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Beitragsreihe zur Expertise „Umsetzung von cyber-physischen Matrixproduktionssystemen“ – Lebenszkylusphasen, Haupterkenntnisse und MatrixCommunity

Wo liegen die Vorteile der Matrixproduktion bezogen auf die Lebenszyklusphasen? Was sind die Haupterkenntnisse der Expertise und Ausblick auf die Matrix-Community?

Rückblick: Im letzten Blogbeitrag der Beitragsreihe „Umsetzung von cyber-physischen Matrixproduktionssystemen“ wurden die Entwicklungspfade zu einer Matrixproduktion erläutert. 

Vorteile einer Matrixproduktion in den Lebenszyklusphasen

Die Matrixproduktion bietet aufgrund ihrer Modularität und Rekonfigurierbarkeit bei der Umsetzung eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber anderen Produktionssystemen. In Abbildung 1 sind die Lebenszyklusphasen mit den Vorteilen dargestellt.  

Abbildung 1: Vorteile in den Lebenszyklusphasen eines Matrixproduktionssystems1

Schrittweise Gestaltung und Investition

Die modulare Struktur ermöglicht eine schrittweise, initiale Gestaltung des Produktionssystems und eine vereinfachte Berücksichtigung von Änderungen aus der Produktentwicklung. Ebenso begünstigt die modulare Bauweise Schritt für Schritt Investitionen zur Stückzahl- und Variantenskalierung. Verbesserungen bzw. Änderungen können gezielt an den betreffenden Modulen vorgenommen werden. Somit wird die Reaktionsfähigkeit des Systems auf verkürzte Produktlebenszyklen und geänderte Marktbedarfe verbessert.

Nutzung als Pilot-, Ramp-Up- und Ramp-Down-System

Matrixproduktionssysteme eignen sich als Pilotsysteme, um bspw. Prozesse neuer Produkte in der Ramp-up Phase weiterzuentwickeln und zu validieren. Dies steigert die Agilität und minimiert die Investitionsrisiken. Nach erfolgreicher Ramp-up Phase besteht zudem die Möglichkeit das System bei ausreichenden Produktstückzahlen zu einem Liniensystem umzubauen, wobei die vorhanden Produktionsressourcen direkt weiterverwendet werden können.

Neben dem Ramp-up ist die Matrixproduktion auch für das Ramp-down in der Phase der Außerbetriebsetzung geeignet. Die Stückzahlen von auslaufenden Produkten können feinstufig nach unten skaliert werden. Ebenfalls erlaubt dies eine effiziente Ersatzteilproduktion für den Aftermarket. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit der Rekonfiguration des Systems zur Produktdemontage, wodurch der komplette Produktlebenszyklus über ein System abgebildet werden kann.

Ein System für herausfordernde Marktbedingungen

In der Betriebsphase besitzt die Matrixproduktion eine Vielzahl von Vorteilen. Beispiele dafür sind die Taktunabhängigkeit, der Ausgleich von Stückzahlschwankungen und die Möglichkeit im laufenden Betrieb neue Produkte effizient zu integrieren. Ermöglicht wird dies durch die modulare Bauweise, wodurch auch Rekonfigurationen im Betrieb durchgeführt werden können. Dies betrifft bspw. Anpassungen in den Funktionen der Prozessmodule, Layoutveränderungen oder eine Skalierung der Stückzahlen durch das Hinzufügen oder Entfernen von Prozessmodulen.

Haupterkenntnisse der Expertise

Die Ergebnisse der Expertise zeigen, dass Matrixproduktionssysteme eine wirtschaftliche Produktion bei herausfordernden Marktanforderungen ermöglichen und Unternehmen aus verschiedenen Branchen mit unterschiedlichen Produktionsprozessen diese bereits in Ansätzen oder vollständig umsetzen.

Das Matrix-Produktionssystem sollte nicht als Allzwecklösung gesehen werden, andere Systeme haben neben der Matrix-Produktion weiterhin ihre Daseinsberechtigung (z. B. Linienfertigung). In der Praxis führt oftmals eine Kombination von verschiedenen Systemen zu einem optimalen Verhältnis von Produktivität und Flexibilität.

Prinzipiell stehen alle erforderlichen Technologien und Werkzeuge zum Betrieb eines Matrixproduktionssystems in hohen Reifegraden bereit. Allerdings fehlt es an Standardisierung und einem Gesamtpaket inklusive Anlagentechnik und Prozessautomatisierung. Bisher werden nur Einzellösungen angeboten. Unternehmen, die bereits modulare Matrixstrukturen besitzen, haben diese selbst entwickelt. Dies trifft vor allem auf Großunternehmen und größere Mittelständler zu – kleinere und mittlere Unternehmen (KMU), die sich keine eigene Technologieentwicklung leisten können, haben hier das Nachsehen. In Zukunft erfordert es daher mehr Standardisierung und eine bessere Vernetzung zwischen Technologieausrüster und Anwender, damit der Transfer der Matrixproduktion in die breite Industrie gelingt und sich insbesondere auch im KMU-Bereich etablieren kann.

Angebote des Fraunhofer IWU

Mit unserer Expertise unterstützen wir Sie gerne beim Transformationsprozess zu einem flexiblen und digitalisierten Produktionssystem, wie der Matrixproduktion. Mithilfe des Reifegradmodells können wir eine ganzheitliche Einordnung und Bewertung hinsichtlich der 13 Gestaltungsfelder anhand Ihrer Produktion vornehmen und mit Ihnen gemeinsam diskutieren, welche potenziellen Transformationsmaßnahmen zusammengefasst in einem Maßnahmenkatalog in Zukunft notwendig sind. Ebenso können wir Sie bei den Transformationsprozessen in Form von Workshops, technischer Unterstützung oder gemeinsamer Entwicklung begleiten. Kommen Sie dafür gern auf uns zu.

Abbildung 2: Der Weg zur flexiblen Produktion/Matrixproduktion beinhaltet vier Projektphasen

Einladung zur Matrix-Community

Wir, das heißt das Fraunhofer IPA und Fraunhofer IWU, gründen eine freizugängliche Gruppe auf LinkedIn zum Thema Matrixproduktion. Dazu möchten wir Sie herzlich einladen. Wir wollen informieren, eine Basis zum Austausch von Erfahrung und Wissen, zur Vernetzung und zur Diskussion schaffen und die Stakeholder rund um Matrix-Produktionssysteme zusammenbringen. Betreffende Aspekte sind: Fabrikplanung, Produktions- und Anlagensteuerung, modulare Fertigungsstationen, der Digitale Zwilling, Intralogistiksysteme, Materialfluss und Versorgungsinfrastruktur sowie die Einbindung und Rolle des Menschen – alles im Kontext der Matrixproduktion. Wir werden regelmäßig Beiträge posten, die aktuelle Forschungsprojekte, Entwicklungen und Lösungen rund um die Matrix betreffen. Zudem sind wir offen für einen Austausch unter den Gruppenmitgliedern und wünschen uns, dass Anbieter von Lösungen und Anwender von Matrix-Produktionssystemen zueinanderfinden. Wir werden zudem über Angebote der Fraunhofer-Gesellschaft informieren und Interessierte dazu einladen.

Wenn wir Ihr Interesse geweckt haben und Sie mehr über die Motivation, Ziele und Rahmenbedingungen zur Gruppe erfahren möchten, kontaktieren Sie uns.

E-Mail: blog_zukunftsfabrik@iwu.fraunhofer.de

Haben Sie weiteres Interesse zu diesem Thema?

Die Expertise steht unter folgendem Link zum Download bereit. Dort finden Sie weitere spannende Einblicke rund um das Thema Umsetzung einer cyber-physischen Matrixproduktion. Bei weiteren Fragen können Sie sich gern an uns wenden.

Weitere Beiträge zur Expertise finden Sie im Rahmen der Beitragsreihe „Cyber-physische Matrixproduktionssysteme in der Industrie“ auf dem Blog Zukunftsfabrik.

Quelle der Abbildung

1: Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0/acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Hrsg.): Umsetzung von cyber-physischen Matrixproduktionssystemen, 2022, DOI: 10.48669/fb40_2022-03

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