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98% Werker-Auslastung mit flexiblen Zellen und FTS

  • Flexible Zellen statt starre Linie
  • Keine stehenden Werker
  • Mehr Flexibilität
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Kurzfassung

Die Optimierungs-Experten von ipolog präsentieren „flexible Zellenfertigung“ als längst überfällige Alternative zur Montage in der Linie. Herzstück ist der „flexCell“-Algorithmus, der mit realen Daten getestet wurde. Berechnungen mit realen Daten zeigen, dass bei einer Montage in flexiblen Zellen und dem Einsatz von FTS – im Vergleich zur klassischen Linie – die Werker-Auslastung um 12% gesteigert werden kann. Autonomen Fahrzeugen kommt bei der Realisierung einer flexiblen Zellfertigung eine enorme Bedeutung zu.

Produktion in der Matrix als das Zukunftskonzept

Die Fabrik der Zukunft steht vor großen Herausforderungen: wird die Individualisierung immer weiter zunehmen und in allen Produktbereichen die Losgröße 1 notwendig machen? Oder gibt es wieder einheitlichere Hardware-Produkte und die Individualisierung erfolgt ausschließlich auf Software-Seite? Welche Produkte sind in 3-5 Jahren überhaupt noch verkäuflich und was muss – evtl. zwangsweise – durch anderes ersetzt werden?

Wer heute eine Fabrik neu baut oder erweitert tut gut daran, sich die notwendige Flexibilität mit einzubauen. Sind starre Montagelinien wie bislang oft üblich die richtige Antwort? Ich bin der festen Überzeugung, dass es auch in Zukunft noch Produkte geben wird, die nur auf einem Fließband maximal effizient gefertigt werden können. Ebenso klar ist mir jedoch auch, dass manche Produktion so starken Varianten- und Volumen-Schwankungen unterliegen wird, um an einer flexiblen Zellfertigung nicht vorbei zu kommen. Das Besondere daran ist, dass die Montage in flexiblen Zellen stattfindet, die bspw. in einer Matrix angeordnet sind. Die Produkte bewegen sich dabei in einer jeweils für den konkreten Produkt-Auftrag optimalen Reihenfolge durch die Zellen.

Jedes Produkt nimmt SEINEN individuellen Weg durch die Fabrik. Die Zellen-Verweildauer wird dabei vom Algorithmus individuell berechnet.

Wenn der Digitale Zwilling für Montage und Produktionslogistik durchgängig aufgebaut ist, kann mit flexibler Zellfertigung faktisch jedes Produkt auch in Losgröße 1 montiert werden. Montage und Logistik werden dann von einem Steuerungs-Algorithmus optimal orchestriert, so dass jedem Werker immer die entspr. Produkt-Aufträge zugeteilt werden. Der Werker spielt hierbei eine entscheidende Rolle, kommt ihm doch viel mehr Verantwortung zu, was für spannende und abwechslungsreiche Arbeitsplätze sorgt. Eine überdurchschnittliche Werker-Qualifizierung ist dafür unablässig. Übernehmen künftig Roboter die manuellen Tätigkeiten des Menschen, ist diese Qualifizierung einfacher übertragbar. In jedem Fall bietet der Einsatz von Mensch-Roboter-Kollaborationen und die flexiblere Nutzung aufwändiger und teurer Automatisierungs­technik weitere Optimierungspotentiale in der flexiblen Zellfertigung. So kann z.B. eine Spezial-Applikation an verschiedensten Stellen im Montage-Vorranggraph genutzt werden, indem die so ausgestattete Zelle vom selben Produkt-Auftrag mehrfach angefahren wird. In der klassischen Linie würde man diese Applikation vermutlich nicht automatisieren, weil an mehreren Stationen die Investition nötig wäre.

Das Konzept der flexiblen Zellenfertigung ist mehr als nur ein theoretisches Konzept! Wir haben eine praktische Umsetzung schon mehrfach mit realen Daten simuliert. Mit erstaunlichen Ergebnissen!
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Konkrete Studien-Ergebnisse und Praxiserfahrungen

Gemeinsam mit der Boston Consulting Group haben wir in einer weltweit beachteten Studie [1] erstmalig mit realen Daten nachgewiesen, was eine flexible Zellfertigung („flexCell“) eigentlich bringt. Dabei haben wir eine Automobil-Endmontage mit 200 Fahrzeugen pro Schicht sowohl im Fließband als auch in der flexCell optimiert. Die Ergebnisse sind überraschend: mit 19% weniger Werkern können wir in der flexCell genau dasselbe Produktionsprogramm erfüllen wie in der Linie! Dies liegt v.a. in den deutlich reduzierten Taktzeitfolgeverlusten, die aufgrund der hohen Prozesszeitspreizung in der Linie irgendwann nicht weiter optimiert werden können. Selbst der höhere Logistikaufwand (viele Teile werden im Warenkorb kommissioniert in die Zelle geliefert), ein höherer Flächenbedarf, erhöhte Durchlaufzeit und ein höheres WIP (work in progress) können beim simulierten Produktmix den Vorteil für die flexCell nicht mindern.
Die Versorgung mit Bauteilen, Werkzeugen und den Produkten selbst geschieht überwiegend mit Hilfe fahrerloser Transportfahrzeuge (FTS)!
Die Versorgung mit Bauteilen, Werkzeugen und den Produkten selbst geschieht überwiegend mit Hilfe fahrerloser Transportfahrzeuge (FTS). Konkrete Studien-Ergebnisse und Praxiserfahrungen zeigen reale Daten.
Die Studie liefert eine Tendenz und exemplarische Aussagen, die eine genaue Analyse aber nicht ersetzen können. Auf jeden Fall muss Machbarkeit und Effizienz für jedes Produkt­port­folio und jede Stückzahl individuell betrachtet werden. Die Software ipolog ermittelt in wenigen Wochen Projekt­laufzeit IHR konkretes Potential mit dem digitalen Zwilling in ipolog und dem einzigartigen flexCell-Algorithmus.

Auswirkungen auf die Fabrik

Natürlich gibt es auch in der flexiblen Zellfertigung klassische Fabrikplanungs-Aufgaben. Bei einigen Punkten sollten erfahrene Fabrikplaner jedoch umdenken, wenn sie an die flexCell-Planung gehen:

  • Simulation und Layout-Planung ergeben in iterativen Schleifen ein immer feineres Bild
  • Pufferflächen sind unbedingt im Layout einzuplanen, da die Produkte zwischen den Zellen ggf. einige Zeit warten müssen, um ein Gesamtoptimum zu erzielen.
  • Feste Taktzeiten und fixe Stations-Reihenfolgen gibt es im flexCell-Ansatz nicht. Flexibilität ist daher auch in Planung und Steuerung der Fabrik gefragt.

Andererseits können viele Änderungen schlicht mit der (De-)Aktivierung oder Umrüstung einzelner Zellen erledigt werden, wo bei der klassischen Linie viel mehr Aufwand nötig wäre:

  • Erhöhung / Reduzierung der Stückzahl
  • Verkürzter Planungshorizont / Bedarfsschwankungen (stündlich, täglich, …)
  • weniger / mehr Montage- / Fertigungs-Schritte
  • Veränderungen bei Prozessen / Fertigungsverfahren
  • Integration eines zusätzlichen Produktes / Auslauf eines Produktes

Bei Brownfield-Projekten bietet der flexCell-Ansatz enorme Potentiale und Gestaltungs­möglich­keiten für den Fabrikplaner und -optimierer. Hier ist es besonders spannend, welche Kosten durch Wiederverwendung bei der bestehenden Linie nicht mehr anfallen, die evtl. bei der flexiblen Zellfertigung nicht weitergenutzt werden können. Es kann sein, dass dann für die höhere Flexibilität ein viel höherer Preis bezahlt werden muss.

Ganz anders bei Greenfield-Projekten, wo die flexible Zellenfertigung deutlich geringere Ansprüche an die Fabrikhalle stellt (ein ebener Boden genügt, geringere Höhe ausreichend, etc.). Zudem kann auf der grünen Wiese sehr einfach potentielle Erweiterungsfläche für zusätzliche Zellen vorgesehen werden, die dann durch einen Anbau zu einem späteren Zeit­punkt realisiert werden kann.

[1] Veröffentlichung zum Thema „Flexible Zellenfertigung“: https://www.bcg.com/de-de/publications/2018/flexible-cell-manufacturing-revolutionize-carmaking.aspx

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