Was kann Schwarmmontage?

(Ulm/Bad Nauheim) - Mit seinen Thesen zur Entwicklung der Endmontage von Elektrofahrzeugen unter den Bedingungen von Industrie 4.0 und Big Data erregte Michael Weis bei der Automotive Circle Fachkonferenz Montagesysteme 2017 in Bad Nauheim einiges Aufsehen. Der Begriff "Schwarmmontage", den der Partner und Director Center of Competence bei der Ingenics AG in diesem Zusammenhang prägte, dürfte schnell Karriere machen.

Die Teilnehmer der Fachkonferenz Montagesysteme 2017, zu welcher der "Automotive Circle" als wohl wichtigste Kommunikationsplattform für die Automobil- und Zulieferindustrie im Bereich Karosseriebau, Lackierung und Montage nach Bad Nauheim eingeladen hatte, hatten reichlich zu diskutieren. Ein Grund war der Vortrag von Ingenics Partner und Director Center of Competence Michael Weis im Block "OEM-Erfahrungsberichte und Produktionsstrategien". Unter der Überschrift "Electrification - Herausforderung und Lösungsansätze für die Integration von Elektrofahrzeugen in die Automobil-Endmontage" hatte er seine Thesen zu einer Kombination aus Linien- und Inselfertigung vorgestellt, für die er den Begriff "Schwarmmontage" prägte.

Die Fließfertigung ist nicht am Ende, aber sie wird sich verändern

In jüngster Zeit war verschiedentlich davon die Rede, die Ära der Fließfertigung gehe zu Ende, da künftig mit Montageinseln gearbeitet werde; Karosserien würden von Robotern auf einen Transportwagen abgesetzt, der sich selbst seinen Weg zur richtigen Insel suche - und finde, sofern Produkt, Werkzeug und Komponenten über eine Steuerzentrale komplett vernetzt seien. Beim ersten deutschen OEM, der "umrüsten" will, soll das 20 Prozent mehr Produktivität bringen.

Obwohl solche Visionen bestens zu den Vorstellungen von Industrie 4.0-Experten passen - der Leiter des Fraunhofer IPA, Prof. Thomas Bauernhansel, geht z. B. davon aus, dass bei einer großen Variantenvielfalt "Band und Takt völlig ungeeignet" sind, weil das Fließband zu unflexibel sei und zu viel Platz beanspruche. Die "Smart Factory" werde erst wirklich effizient, wenn es gelinge, aus Produktionsmitteln cyber-physische Systeme zu machen.

Michael Weis macht hingegen deutlich, dass die Abschaffung der Fließbänder nur für bestimmte Produkte infrage kommt. Deshalb zieht er es vor, die Vorteile der Linie mit den Vorteilen der Insel zu verbinden - und hat dafür den Begriff "Schwarmmontage" geprägt. Die Assoziation mit "Schwarmintelligenz" oder "Schwarmorganisation", mit Bienenstöcken und Ameisenvölkern, die im Kollektiv mehr bewirken, als man es von der Summe ihrer Mitglieder erwarten würde - funktioniert spontan. Im Zeitalter von Industrie 4.0 muss natürlich auch der Begriff "Big Data" fallen, da die Fähigkeit, sehr große Datenmengen ohne Zeitverlust zu verarbeiten, eine entscheidende Voraussetzung ist.

Unter den Bedingungen der Mega-Städte

"Selbstverständlich wird Industrie 4.0 alle Unternehmensbereiche betreffen, trotzdem habe ich mich zunächst einmal auf die Montage-Sicht und auf Elektrofahrzeuge im Premium-Segment konzentriert", erklärt Michael Weis. Die Bedingungen der Massenfertigung von preiswerten Fahrzeugen seien nämlich ganz anders. "In der Volksrepublik China etwa kommen heute 50 Autos auf 1.000 Einwohner, während es in Westeuropa und den USA 500-600 sind. Um diese Lücke zu schließen, werden in den kommenden Jahren weiter Standardfahrzeuge in sehr großen Stückzahlen mit Verbrennungsmotoren gebaut. Wo ausschließlich der Preis zählt, ist die Fließmontage weiterhin das Nonplusultra." Hingegen sei die "Schwarmmontage" ideal für die weitaus individuellere Fertigung von Premiumfahrzeugen geeignet. "Die erforderliche Flexibilität bekomme ich mit der Schwarmmontage, besser in den Griff."

Eine unumstößliche Tatsache ist der politische Wille, Kapazitäten für die massenhafte Fertigung von Elektrofahrzeugen zu schaffen. Im Zuge der fortschreitenden Urbanisierung werden 2050 rund 70 Prozent der Weltbevölkerung im urbanisierten Raum leben; dabei decken die großen Städte zwei Prozent der Erdoberfläche ab, verbrauchen aber 75 Prozent der produzierten Energie und emittieren 80 Prozent der Treibhausgase. "Es gilt, die Ökofähigkeit der Millionen- und Megastädte sicherzustellen, was bedeutet, dass die vergleichsweise kurzen Entfernungen mit E-Fahrzeugen bestens zu bewältigen sind, während für die Herstellung der laufend zunehmenden Strommengen die Luftverschmutzung aus der Stadt aufs Land hinausgetragen wird", sagt Michael Weis.

"Und wo sind die Produktionskapazitäten?"

Darüber, wie groß der Bedarf an Premium-Elektrofahrzeugen ist, muss nicht mehr gestritten werden. E-Fahrzeuge sollen bereits 2040 auf einen Marktanteil von 35 Prozent kommen; wenn dann weltweit, wie prognostiziert, 120 Mio. Neufahrzeuge pro Jahr verkauft werden (aktuell ca. 90 Mio.), ist, so eine aktuelle Studie von Bloomberg, von jährlich über 40 Mio. E-Fahrzeugen auszugehen. China allein will bis 2020 zwölf Mio. E-Fahrzeuge auf die Straße bringen, aber auch in Deutschland müssen Millionenstückzahlen konkret geplant und hergestellt werden. "Und wo sind die Produktionskapazitäten?", fragt Michael Weis.

In den Mega-Städten Asiens und Amerikas, aber auch in deutschen Städten wie z. B. der "Feinstaubmetropole" Stuttgart, wird der Smog den Verantwortlichen ohnehin keine Wahl lassen. "Der Markt ist da, die Städte wollen es, die Politik will es und wird in Bälde auch den Kunden keine andere Wahl mehr lassen", so Michael Weis. "Die Hersteller müssen sich jetzt in Stellung bringen, und das machen sie teilweise schon mit großer Energie wie z. B. Daimler in Bremen, wo, ohne die Abkehr vom Fließband zu erwägen, auf bestehenden Linien konventionelle und E-Fahrzeuge montiert werden." Die Integration von E-Fahrzeugen in eine Montage mit konventionellen Antrieben sei aber immer mit der Gefahr von Effizienzverlusten verbunden. "Für viele Arbeitsgänge, die bei der Produktion von konventionellen Fahrzeugen unverzichtbar sind, gibt es bei E-Fahrzeugen keine Entsprechung, was bei der herkömmlichen Fließmontage zwangsläufig zu Effizienzverlusten führt." Dass die Fertigungszeit eines E-Fahrzeugs in der Hauptmontagelinie um bis zu 18 Prozent geringer ist, bestätigt ihn.

Es ist möglich, die Linie zu verlassen und anschließend zurückzukommen

Die Entwicklungen der vergangenen Jahre, insbesondere die Realisierung von Industrie 4.0-Aspekten und die Möglichkeit zur schnellen Verarbeitung sehr großer Datenmengen (Big Data), haben die Ideen von Michael Weis erst realistisch werden lassen. Dies bestätigt auch die von der Ingenics AG in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation Stuttgart IAO erstellte Studie "Industrie 4.0 - Wo steht die Revolution der Arbeitsgestaltung?" Die beteiligten Arbeitswissenschaftler sehen die Montage als einen der Schwerpunkte zukünftiger Industrie 4.0-Aktivitäten.

Die Merkmale der "Schwarmmontage" sind:
-Kombination und Nutzung der Vorteile von Linien- und Inselfertigung für spezifische Optima
-Effizienz und Flexibilität hinsichtlich Produkt (z. B. Varianz, Modularität, Plug & Play) und Fertigung (Wertschöpfungstiefe, Stückzahlen)
-intelligente Vernetzung der Systeme zu einem intelligenten Gesamtsystem
-Flexibilität hinsichtlich der Wertschöpfungstiefe
-dynamische Rekonfiguration von Teilsystemen möglich
-skalierbares System.

Je mehr elektronische Bauteile, desto kürzer die Produktzyklen

Noch liegt die durchschnittliche Modelllaufzeit bei sieben bis acht Jahren (einschließlich einer oder auch zwei Modellpflegen), doch das wird sich ändern. Zyklen wie z. B. bei Apple, das jährlich ein neues iPhone-Modell herausbringt und noch häufiger mit Softwareupdates aktualisiert, sind zwar kurzfristig nicht zu erwarten, aber auch die Produktzyklen von Fahrzeugen werden sich mit zunehmender Integration weiterer Elektrik- und Elektronikkomponenten maßgeblich verkürzen.

"Wir gehen davon aus, dass sich die Produktzyklen dieser elementaren Bauteile auf maximal drei Jahre reduzieren werden", sagt Michael Weis. "Um dies sicher realisieren zu können, müssen diese Elemente in Modulen zusammengefasst und ,Plug & Play' montiert werden können."

Für neu zu bauende Montagen für Premium-Elektrofahrzeuge müsse man die Möglichkeit nutzen, statt der gängigen Schubplattenlinien und Elektrohängebahnen neue fahrerlose Transportsysteme (FTS) einzusetzen. "In flexibel angepassten Endmontagen wird es möglich sein, die starren Schubplattensysteme zu verlassen, außerhalb der Linie in sogenannten Schwarmbereichen Sonderwünsche zu realisieren und anschließend wieder in die effiziente Linie zurückzukommen", fasst Michael Weis seine Idee zusammen.

Gleichmäßigere Mitarbeiterauslastung trägt zur Optimierung der Produktivität bei

Die Möglichkeit des Ausschleusens eines Fahrzeugs an flexibilisierten Arbeitsplätzen schaffe auch eine gleichmäßigere Mitarbeiterauslastung. Da die Investition in FTS sich von der Investition in Schubplattenlinien oder Hängebahnen nicht signifikant unterscheidet, spielt die Frage der Kosten keine Rolle. Vieles spricht dafür, die verschiedenen Technologien nach Bedarf frei zu kombinieren. So wird es in diesen Schwarmbereichen auch kollaborierende Roboter geben, die sich je nach Bedarf zum entsprechenden Fahrzeug bewegen, dem Mitarbeiter Teile reichen, sie zu montieren helfen oder sogar selbst montieren. Die im jeweiligen Fahrzeug zu verbauenden Teile werden mittels kleinerer FTS ,in time' am Verbauort angedient. Um diese Vorgänge weiter zu optimieren, führt Ingenics weiterführende Studien und Simulationen mit unterschiedlichen Eingangsparametern durch. Firmenkontakt
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