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Produktion von Zellkontaktiersystemen

Elektrifizieren automatisieren

6. Dezember 2021, 9:00 Uhr | Von Dr. Tim Giesen

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Planung und Aufbau automatisierter Anlagen

Die Planung und der Aufbau von automatisierten Anlagen für die ZKS-Produktion lässt sich in drei Phasen aufteilen.

Definition der Anforderungen an das Produkt und die Produktion
In einem ersten Schritt gilt es, gemeinsam mit der Produktentwicklung des Kunden die spezifischen Anforderungen an das Zellkontaktiersystem und daraus ableitend an die Produktion zu erörtern. Dabei wird der Reifegrad des Produkts erörtert: Handelt es sich lediglich um die neue Generation eines bestehenden Produkts oder um ein Innovationsprodukt? Zudem werden die für eine spätere Hochvolumenproduktion maßgeblichen Schlüsselprozesse analysiert, wie etwa das robuste, widerstandsarme Verbinden der Sensorleitung auf die Zellverbinder durch Ultraschallschweißen oder Laserschweißen.

Ein systematisches Durchleuchten der einzelnen Prozessschritte und deren Integration ist essenziell für den späteren Erfolg. Hier ist entscheidend, kritische Prozessetappen zu identifizieren und zu charakterisieren, ob und wie sich diese in eine automatisierte Produktionsumgebung einbinden lassen. Kurzum, in der Anforderungsphase wird der Grundstein für den späteren Erfolg gelegt – etwaige Fehler summieren sich später auf. Es gilt, Einfluss-Wirk-Zusammenhänge möglichst frühzeitig zu erkennen und eine technisch-wirtschaftlich sinnvolle Automatisierung für die Produktion hoher Stückzahlen zu ermöglichen.

Simultaneous Engineering und Design-for-Manufacturing
Der Vorteil von ZKS-Produktionsanlagen ist, dass es sich bei den einzelnen Modulen größtenteils um erprobte Standardprozesse handelt. So hat Manz eine umfassende Prozessbibliothek, in der Best-Practices für zahlreiche Schlüsselprozesse abgelegt sind. Damit lassen sich die Vorentwicklungskosten für Kunden enorm senken und die Komplexität, die sich durch die Prozessautomatisierung ergibt, schnell beherrschen.

Die in Phase eins identifizierten maßgeblichen Schlüsselprozesse werden je nach Reifegrad und Produktdesign in Stand-alone-Maschinen getestet und ausgewertet. Ein solcher technischer Versuchsaufbau (Pre-Qualification) erfolgt im Technikum bei Manz oder vor Ort beim Kunden. Das Ziel ist, maßgebliche Schlüsselprozesse einem Stresstest zu unterziehen und zu qualifizieren, wie sich die spezifizierten Qualitäten reproduzierbar in der späteren, automatisierten Produktionsanlage schnell umsetzen lassen.

Durch diese gemeinsame Arbeit mit Produktentwickler, Anlagenbetreiber und Maschinenbauer lässt sich in einer frühen Phase das Anlagenlayout erstellen. So können beispielsweise an Engpässen parallel laufende Maschinen eingeplant werden, um mittels Werkstückträger-Schnellwechsel den Durchsatz auf dem gewünschten Niveau zu halten und die nachgelagerten Prozessschritte nicht zu beeinflussen. Doch kann das Ergebnis in Einzelfällen auch sein, dass die Produktentwickler andere Materialien nutzen sollten, wenn zum Beispiel der vorgesehene Klebstoff schlichtweg in einem Automatisierungsprozess nicht verlässlich stabil wird.

Des Weiteren lassen detailliertere Durchsatzbetrachtungen mittels Materialfluss-Simulationen in 2D und 3D das Anlagenkonzept klar bewerten. Die Taktzeitanalyse gibt darüber Aufschluss, welche Stationen hinsichtlich des produktspezifischen Betriebsprofils in der Bottleneck-Betrachtung behandelt werden.

Ausgestaltung Produktionsanlage und Ramp-up
Aufbauend auf den vorgelagerten Phasen kann im dritten Schritt das Anlagenkonzept umgesetzt werden. Die Produktionsanlagen von Manz sind modular aufgebaut, was für ein hohes Maß an Flexibilität in der Planung sorgt. Die Plattform basiert zwar auf Equipment-Standards, doch lassen sich neue Kundenwünsche schnell und unkompliziert einbinden. Zudem ermöglicht der modulare Aufbau, auf veränderte Stückzahlen und Produktvarianten schnell und flexibel zu reagieren und bietet eine höchstmögliche Investitionssicherheit.

Im sich rasant entwickelnden Elektromobilitätsmarkt ist ein Erfolgsfaktor, Produktionsanlagen so zu entwerfen, dass sie mit den Anforderungen mitwachsen, ohne dabei überdurchschnittlich hohe Kosten zu erzeugen. Die Lösung mit der modularen Plattform LightAssembly bietet OEMs und Zulieferern die Möglichkeit, zunächst kleinere Stückzahlen zu produzieren und basierend auf den individuellen Lebenszyklusphasen der Produkte das Produktionskonzept als integrierte Linie oder als Clusterlösungen für größere Kapazitäten und gegebenenfalls zusätzliche Prozesse aufzurüsten und zu automatisieren.

Einen effizienten Hochlauf der ZKS-Produktion ermöglicht Manz durch die Produktionsbegleitung des Kunden, bis für diesen ein selbstständiger Betrieb mit dem an der Anlage eingearbeiteten Personal dauerhaft möglich ist. In dieser frühen Phase der Serienproduktion, nach dem Start of Production (SOP), steht Manz seinen Kunden weiterhin beratend vor Ort zur Seite und ermöglicht so einen zügigen Produktionsbetrieb. Zudem kann auf die individuellen Analyse- und Visualisierungswünsche des Betreibers hinsichtlich des Anlagenmonitorings eingegangen werden. Manz bietet mit verschiedenen Tools zur digitalen Produktionsunterstützung den Zugang zu hilfreichen Daten. Diese erschaffen dem Kunden Zugang zu einer transparenten, zuverlässigen und prognostizierbaren Produktion seiner Zellkontaktiersysteme.

Der Autor

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Dr. Tim Giesen

verantwortet bei Manz das Produktmanagement im Geschäftsbereich Electronic Devices. Der promovierte Wirtschaftsingenieur berät Unternehmen aus der Automobilindustrie bei der Erstellung von Lösungen für automatisierte Montageprozesse. Manz liefert für die Automobilindustrie projektspezifische Produktionslösungen auf Basis eines modernen Baukastensystems, unter anderem für die Herstellung von Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs, für Displays, Batteriezellen und -module, Sensoren oder Inverter.