Matrixproduktion

Die Matrixproduktion gilt als Schlüssel für die flexible und resiliente Fabrik der Zukunft. Sie ermöglicht Unternehmen, dynamisch auf Marktveränderungen zu reagieren, Variantenvielfalt effizient zu beherrschen und Produktionsressourcen flexibel einzusetzen. Am Fraunhofer IPA entwickeln wir praxiserprobte Lösungen, mit denen Unternehmen den Schritt von starren Linien oder unproduktiven Einzelarbeitsplätzen hin zu modularen, skalierbaren Produktionssystemen erfolgreich meistern. Mit unserer Innovationskompetenz und Industrieerfahrung begleiten wir Sie von der ersten Idee bis zur Umsetzung eines resilienten und zukunftsfähigen Produktionssystems und marktgerechten Wertstroms.

Die Matrixproduktion ist ein innovatives Konzept, das flexibel verkettete Prozessmodule und einen auftragsspezifischen Fluss in den Mittelpunkt stellt. Aufträge steuern nur die Stationen an, die sie benötigen und die den optimalen Fluss mit kurzen Durchlaufzeiten versprechen. Das Konzept vereint die Flussorientierung der Linienproduktion mit der flexiblen Segmentierung und Anordnung der Werkstatt. Es werden nicht einzelne Technologien, sondern der Prozess, betrachtet. Ein Prozessmodul kann dabei ein entkoppelter Einzelarbeitsplatz oder ein verketteter Linienabschnitt sein. Die Prozessanforderung definiert die Produktionsstruktur.

Mit der Matrixproduktion wird eine Infrastruktur geschaffen, die sich verschiedene Produktgruppen und Varianten teilen. Prozessmodule sind redundant mit einem Vielfachen vertreten, die Module verändern sich über die Zeit - sofern erforderlich - und das Gesamtsystem passt sich an veränderte Volumina sowie Auftragsmixe an.

Die Prozessmodule werden dazu voneinander entkoppelt, was im Vergleich zur Linienproduktion die Zwischenbestände erhöht. Dafür steigt aber die Auslastung und aus der Beobachtung heraus ist das »Mehr an Zwischenbestand« vernachlässigbar zum Gesamtbestand im Wertstrom und den gewonnenen Effizienzen.

Die Entkopplung der Prozessmodule eröffnet neue Möglichkeiten in der Gestaltung. Stationen können wiederholt von einem Auftrag angefahren werden, sodass z.B. die Investitionen einer Automatisierungsstation sich schneller amortisieren. Auch können Mitarbeiter eine Springerfunktion zwischen spezialisierten Stationen einfacher ausüben. Einzelne (geplante/ungeplante) Ausfallzeiten an einer Maschine oder Arbeitsplatz wirken nur lokal auf den Bereich; das verbliebene System kann normal weiter operieren.

Die Matrixproduktion stellt somit andere Anforderungen an die Produktionsplanung und -steuerung. Verschiedene Praxisbeispiele zeigen, dass die Steuerung aber kein »Show-Stopper« ist. Die Matrixproduktion kann in unterschiedlichen Stufen und mit unterschiedlicher Komplexität eingeführt werden. Der Nordstern ist eine autonome und ad-hoc Steuerung. Zu Beginn kann aber eine Frozen Zone und die flexible Grundstruktur ein beherrschbares und flexibles System darstellen.

Die Matrixproduktion ist sinnvoll bei hoher Varianz, hoher Dynamik und schlechter Planbarkeit. Außerdem eignet sie sich, wenn das System nicht für eine lange Periode von 5 Jahren ausgelegt wird, sondern sich über die Zeit an neue Bedingungen anpassen muss.

Das System steht in »Konkurrenz« zu klassischen Organisationsform wie dem Einzelarbeitsplatz oder unterschiedlichen Ausgestaltungen der Linienproduktion. Das Ziel der Matrixproduktion sind Einzelstückkosten wie bei einer flexiblen Linie, aber bei höherer Flexibilität.

Jede bisher umgesetzte Matrixproduktion ist anders, da auch die Produkte, Prozesse und Mitarbeiter anders sind. Alle Umsetzungen vereint aber der flexible Auftragsfluss und die Flexibilitätssteigerung im System.

Die gewonnenen Produktivitätssteigerungen sind abhängig von der Ausgangssituation. Steigerungen von 10-15 % sind aber realistische Mittelwerte.

Die Matrixproduktion ist nicht die Lösung aller Herausforderungen. Aber sie ist ein Konzept, mit dem sich jeder beschäftigen sollte, der eine hohe Variantenvielfalt effizient und flexibel in der Produktion abbilden muss. Parallel hat die Linienproduktion weiterhin ihre Bedeutung bei der Massenfertigung und auch Einzelarbeitsplätze können in einer Manufaktur die richtige Lösung sein. Wichtig ist die Betrachtung aller sinnvoller Alternativen.

In Kooperation mit Partnern haben wir als Fraunhofer IPA an zwei Studien zur Matrixproduktion mitwirken dürfen und können somit unterschiedliche Beispiele aus verschiedenen Branchen geben. Die Matrixproduktion wird bereits in unterschiedlichen Branchen wie dem Maschinen- und Anlagenbau, Automobilindustrie, Elektronikindustrie und Medizintechnik eingesetzt. Die Produkte sind so klein wie Smartphone oder so groß wie ein Zwei-Personenbüro.

Unsere Kooperation mit Siemens am Standort Karlsruhe fokussiert ebenfalls seit mehreren Jahren das Thema »Matrix im Fluss«. Hierzu sind unterschiedliche Artikel in unserem Fachmagazin »interaktiv« erschienen.

Wir unterstützen bei der Gestaltung von Matrixproduktionen über drei mögliche Projektformate. Jedes Format geht einen unterschiedlich weiten Weg, den wir mit Ihnen vorab abstimmen. Auch unterscheidet sich jedes Projekt in seiner Schwerpunktsetzung. Grundsätzlich betrachten wir die Grundstruktur, die Logistik und die Steuerung. Die Betrachtung von Automatisierungspotenzialen oder der Einsatz einer Simulation erfolgt anforderungsbezogen. Den zusetzenden Schwerpunkt stimmen wir gemeinsam ab oder passen ihn während der Projektbearbeitung an.

Kern unserer Projekte ist ein methodisches und bewährtes Vorgehen, dass neutral und zunächst lösungsoffen ihre Prozesse, Produkte und Infrastruktur betrachtet. In gemeinsamen Workshops erarbeiten wir ein Systemmodell, das als Grundlage für die gemeinsame Gestaltung dient. Unser Vorgehen zeichnet sich durch ein hohes Maß an Kooperation aus. Wir haben das bewährte Vorgehen, aber Sie sind die Experten in ihren Produkten und Prozessen – gemeinsam gestalten wir für Sie ein zukunftsfähiges Produktionssystem.

Das Ziel jedes Projekts ist, am Ende eine konkrete zur Eignung/Umsetzung einer Matrixproduktion zu haben, die sie in Ihrem Unternehmen intern vertreten und verfolgen können.