Was ist eine flexible Fertigungslinie?

Grundlegender Aufbau einer flexiblen Fertigungslinie

Wenn ein mechanisches Bauteil zahlreiche Bearbeitungsschritte erfordert, ordnen Hersteller die Bearbeitungsmaschinen häufig nacheinander an und verbinden sie über Transfer- und Hilfsvorrichtungen miteinander. Die so entstehende Bearbeitungslinie führt einen definierten Prozess für ein oder mehrere ähnliche Produkte durch. Die Maschinen werden entsprechend dem Prozessablauf und den Arbeitsschritten ausgewählt und angeordnet, die für die meisten oder alle dieser Produkte erforderlich sind. Diese Organisation setzt eine gewisse Stabilität im Produktdesign und im Prozess voraus und eignet sich sowohl für die Serien- als auch für die Massenfertigung.

Zu den Fertigungslinien zählen taktgesteuerte Fertigungslinien und automatisierte Fertigungslinien. Eine automatisierte Fertigungslinie verfügt über ein Steuerungssystem, das den Werkstücktransport, die Indexierung, die Positionierung, die Spannvorgänge sowie die Abläufe der Zusatzvorrichtungen gemäß einem vordefinierten Programm automatisch steuert.

Der Aufbau und die Komplexität einer Fertigungslinie hängen vom Werkstück, den Prozessanforderungen, der Prozessabfolge, der Produktionsrate und dem Automatisierungsgrad ab. Unabhängig von der Komplexität besteht eine Fertigungslinie in der Regel aus fünf Grundelementen: Bearbeitungsmaschinen, Werkzeuge und Vorrichtungen, ein Materialtransportsystem, Hilfssysteme und ein Steuerungssystem.

Arten flexibler Fertigungslinien

1. Klassifizierung nach Werkstückform und -bewegung
   1. Anlagen mit rotierenden Werkstücken. Diese Maschinen bearbeiten Wellen, Scheiben und Ringe, während sich das Werkstück dreht. Zu den typischen Bearbeitungsvorgängen gehören das Drehen oder Schleifen von Innen- und Außendurchmessern, Nuten, Gewinden und Stirnflächen.
   2. Anlagen mit nicht rotierenden Werkstücken. Auf diesen Anlagen werden Maschinengehäuse und verschiedene Teile bearbeitet, die normalerweise ortsfest bleiben. Zu den typischen Bearbeitungsvorgängen zählen Bohren, Senken, Ausbohren, Reiben, Planfräsen und Schlitzfräsen.
2. Klassifizierung nach Produktsorten
   1. Einzelproduktlinien. Hochproduktive Spezialmaschinen, Werkzeuge, Transferanlagen und Zusatzgeräte sind entlang eines festgelegten Prozessablaufs angeordnet. Die Werkstücke werden zur Bearbeitung, Prüfung und Reinigung von einer Station zur nächsten befördert. Qualität und Effizienz sind hoch, allerdings sind auch die Investitionskosten und der Spezialisierungsgrad hoch, was eine Umstellung erschwert. Diese Fertigungslinien eignen sich für die Massenproduktion.
   2. Anpassbare Produktgruppen. Verstellbare Spezialanlagen werden auf Basis von Konzerntechnologie konzipiert und um einen Konzernprozess herum angeordnet. Diese Anlagen bieten ein hohes Maß an Effizienz und Automatisierung für Produktfamilien, die sich in Aufbau und Technologie ähneln. Sie eignen sich für die Serienfertigung und können bei Produktwechseln umgerüstet oder neu organisiert werden.
3. Klassifizierung nach Prozessanlagen
   1. Maschinenbaureihen für Universalwerkzeugmaschinen. Diese Anlagen zeichnen sich durch kurze Fertigungszeiten und niedrige Kosten aus und werden häufig für kleine und mittelgroße rotierende Teile wie Scheiben, Wellen, Hülsen und Zahnräder eingesetzt.
   2. Modulare Werkzeugmaschinenlinien. Vernetzte modulare Maschinen zeichnen sich durch relativ kurze Konstruktions- und Fertigungszyklen, einen zuverlässigen Betrieb und eine gute Wirtschaftlichkeit in der Massenproduktion aus.
   3. Spezialmaschinen-Serien. Diese zeichnen sich durch lange Entwicklungs- und Fertigungszyklen sowie hohe Investitionskosten aus. Sie eignen sich für ungewöhnlich geformte oder komplexe Werkstücke sowie für stabile Produkte mit hohen Stückzahlen.
   4. Flexible Fertigungslinien. Multifunktionsmaschinen vom Typ CNC und Bearbeitungszentren sind mit Materialtransport- und Computersteuerungssystemen integriert. Drehtische und automatische Werkzeugwechsler ermöglichen es jeder Maschine, mehrere Flächen und Bearbeitungsvorgänge mit weniger Umrüstungen durchzuführen, wodurch Positionsfehler reduziert werden. Diese Anlagen eignen sich für komplexe, präzise Teile in kleinen und mittleren Losgrößen und können schnell auf Marktveränderungen reagieren, erfordern jedoch hohe Investitionen und technisches Know-how.
      
4. Klassifizierung nach Geräteanschluss
   1. Starre Linien. Da es keine Zwischenlagerung gibt, wird jedes Teil direkt von einer Station zur nächsten befördert. Bearbeitung und Transport müssen einem strengen Takt folgen, und der Ausfall einer einzigen Maschine bringt die gesamte Linie zum Stillstand. Maschinen und Zusatzgeräte müssen daher eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit aufweisen.
   2. Gepufferte flexible Leitungen. Zwischen benachbarten Maschinen oder Maschinengruppen können Puffer eingerichtet werden. Wenn eine Maschine ausfällt, können die anderen für eine begrenzte Zeit weiterarbeiten. Puffer können zudem den Betrieb von Stationen mit unterschiedlichen Taktzeiten ausgleichen.
5. Klassifizierung nach Werkstückübergabe
   1. Direktübertragungsleitungen. Die Transfervorrichtung wirkt direkt auf eine Oberfläche des Werkstücks ein. Die Teile werden am Anfang der Linie zugeführt und verlassen diese nach der Bearbeitung am Ende.
   2. Paletten-Vorrichtungslinien. Jedes Werkstück wird auf einer mitlaufenden Halterung befestigt, die sich durch die Stationen auf dem Hauptförderband bewegt. Nach der Bearbeitung befördert ein Rückführförderband die Halterung zurück zum Startpunkt.

Gestaltungsprinzipien

1. Das Produktionsprogramm sollte den Wachstumsansprüchen gerecht werden; technische und wirtschaftliche Analysen sollten in der Regel belegen, dass sich die Investitionen in die Produktionslinie innerhalb von fünf Jahren amortisieren.
2. Stellen Sie sicher, dass alle Anforderungen an die Produktzeichnungen erfüllt werden.
3. Sorgen Sie für eine angemessene Anpassungsmöglichkeit hinsichtlich der Losgröße und der voraussichtlichen Produktionsdauer.
4. Setzen Sie stabile, zuverlässige Prozesse und Anlagen mit geringen Anschaffungs-, Betriebs- und Wartungskosten ein.
5. Die Arbeitsintensität verringern und die Arbeitsbedingungen verbessern.
6. Die benötigte Stellfläche minimieren und gleichzeitig einen sicheren und komfortablen Betrieb, eine gute Übersicht sowie eine einfache Wartung gewährleisten.
7. Fördern Sie die Ressourcenschonung, den Umweltschutz und eine umweltfreundliche Produktion.

Gestaltung von Inhalten und Ablauf

1. Den Linien-Prozessplan festlegen und Arbeits- sowie Bearbeitungsdiagramme erstellen.
2. Wählen Sie Universalmaschinen aus und konstruieren Sie Spezialmaschinen.
3. Legen Sie die Logistikmethode fest und entwerfen Sie Fördervorrichtungen.
4. Auswahl und Auslegung von Zusatzgeräten.
5. Entwerfen Sie den Gesamtlayoutplan der Anlage.
6. Erstellen Sie die maßstabsgetreue Anschlusszeichnung.
7. Entwerfen Sie das Leitungssteuerungssystem.
8. Erstellen Sie eine Bedienungsanleitung und Wartungshinweise.