Eine solche Infrastruktur gibt auch den Anstoß zu neuen Arbeitsweisen, wenn bisher manuell ausgeführte Umfänge automatisiert werden müssen. Wichtige Impulse zur fortwährenden Weiterqualifizierung kommen aus dem Projekt „InTeleMat“ – damit wertvolle menschliche Arbeitskraft noch wertschöpfender eingesetzt werden kann.

Koordination zwischen Mensch, Maschinen und Prozessen

Matrixproduktionssysteme zeichnen sich durch ihre Flexibilität und die Möglichkeit nahtloser Koordination zwischen menschlicher Arbeit, Maschinen und automatisierten Prozessen aus. Die Fraunhofer-Institute IWU und IPA zeigen in ihrer für Acatech angefertigten Expertise auf, wie sehr Produktion von veränderten Rahmenbedingungen betroffen ist und welche Handlungsoptionen sich ergeben. Prof. Dr. Steffen Ihlenfeldt, Institutsleiter am Fraunhofer IWU: „Wir beobachten, dass sich Märkte schnell und kaum vorhersehbar verändern. Die Produktion spricht von Vuca, einem Akronym aus Volatilität, Ungewissheit, Komplexität (Complexity) und Ambiguität. Konsequenterweise muss sich damit auch die Produktion radikal ändern. Wir sind überzeugt, dass Matrixarchitekturen oder generell flexible Fertigungssysteme die perfekte Antwort sind.“

Neue Prozesskette zur Herstellung großer Werkstücke

Das Fraunhofer IWU übernimmt eine zentrale Rolle im Fraunhofer-Leitprojekt SWAP. Es bringt seine technologische Expertise in der Digitalisierung der Produktion, der Bearbeitung von Bauteilen mit mobilen Maschinen und der Steuerung, Regelung und Vernetzung von Maschinen ein. Im Anwendungsfall „Großbauteile“ erforscht es eine vollkommen neue Prozesskette zur Herstellung großer Werkstücke mit kleinen Standard-Maschinen. Dabei wird das Bauteil digital nach Gesichtspunkten der Bauteilfestigkeit und den verfügbaren Maschinen segmentiert, in Einzelteilen bearbeitet, gefügt und mittels einer mobilen Maschine finalisiert. Das Forschungsinstitut arbeitet außerdem an Kommunikationsschnittstellen und -protokollen, um den reibungslosen Informationsaustausch zwischen den Anlagensteuerungen, fahrerlosen Transportsystemen (FTS) und dem übergeordneten Produktionssystem sicherzustellen. Zusammen mit dem Fraunhofer IOSB übernimmt es die Validierung der für SWAP entwickelten Software, die einheitlichen Standards (wie OPC UA) genügen und mit marktüblicher Steuerungssoftware kommunizieren können muss.

Versuchsfeld in einer Matrix-Architektur umgesetzt

Die Fraunhofer-Institute IWU und IOSB haben gemeinsam den ersten Anwendungsfall „Segmentierung und Fertigung von Großbauteilen“ in der SWAP-IT Architektur und die dazugehörige Beschreibungssprache (Production Flow Description Language, PFDL) umgesetzt und auf der Hannover Messe 2023 präsentiert. Am IWU-Standort Dresden hat das Team von Dr. Arvid Hellmich in der Folge das Versuchsfeld in einer Matrix-Architektur strukturiert und Fertigungszellen flexibel beplanbar und für FTS individuell anfahrbar aufgebaut. Die in SWAP entwickelte PFDL dient dabei der Orchestrierung von Fertigungsaufträgen zur Umsetzung einer Beispielprozesskette vom 3D-Druck bis zur Montage. Diese nutzt drei Fertigungszellen, verknüpft reale Prozesse mit deren digitalem Abbild und bedient sich eines FTS zur logistischen Verknüpfung.