Was ist zellulare Fertigung? – Eine Methode der schlanken Fertigung

Zellulare Fertigung ist ein Fertigungssystem, das verschiedene Produktionsprozesse in einer einzigen Fertigungszelle vereint. In den USA gibt es über 1,000 Systeme mit über 8,000 Mitarbeitern im Bereich Fertigungslayout. Dieses System reduziert Rüstzeiten, Lagerkosten und vereinfacht den Produktionsprozess. Weitere Details zu den verschiedenen Aspekten der zellularen Fertigung finden Sie in diesem Blog. Also, los geht‘s!

Was ist zelluläre Fertigung?

Bei der zellularen Fertigung werden Maschinen und Arbeitsplätze in „Zellen“ angeordnet, um ein Produkt herzustellen. Dadurch entsteht eine Miniatur-Produktionslinie in einer einzigen Zelle, was die Effizienz und Flexibilität erhöht und Abfall reduziert. Diese Strategie ist ein zentraler Bestandteil der schlanken Fertigung. Lean Manufacturing ist ein System, dessen Fokus auf der Vermeidung von Abfall, der Priorisierung des Kundennutzens und der kontinuierlichen Prozessverbesserung liegt. Durch die zellulare Fertigung entstehen Produkte wie Ventilkörper für die Automobilindustrie, Halterungen für die Luft- und Raumfahrt, Griffe für medizinische Instrumente, Kühlkörper für die Elektronik und Fahrradnaben.

Arten von Lean-Manufacturing-Methoden

Lean Manufacturing nutzt verschiedene Methoden, um Abfall und Kosten zu reduzieren, die Effizienz zu steigern und die Produktqualität zu verbessern. Diese sind:

• Just-In-Time-Produktion (JIT).
• Kaizen für kontinuierliche Verbesserung.
• 5S für die Arbeitsplatzorganisation.
• Kanban für Pull-System.
• Poka Yoke zur Fehlervermeidung.
• Heijunka zur Produktionsnivellierung.
• Wertstromanalyse zur Visualisierung des Prozessflusses.
• Jidoka zur Automatisierung der Fehlererkennung und -korrektur.

Wie man zellulare Fertigung definiert

Es handelt sich um eine schlanke Produktionsstrategie, bei der Maschinen und Geräte in dedizierten Arbeitsstationen, sogenannten Zellen, kombiniert werden, um ähnliche Produkte herzustellen.

One-Piece-Flow

One-Piece-Flow wird auch Einzelstückfluss genannt. Es handelt sich um eine schlanke Fertigungsmethode, bei der immer nur eine Einheit eines Produkts und nicht in großen Chargen durch die Produktionslinie läuft.

Beispiele für zellulare Fertigung

Einige gängige Beispiele sind Fließbänder in der Automobilindustrie, die Elektronikfertigung und die Herstellung kundenspezifischer Produkte.

Zelluläre Fertigung vs. traditionelles Fließband

Es gibt mehrere Unterschiede zwischen der zellularen Fertigung und herkömmlichen Fließbändern, und zwar:

Flow- und WIP-Unterschiede

Herkömmliche Produktionslinien produzieren standardisierte Produkte. In der zellularen Fertigung hingegen werden Produkte mit Variationen hergestellt. Beispielsweise produziert jede Arbeitszelle einzelne Unterbaugruppen für ein Produkt und nutzt Teilefamilien, um Variationen dieser Unterbaugruppen zu erstellen.

Flexibilität und Produktmix

Die Zellfertigung bietet eine höhere Flexibilität hinsichtlich des Produktmix und kleinerer Losgrößen. Die traditionelle Montage eignet sich für die Großserien- und Einzelproduktproduktion. Die Zellfertigung ermöglicht eine schnelle Rekonfiguration und kann die Qualitätskontrolle für unterschiedliche Produkttypen integrieren. Das traditionelle Montagelayout führt zudem zu längeren Materialflüssen und geringerer Flexibilität hinsichtlich des Produktmix.

Qualität und Nacharbeitsabwicklung

Die zellulare Fertigung ermöglicht eine effektivere Handhabung von Qualität und Nacharbeit. Sie kombiniert verwandte Maschinen und vielseitig qualifizierte Mitarbeiter zu Zellen und sorgt dafür, dass Mängel sofort im Team behoben werden, anstatt isolierte Inspektionen durchzuführen. Bei der herkömmlichen Montage werden Mängel oft an separate Nacharbeitsstationen weitergeleitet.

Umrüstzeit

Die zellulare Fertigung zeichnet sich durch kürzere Umrüstzeiten aus. Die zellularen Fertigungslayouts ordnen die Ausrüstung für eine bestimmte Produktfamilie an und ermöglichen eine schnellere Einrichtung. Die traditionelle Montage hingegen erfordert oft umfangreiche Maschinenanpassungen und Neukonfigurationen.

Kostenvergleich

Die zellulare Fertigung ist kosteneffizienter, da weniger Materialhandhabung, unfertige Bestände (WIP), Rüstzeiten und Vorlaufzeiten anfallen. Die traditionelle Montage hingegen verfügt über ein Prozesslayout mit großen Einzweckmaschinen.

Wann zellulare Fertigung am besten funktioniert

Unter verschiedenen Bedingungen funktioniert die zelluläre Fertigung am besten:

Wiederkehrende Teilefamilien

Gleiche Teile werden in Familien gruppiert und bilden eine effiziente CNC-Bearbeitungszelle für diese Familien. Dies ermöglicht die Durchführung der wichtigsten Bearbeitungsschritte und reduziert Reisezeit und Rüstzeiten.

Überlappende Routings

Eine einzelne Zelle kann Teilefamilien mit gleicher Bearbeitungssequenz und -route in derselben Maschine mit unterschiedlichen Aufträgen effizient verarbeiten. Dies erhöht die Flexibilität und Ressourcenauslastung.

Kurzer Takt, kleine Lose

Bei der zellularen Fertigung handelt es sich um einen kontinuierlichen Produktionsfluss in einem Stück. Dies ist besonders effektiv bei häufigen Kleinserien und kurzen Durchlaufzeiten und ermöglicht eine schnellere Anpassung an die Produktionsanforderungen.

Kompaktteile

Eine einzelne Zelle, die Maschinen und Arbeiter in einer kleinen, dedizierten Einheit für die Produktion kleinerer Teile zusammenfasst, ist effizienter als die traditionelle Fertigung.

Layouttypen für die zellulare Fertigung

Die Zellherstellung verfügt über verschiedene Layouttypen, und zwar:

U-förmige Zelle

In dieser Zelle sind die Maschinen U-förmig angeordnet und bilden so ein kompaktes und platzsparendes Layout. Diese Anordnung wird eingesetzt, wenn ein Produkt ein hohes Maß an Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den Mitarbeitern erfordert. Die Techniker sind eng angeordnet, und aufgrund der Platzeffizienz ist dies die gängigste Anordnung.

I-/Linearzelle

Bei dieser Anordnung sind die Maschinen in einer geraden Linie angeordnet. Sie wird für Produkte mit einfachen, sequenziellen Vorgängen verwendet, die sich in eine Richtung bewegen.

O-/Käfigzelle

Die Maschinen sind kreisförmig angeordnet und werden für Produkte verwendet, die mehrere Durchläufe durch dieselben Maschinen benötigen. Alle Maschinen werden von einem hochqualifizierten Techniker bedient.

L/T/S/Z-Formen

Die L-Form steht für einfache Prozessabläufe und wird für einfache Produkte verwendet. Die T-Form ist für Materialien aus unterschiedlichen Quellen. Die S-Form dient dazu, Hindernisse zu umgehen und den Produktionsfluss aufrechtzuerhalten. Die Z-Form dient wie die S-Form dazu, Hindernisse zu umgehen.

Beispiele für zellulare Fertigungslayouts

Einige Beispiele aus der Praxis für diese Layouts sind:

• U-förmig wird in der Endmontage von Geräten der Unterhaltungselektronik verwendet
• I-Form wird für einen einfachen Bearbeitungsprozess verwendet
• Käfigzellen werden für Produkte mit komplexen Veredelungsprozessen verwendet

So implementieren Sie den zellularen Herstellungsprozess

Um zu verstehen, wie ein zellularer Fertigungsprozess implementiert wird, beachten Sie diese Tipps.

Gruppieren Sie Ihre Teilefamilien

Gruppieren Sie die Produkte zunächst in Teilefamilien, basierend auf Ähnlichkeiten in Design, Verarbeitung oder Kundenanforderungen. Identifizieren Sie dann die richtigen Maschinen und Werkzeuge und ordnen Sie diese in der Arbeitszelle an.

Grundlagen der Kodierung und Klassifizierung

Sammeln Sie Teiledaten und klassifizieren und codieren Sie Teile mithilfe von Methoden wie Sichtprüfung oder Produktionsflussanalyse in Familien. Entwickeln Sie eine Teile-Maschinen-Inzidenzmatrix und ordnen Sie ähnliche Maschinen in Zellen an.

Auswahl von Maschinen und Werkzeugen pro Familie

Nachdem Sie ähnliche Maschinen und Werkzeuge für eine ähnliche Familie zusammengestellt haben, integrieren Sie Lean-Prinzipien, schulen Sie Mitarbeiter und erstellen Sie einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess, um das neue Zellsystem zu optimieren.

Tipps für eine bessere Implementierung

Beachten Sie für eine bessere Umsetzung diese Tipps

• Implementieren Sie ein Pull-System wie Kanban
• Standardisieren Sie Verfahren und schulen Sie das Personal innerhalb der Zellen
• Leistung überwachen und Verbesserungen vornehmen

Zelluläre Fertigung in der CNC-Bearbeitung

Diese Fertigung optimiert CNC-Prozesse und gruppiert die zugehörigen Geräte und Ressourcen physisch in dedizierten „Zellen“, um Teilefamilien herzustellen. Dieses System bietet höhere Produktivität, Effizienz, Qualität und Flexibilität bei geringerem Materialfluss und kürzeren Vorlaufzeiten.

Dreh- und Fräs-Drehzellen

CNC-Dreh- und Fräs-Dreh-Zellen optimieren die Produktion zylindrischer Teile, die Dreh- und Dreh-Fräsbearbeitungen erfordern. Sie vereinen Dreh- und Fräs-Dreh-Maschine in einer einzigen Zelle und ermöglichen einen einheitlichen, einteiligen Produktionsfluss. Sie produzieren Teile wie Wellen oder Ringe für die Automobil- oder Luftfahrtindustrie.

Fräsen/5-Achs-Zellen

3-/5-Achs-Fräszellen optimieren die Bearbeitung komplexer, mehrachsiger und prismatischer Teile. Sie organisieren 3- und 5-Achs-Maschinen, um komplizierte und komplexe Geometrien in einem einzigen Arbeitsgang zu erstellen. Zum Beispiel Elektronik wie Kühlkörpergehäuse oder Drohnenteile.

Hartmetall-Bearbeitungszellen (Titan, Edelstahl)

Diese Zellen können schwer zerspanbare Materialien wie Titan oder Edelstahl bearbeiten. Die CNC-Anlagen und Werkzeuge sind effektiv und effizient gruppiert, um Hartmetallteile herzustellen. Beispiele hierfür sind Teile für die Luft- und Raumfahrt und Medizintechnik.

Vor- und Nachteile der zellularen Fertigung

Die zellulare Fertigung bietet zahlreiche Vorteile, ist jedoch auch mit einigen Einschränkungen verbunden.

Hauptvorteile der zellularen Fertigung

Zelluläre Fertigung bietet:

• weniger Zeit für die Materialhandhabung und kürzere Vorlaufzeiten.
• bessere Qualitätskontrolle und schnellere Fehleridentifizierung.
• Eine höhere Produktivität und eine bessere Bestandsverwaltung der laufenden Arbeiten (WIP) steigern die Leistung.
• Weniger Abfallproduktion.
• Bessere Arbeitsmoral mit höherer Arbeitszufriedenheit und Motivation.
• Bessere Kommunikation und Flexibilität.
• Kosteneffizienz und kürzere Rüstzeiten.

Wesentliche Nachteile der zellularen Fertigung

Die Einschränkungen der zellularen Fertigung sind:

• Höhere Anfangskapitalinvestition:
• Hohes Risiko von Verspätungen und Störungen:
• Es ist eine Herausforderung, die Arbeitsbelastung auszugleichen.
• Insgesamt höhere Prozesskomplexität.
• Hoher potenzieller Flexibilitätsverlust.

Risikokontrollen der zellularen Fertigung

Zu den Risikokontrollen zählen Lieferkettenmanagement für die Rohstoffverfügbarkeit, Cybersicherheitsmaßnahmen zur Vermeidung von Störungen durch Cyberbedrohungen, komplexe Sicherheitsprotokolle für Arbeitnehmer und flexibles Design, um sich an Nachfrageänderungen anzupassen und das Risiko von Verzögerungen zu verringern.

Wie reduziert die Zellproduktion Abfall?

Durch die Organisation von Maschinen in Arbeitszellen für Produktfamilien wird Abfall reduziert. Dies rationalisiert den Prozess und minimiert Materialhandhabung, Transport, Wartezeiten und Lagerbestände. Ein kontinuierlicher Fluss verbessert die Kommunikation und reduziert Fehler durch sofortige Qualitätskontrolle innerhalb der Zelle.

Fazit

Die zellenförmige Fertigung ist ein schlanker Produktionsansatz. Dabei werden Arbeitsplätze und Geräte in kleinen, dedizierten Zellen angeordnet und eine begrenzte Anzahl ähnlicher Produkte hergestellt. Alle benötigten Maschinen werden nebeneinander aufgestellt und die Teammitglieder arbeiten in einer U-förmigen Anordnung mit diesen Maschinen. Diese Fertigungsweise reduziert Materialbewegungen und Abfall und schafft einen reibungslosen, kontinuierlichen „One-Piece-Flow“. Sie erhöht die Produktionsgeschwindigkeit und Flexibilität insgesamt.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist ein Beispiel für zelluläre Produktion?

Das bekannteste Beispiel für zellulare Produktion ist ein Unternehmen wie Dell, das seine Computerfabrik in mehrere Zellen aufteilt.

Was ist der Unterschied zwischen zellularer Fertigung und flexibler Fertigung?

Die zellulare Fertigung ordnet Maschinen in Zellen an. Die flexible Fertigung hingegen ist ein automatisiertes System für ein breiteres Produktspektrum und größere Stückzahlen.