Produktionslogistik: KIT entwickelt Fertigungssystem für Losgröße eins

Produktionskonzept soll modular aufgebaut sein, um Flexibilität zu ermöglichen und Kosten zu reduzieren.

Das KIT entwickelt derzeit ein flexibles Produktionssystem, das die Fertigung von Losgröße eins zu moderaten Kosten und mit weniger Aufwand möglich machen soll. (Foto: KIT)
Das KIT entwickelt derzeit ein flexibles Produktionssystem, das die Fertigung von Losgröße eins zu moderaten Kosten und mit weniger Aufwand möglich machen soll. (Foto: KIT)
Sandra Lehmann

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forscht gemeinsam mit Partnern aus der Industrie derzeit an einem Produktionsplanungssystem, mit dem die finanziell moderate Fertigung von Losgröße eins durch die Kombination von Automatisierbarkeit und flexiblen Produktionsmethoden möglich sein soll. Wie das KIT am 17. August in einer Pressemeldung mitteilte, soll dazu im Rahmen des Forschungsprojekts „Wertstromkinematik“ ein vollkommen neuer Produktionsansatz entwickelt werden.

„Geeignete Produktionssysteme, die sich durch hohe Flexibilität und hohen Automatisierungsgrad gleichermaßen auszeichnen, existierten bisher nicht oder nur in Ansätzen. Unser Ansatz schließt diese Lücke“, sagt Edgar Mühlbeier vom wbk Institut für Produktionstechnik des KIT.

Dort koordiniert der Maschinenbauer mit dem Schwerpunkt Steuerungstechnik die Entwicklung des neuen Konzepts. Es kombiniert nach KIT-Angaben die hohe Produktivität und Präzision von Spezialmaschinen mit der Flexibilität von Industrierobotern.

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Das System sei aus mehreren einheitlichen und frei konfigurierbaren Einzeleinheiten (Kinematiken) aufgebaut. Diese 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, so die Forscher.

„Dieser Aufbau ermöglicht eine häufige und flexible Neuanordnung des Produktionssystems, ohne dass kostspielige zusätzliche Anlagen hinzugekauft werden müssen“, betont Mühlbeier. Um diese anspruchsvollen Aufgaben zu lösen, gelte es, das neue System auf verschiedene Weisen gegenüber herkömmlichen Vertikalknickarmrobotern zu optimieren, insbesondere hinsichtlich ihrer Steifigkeit. 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 könne 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 Produktionssystems.

Die Forscher wollen nach Eigenangaben 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 Mühlbeier.

Nach Erledigung der Aufgabe ließen sich diese wieder entkoppeln und getrennt einsetzen. Auf diese Weise könnten Unternehmen die Zahl der – oft sehr kostspieligen – Produktionsmaschinen senken.

„Die Wertstromkinematik könnte die heutige Produktionslandschaft revolutionieren“, sagt Professor Jürgen Fleischer, Leiter des wbk und Initiator des neuartigen Produktionsansatzes.

Sie könne aus Sicht des KIT große Hallen überflüssig machen und lange Lieferketten oder Produktionsausfälle aufgrund von Lieferengpässen verhindern. Die aktuelle Krise durch die Pandemie habe vor Augen geführt, wie schnell die Bänder stillstehen können, wenn Nachschub für die Produktion aus dem Ausland nicht rechtzeitig zur Verfügung stehe.

„Wären unsere flexiblen Systeme im Einsatz, könnten regionale Betriebe im näheren Umkreis einspringen und die fehlenden Teile fertigen. Die Reduzierung von Transportwegen wäre zudem umwelt- und ressourcenschonend“, betont Fleischer.

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