Rugalmas és produktív – a mátrix gyártási rendszerek felkészítik a gyárakat a jövőre

Címlap Matrixprodukció

Hogyan reagálhatnak a gyártók gyorsabban a globális válságokra, hogyan kezelhetik a szállítási problémákat, és egyidejűleg hogyan tudnak megfelelni az egyedi ügyféligényeknek? Az acatech megbízásából a Fraunhofer kutatói vizsgálták, mennyiben segíthetik a kiberfizikai mátrix gyártási rendszerek a vállalatokat a kihívások kezelésében.

Soha nem volt ilyen nagy rugalmasságot elvárni: válság- és háborús okokból bekövetkező szállítási zavarok, rövid távú lemondások vagy rendelésmódosítások, egyre kisebb szállítmányok trendje, valamint a termékek egyedi jellemzőinek növekvő mértéke a mai napig a gyártó vállalatok mindennapjainak része. Ugyanakkor a vállalatoknak növelniük kell termelékenységüket, hogy versenyben maradjanak a globális piacon. Az új, rugalmas gyártási koncepciók ebben segíthetnek. Ezt a következtetést vonják le a Fraunhofer Iparfejlesztési és Automatizálási Intézet (IPA) és a Szerszámgépek és Átalakítástechnika Intézet (IWU) kutatócsoportjai. A Fraunhofer IPA és IWU közösen készített egy szakértői anyagot a kiberfizikai mátrix gyártási rendszerek megvalósításáról az acatech megbízásából.

A mátrix fogalma eredetileg a matematikából származik, és egy téglalap alakú elrendezést ír le sorokban és oszlopokban elhelyezkedő objektumokkal. A gyártástechnológusok mátrix alatt egy sakktábla-szerű elrendezést értenek a gyártási modulok, például raktárak, gyártógépek és szállítórendszerek esetében, amelyek egymástól függetlenül működnek. Ugyanakkor ezek cyberfizikailag hálózatba vannak kötve: a virtuális térben létezik egy Digitális Kézleg, amely modellezi a gyártási folyamatokat és a gyártási modulokat. Ennek segítségével optimalizálhatók az anyagáramok és a gépek kihasználtsága. Az eredmények alapján ezután a fizikai modulokat irányítják.

Mátrixgyártási rendszerek alkalmazásban: Rugalmassá és egyben termelékennyé válik a gyártás?

A kiberfizikai mátrix gyártási rendszereket szakértők a rugalmas és egyben hatékony gyártás kulcsának tekintik, amely segít a vállalatoknak növelni ellenálló képességüket, és így túlélni a turbulens időket is. »A kiberfizikai mátrix gyártási rendszerek választ adnak a piaci változásokra, mint például a csökkenő darabszámokra, a növekvő variációkra és az ügyféligények rossz előrejelzhetőségére«, mondja Thomas Bauernhansl, a 4.0 ipari platform kutatási tanácsának tagja, a Fraunhofer IPA intézet igazgatója.

Az, hogy a mérnökök különösen az rugalmasság és a termelékenység iránt érdeklődnek, jó okkal van így. A két nagyobb szektor eddig ellentétes pólusnak tekintette a gyártásban: a hagyományos műhelygyártás, ahol például lemezeket különböző szerszámokkal lépésről lépésre dolgoznak fel, kevésbé automatizált, nagyon rugalmas, de legalább közepes darabszámok esetén nem hatékony. A magas fokon automatizált sorozatgyártás viszont a merev láncolásnak köszönhetően magas termelékenységű, de kevésbé rugalmas – például ha egy alkatrész hiányzik, a szalag megáll.

Segíthetnek-e a kiberfizikai mátrix gyártási rendszerek abban, hogy a műhelygyártás hatékonyabbá váljon, a sorozatgyártás pedig rugalmasabbá? Ennek a kérdésnek a megválaszolására a Fraunhofer csapatok 28 vállalatot kérdeztek meg, eredményeket gyűjtöttek össze és értékeltek. »Célunk az volt, hogy felmérjük a technológia jelenlegi állását, és kiderítsük, mennyire használják már a gyakorlatban az új rendszereket, és valóban növelik-e a rugalmasságot és a termelékenységet«, magyarázza Petra Foith-Förster, a tanulmány vezetője a Fraunhofer IPA-nál.

Nagyobb vállalatok alkalmazzák a mátrixgyártási rendszereket – hiányoznak a komplex megoldások a KKV-k számára

»Főként a nagyvállalatok, de nagyobb középvállalkozások is már használják a mátrixgyártási rendszereket«, mondja Dr. Arvid Hellmich, aki a tanulmányt a Fraunhofer IWU-nál vezette. A vezető szereplők a félvezetőiparban vannak, de nagyobb autó- vagy elektromos készülékgyártók is moduláris struktúrákat alkalmaznak, amelyeket digitálisan optimalizáltak és irányítanak. »Örömteli volt számunkra, hogy a mátrixgyártási rendszereket alkalmazó vállalatok már magas fejlettségi szinten állnak«, hangsúlyozza a kutató.

A mátrixgyártási rendszerek fejlettségi szintjének értékeléséhez a mérnökök egy kritériumkatalógust dolgoztak ki. Ezek közé tartozik többek között a gyártási egységek moduláris felépítése, a Digitális Kézleg megvalósítási szintje, az automatizált szállítórendszerek alkalmazása, valamint a folyamat újra konfigurálhatósága, amely lehetővé teszi a gyártás gyors alkalmazkodását a piaci változásokhoz.

»A szakértői anyag eredményei azt mutatják, hogy a mátrixgyártási rendszerek gazdaságos gyártást tesznek lehetővé kihívásokkal teli piaci körülmények között, és hogy különböző iparágakból származó vállalatok már részben vagy akár teljes mértékben alkalmazzák ezeket«, összegzi Hellmich.

Az eddig hiányzó elemek a piaci szempontból érett, komplett megoldások: »Meglepő számunkra, hogy bár kínálnak egyedi megoldásokat a mátrixgyártási rendszerekhez, teljes csomagokat, gépészeti és folyamatautomatizálási megoldásokat nem«, hangsúlyozza Foith-Förster. »Azok a vállalatok, amelyek már dolgoznak az új, moduláris rendszerekkel, saját maguk fejlesztették ki azokat. Azok a kis- és közepes vállalkozások, amelyek nem engedhetik meg maguknak saját technológia fejlesztését, hátrányban vannak. Itt sürgősen szükség van a technológia szolgáltatók és a potenciális ügyfelek közötti jobb hálózatépítésre.«