Lean und digital: So bauen Sie eine vernetzte Montagelinie

Wie schnell die Elektromobilität auf der Straße an Fahrt gewinnt, hängt nicht nur von der Kaufentscheidung des Kunden ab. Ein weiterer, erheblicher Tempo-Faktor ist die Gestaltung der Montagelinien und Logistik bei den Automobilherstellern, die neben dem klassischen Verbrenner häufig auch Hybrid-, und reine E-Varianten ins Portfolio aufgenommen haben. Wer dafür keine neuen Montagelinien einrichtet, muss die vorhandene Fläche bestmöglich nutzen – idealerweise, indem alle Fahrzeugvarianten auf einer Montagelinie im beliebigen Mix gefertigt werden. Um dies zu erreichen, sind neue Montage- und Logistikkonzepte notwendig, die mit Industrie-4.0-Technologien für mehr Flexibilität sorgen.

Ein solches Konzept entwickelte ROI-Efeso mit einem Automobilhersteller für eine gemischte Fahrzeugmontage mit der Kombination Verbrenner, Hybrid und Vollelektrisch. Vier wesentliche Rahmenbedingungen waren vorgegeben:

1. eine Fahrzeugarchitektur mit mehreren Varianten.
2. spielten die unterschiedlichen Antriebsvarianten und deren Mix eine zentrale Rolle. Und...
3. war zu berücksichtigen, dass immer mehr Kunden ihr Fahrzeug individuell gestalten, was die bereits hohe Komplexität in der Montage weiter steigert.
4. ging es darum, das Thema Kundenbegeisterung zu integrieren. Das heißt, den Kunden nicht nur bei der Abholung seines Fahrzeugs, sondern bereits während dessen Herstellung einzubeziehen und zu begeistern.

Diese Ausgangssituation finden wir häufig 1:1 im Maschinen- und Anlagenbau. Denn auch hier spielen Produktkomplexität und Variantenvielfalt eine wesentliche Rolle.

Aus diesen Rahmenbedingungen leiteten sich die wesentlichen Anforderungen an die zukünftige Montagelinie hinsichtlich Stückzahl- und Variantenflexibilität, Automatisierungs- und Digitalisierungsgrad ab. Dabei dachte das Projektteam nicht nur an die einzelnen Stationen in der Linie. Sondern insbesondere auch an die Integration von Montage und Logistik sowie die Vernetzung der Mitarbeiter.

Vor diesem Hintergrund berücksichtigt das Montagekonzept unterschiedliche Technologie-Szenarien, die wir anhand von Erfahrungen und verfügbaren Best Practice Insights entwickelten. Diese Szenarien sind gestaffelt:

• vom Ausgangsszenario (Band, fixe Abfolge)
• zum semiflexiblem Szenario (flexible Linie/fixe Abfolge)
• zum vollflexiblem Szenario (flexible Linie, flexible Abfolge, siehe Grafik).

Der Ausgangspunkt von ROI-Efeso: eine bandgetriebene Linienmontage mit fixen Stationen und klar definiertem Montageinhalt. Der Montagefortschritt wird durch den Takt vorgegeben. Somit sind die Montageinhalte je Station definiert, ebenso wie der Takt und die Materialversorgung der Station. Die Mitarbeiter sind einer Station fest zugeordnet, die Belieferung der Montagestationen mit Material erfolgt über Routenzüge. Material wird nach JIT/JIS oder in Kits angeliefert. Bei den Kits handelt es sich um auftrags- und damit fahrzeugspezifische Bausätze.

In der nächsten Stufe wird diese Struktur aufgebrochen und flexibilisiert. Die Montageobjekte – sei es in diesem Fall ein Fahrzeug oder in einem anderen ein Kühlschrank – befinden sich auf einem AGV. Trotzdem ist es nach wie vor eine strukturierte Linie, eine Station nach der anderen wird abgefahren, was ROI-Efeso als semiflexibel bezeichnet. Hier sollte bereits über eine Automatisierung der Materialbelieferung mit sog. Plattform-AGV nachgedacht werden. So können Montage- und Logistik-AGV Informationen zum aktuellen Montagefortschritt austauschen und damit der Bandbestand sowie die belegte Bandfläche reduziert werden. Dies erfordert eine entsprechend hochfrequente Logistik, die automatisiert erfolgen sollte. Auch eine auftragsspezifische Anpassung der Montageinhalte je Station ist im genannten Projekt diskutiert worden.

Auch in der dritten Stufe befinden sich die Montageobjekte auf den AGV – nun ist allerdings das Montageablauf nicht mehr gefixt, sondern voll variabel. Das heißt, das Produkt findet seinen Weg durch die Montage und entscheidet, welche Montagestation als nächstes durch das AGV angefahren werden soll. Mögliche Kriterien sind zum Beispiel spezielle Montageinhalte oder die Verfügbarkeit von spezifischen Werkzeugen an einer Montagestation. Darüber hinaus kann das Layout jeder Montagestation flexibel gestaltet werden, da es hier keinen starren Bandvorschub im Takt gibt.

Produktflexible Montagestationen

Im Fahrzeugbau sind die Hochzeitsstationen für Verbrenner- und E-Varianten ein gutes Beispiel. Unter Berücksichtigung bestimmter technischer Voraussetzungen kann hier die Zusammenführung von Karosse und Antriebsstrang (Verbrenner- oder Elektrifizierter Antriebsstrang) in einer Station erfolgen - eine wesentliche Voraussetzung für die Montage unterschiedlicher Antriebsvarianten auf einer Montagelinie.

Parallelstationen nach Montageumfang

Bei einer Montage nach Umfang können gezielt Stationen mit geringem und hohem Montageinhalt definiert werden. Dies ermöglicht auch die Kombination einer starren Rennerlinie mit Parallelstationen, an denen Fahrzeuge mit hohem Inhalt gefertigt werden, zum Beispiel einer besonderen Ausstattungslinie. Der Takt der Montagelinie ist somit nicht nach dem höchstem Montageinhalt auszurichten. Folglich lassen sich die Linienauslastung und -effizienz optimieren. Um den Nachteil möglicher Leertakte (Takte ohne Montageobjekt) bei der Rückschleusung des Fahrzeugs in die Rennerlinie zu vermeiden, sollte man über eine definierte Montageabfolge nach Inhalt nachdenken. Etwa, indem jedes dritte Fahrzeug einen hohen Montageinhalt hat und in die Parallelstation ausgeschleust wird.

Parallelstationen am Bandende

Für die Stationen am Bandende ist eine Zusammenfassung aufeinanderfolgender Stationen, deren Doppelung und Parallelisierung zu überlegen. Da hier üblicherweise wenig Material am Band steht und der Werkzeugeinsatz optimiert werden kann, führt dies zu einer Bandverkürzung und Reduktion der belegten Bandfläche.

Hochflexible Mitarbeiter

Die semiflexible wie auch besonders die vollflexible Montagelinie stellen hohe Anforderungen an die Einsatzflexibilität und Qualifikation des Mitarbeiters. In diesen Szenarien beschränken sich die durch einen Mitarbeiter ausgeführten Montageaufgaben nicht mehr nur auf eine Station und damit klar abgegrenzte Montageinhalte. Daher wird die Unterstützung der Mitarbeiter durch smarte Technologien entsprechend wichtig. Dazu zählen zum Beispiel die digitale Werkerführung (digitale Montageanleitung) über eine entsprechende Visualisierung am Montageplatz oder der Einsatz von Hilfsmitteln wie Smart Watches oder Smart Glasses, die ein digitales Poka Yoke ermöglichen.

Durchgängige Vernetzung

Mit Digitalem Shopfloor Management wird der Zustand der Produktion in Echtzeit transparent. Probleme werden - wenn möglich prädiktiv - identifiziert, datenbasiert analysiert und visualisiert. Der Mitarbeiter vor Ort wird bei der Problemlösung in der Montage KI-basiert unterstützt. Bei alldem wird eine kontinuierliche, sichere Kommunikation eine zentrale Rolle spielen, das Thema Datensicherheit ist hier unbedingt zu berücksichtigen.