echtzeit als Mittel zur optimalen Reaktion auf die sich stetig verstärkende Dynamik: u. a. Kompensation von Maschinenausfällen durch Umleitung der Aufträge auf andere Werkzeugmaschinen mit gleichen Fähigkeiten.
5. Hohe Varianz und Dynamik der Wertschöpfungsprozesse und somit Arbeitspläne: Einige Bauteile einer Losgröße gehen auf Maschine 1, dann 2 und final auf 3. Andere Bauteile desselben Auftrags wiederum z. B. aufgrund von Qualitäts- oder Produktionsanforderungen den Weg von 1, auf 4, dann 2, wieder auf 1 und dann 3. Und dies meist bei Werkstatt- oder Inselfertigung mit flexibler Materialflussverkettung.
6. Hohe kundenseitige Qualitätsanforderungen: Die Messtechnik muss heute modular und intelligent direkt in das Produktionssystem integriert werden.
7. Steigende Anforderungen für nachweisliche Energieffizienzsteigerungen und CO2-Neutralität: Das fordern große OEMs wie VW beim ID.3 über die Wertschöpfungskette hinweg ein und kontrollieren dies strikter [3]. Damit müssen mittelständische Zulieferer auch resourceneffizient in 7/24 produzieren können, was durch Fachkräftemangel (siehe Punkt 1) oft nicht möglich ist.
8. Hohe Produktionstransparenz und Nachverfolgbarkeit: Es bedarf verlässliche Antworten auf folgende Fragen: Sind die Bauteile schon auf der Maschine? In welchem Produktionsprozess befinden sie sich? Und wann sind sie fertig?
9. Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit des Produktionssystems.

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