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15.06.1984 - 

Werkzeugmaschinenindustrie im "Land der aufgehenden Sonne"

Computer führen rund um die Uhr Regie

Was den Amerikanern ihr "Silicon Valley", das ist den Japanern ihr "Mechatronics Valley". Es liegt an der Nationalstraße "Route 41 ", die von Nagoya in Mitteljapan nach Norden ins Landesinnere führt. Wasino, Taiyo, Daifuku, Okuma, Yamazaki und Murata Machinery, alles klangvolle Namen der Japanischen Werkzeugmaschinenindustrie, bei denen Mechanik und Elektronik sich zu "Mechatronics" verbinden und in Gestalt rechnergesteuerter flexibler Fertigungssysteme auch der Klein- und Mittelserienfertigung zu ungeahnter Produktivität verhilft.

Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen, Industrieroboter, automatische Lagner und fahrerlose Transportfahrzeuge - alles unter der geschickten Regie eines oder mehrerer Rechner betrieben - ergeben die in Japan sehr schnell im Wachsen begriffenen flexiblen Fertigungssysteme. Jeder Werkzeugmaschinenbauer, der etwas auf sich hält, betreibt sie dort inzwischen.

Japanische Fachleute geben die Anzahl der in Japan heute in Betrieb befindlichen flexiblen Fertigungssysteme mit über 100 an. Der Anwender kann sie entweder von Lieferanten komplett beziehen oder aber selbst zusammenstellen. Hierbei werden unter einem flexiblen Fertigungssystem mehrere materialflußtechnisch und informationsflußtechnisch verkettete Werkzeugmaschinen verstanden. Mit ihnen lassen sich unterschiedliche Werkstücke mit unterschiedlichen Bearbeitungsabläufen zur gleichen Zeit im gleichen System automatisch herstellen.

Technologien wie automatisierter Dreischichtbetrieb von Fertigungszellen und Fertigungssystemen, über die hierzulande heute vorwiegend lediglich gesprochen oder diskutiert wird, laufen in Japan schon in großem Umfang in der Praxis - mit den entsprechenden Auswirkungen und Erfolgen hinsichtlich Produktivität und niedrigen Fertigungskosten japanischer Maschinenbauerzeugnisse.

Zwischenzeitlich ist Nippon auf Platz 1 der Weltanbieter von Werkzeugmaschinen aufgerückt und hat die USA sowie die Bundesrepublik Deutschland hinter sich gelassen.

Vergleicht man heute den Entwicklungsstand der flexiblen Automatisierung in diesen drei Ländern, so ergibt sich eine Reihe von Aussagen:

- Die Japaner legen auch bei den Bemühungen um höchste Produktivität im Bereich der Klein- und Mittelserienfertigung des Maschinenbaus den Hauptschwerpunkt auf die drei "S" (Spezialisierung auf bestimmte Produkte, Standardisierung, Serienfertigung). Damit fahren sie auch sehr hochautomatische flexible Fertigungssysteme vorwiegend unter dem Gesichtspunkt einer hohen Produktivität bei allerdings mittlerweile beachtlicher Flexibilität beziehungsweise Werkstückvieltalt. - In den USA ermöglicht allein die Größe des Binnenmarktes eine sichere Auslastung auch schwierig zu planender Kapazitäten der auftragsorientierten Fertigung. Verkettete Fertigungssysteme, auch mit großen Werkzeugmaschinen für voluminöse Werkstücke, sind daher schon seit geraumer Zeit Stand der Technik in verschiedenen Unternehmen.

- Demgegenüber wird in der Bundesrepublik Deutsch and die bisherige Entwicklung und Verbreitung flexibler Fertigungssysteme von zwei Faktoren maßgeblich beeinflußt:

Die heute vielzitierte weltweite Arbeitsteilung - auch im Maschinenbau - weist den hier ansässigen Unternehmen immer stärker das Feld technologisch und qualitativ sehr hochstehender, in marktorientiert großer Vielfalt zu. Hierfür ist es notwendig, eine sehr hohe Flexibilität auch bei Automatisierungsmaßnahmen zu erhalten. Diese schlägt mit besonderer Kapitalintensivität zu Buche.

Die für Planung, Entwicklung und Installation flexibler Fertigungssysteme notwendigen Aufwendungen an Know-how und an Investitionen strapazieren die Möglichkeiten der meist mittelständischen Maschinenbau-Unternehmen bis zum äußersten. Entscheidungen werden daher oft noch als zu risikobehaftet zurückgestellt.

Anders gehen die Japaner das Problem an:

Die große Anzahl der dort realisierten flexiblen Fertigungssysteme zeigt, daß die Japaner bereit sind zum "Lernen beim Tun". Hierzulande wird hingegen eine neue Technologie oft noch allzulange mit Skepsis betrachtet. Das Wachstums- und Fortschrittsdenken im Land des Lächelns wirkt schon beinahe unbekümmert. Kleine und große Unternehmen rüsten sich für die Anforderungen, die der Wettbewerb um Spitzentechnologie auf der Produkt- und auf der Produktionsseite bei günstigen Preisen und kurzen Lieferzeiten auch noch im nächsten Jahrtausend an die Fertigung stellt. Häufig war hierbei das in der jüngsten Vergangenheit erzielte Verkaufswachstum der japanischen Unternehmen eine finanzielle Basis für die rasche Fortentwicklung.

Die Firma Yamazaki Machinery Works beispielsweise, zu den größten japanischen Werkzeugmaschinenherstellern gehörend, konnte in vier Jahren (1978 bis 1982) eine Umsatzsteigerung von 100 auf 350 Prozent erzielen. Auch 1983, einem Jahr, in dem die japanische Werkzeugmaschinenindustrie ebenfalls Einbußen hinnehmen mußte, hat Yamazaki weltweit nochmals 20 Prozent mehr Werkzeugmaschinen abgesetzt als im Vorjahr, Für die Zukunft ist ein vehementes weiteres Wachstum und mittelfristig eine herausragende Stellung auf dem Weltmarkt ein erklärtes Ziel der Unternehmenspolitik Dieses ehrgeizige Ziel und ein technologischer Vorsprung sollen sich nicht nur auf die Erzeugnisse des Hauses Yamazaki beziehen. Geplant ist vielmehr, daß sie sich auch auf die Fertigungstechnologien in den innerjapanischen und derzeit im Aufbau befindlichen außerjapanischen Fertigungsstätten erstrecken. In Japan betreibt Yamazaki sechs flexible Fertigungssysteme, zwei in der seit rund drei Jahren lauenden "Flexible Manufacturing Factory (FMF) in Nagoya und vier in der seit Mai 1983 im ersten Bauabschnitt fertiggestellten "21st Century Factory' ("Fabrik des 21. Jahrhunderts') in Minokamo nördlich von Nagoya.

Einblick in eine futuristische Weit

Unter anderem zur Steuerung dieser beiden Fertigungsstätten hat Yamazaki ein von Lockhead in USA entwickeltes CAD/CAM-System modifiziert und weiterentwickelt. Die Anlage wurde vor gut einem Jahr in Betrieb genommen. Sie besteht aus drei integrierten Systemen zur CAD-Konstruktion von Werkstücken und Vorrichtungen, zur automatischen CNC-Programmierung und zur Fertigungssteuerung für die eigenen Belange. Nach Angaben von Yamazaki verkürzt sich durch Nutzung dieses CAD/CAM-Systems auch die Zeit von der ersten Produktidee über die Entwicklung bis zum Start der automatisierten Fertigung des Produktes in den flexiblen Fertigungsanlagen auf die Hälfte: von 12 auf 6 Monate.

In der sehr hoch automatisierten "Fabrik des 2 1. Jahrhunderts" fühlt sich der Besucher in eine futuristische Welt versetzt, wenn er das Gebäude betritt. Lautlos öffnen sich die Türen zur Empfangshallle. Statt bei einem Pförtner, meldet man sich selbst über ein Terminal im Dialog mit dem Computer an. Hierauf erklären eine "Stimme aus dem Nichts" sowie Hinweise auf einem Farbmonitor dem Besucher den Weg zu den Produktionsstätten. Dort nimmt der Besucher in einem automatisch gesteuerten vierseitigen fahrerlosen Fahrzeug Platz und fährt im regen Verkehr mit anderen fahrerlosen Fahrzeugen, die den gesamten Materialfluß der Fabrik computergesteuert durchführen, durch die Hallen.

Beeindruckender als all diese sicherlich auf Effekt getrimmten Eindrücke ist jedoch die Fabrik selbst. Hier wird derzeit vorwiegend die spanende Bearbeitung von Flanschteilen, Getriebegehäusen und Maschinengestellen für die anschließende Montage von fünf Baureihen kleinerer und größerer Yamazaki-CNC-Drehmaschinen durchgeführt. Die Produktion erfolgt im "Rund-um-die-Uhr-Betrieb" auf mehreren, sehr hochautomatisierten Fertigungssystemen.

Das 180 mal 100 Meter messende Hauptgebäude ist von einem 10 Meter breiten Fahrweg, der die Längsachse des gesamten Geländes bildet, in Fertigungsbereich und Montagebereich unterteilt. Dieser Weg verbindet die spanende Fertigung und die Montage mit der etwa 200 Meter entfernten Blechbearbeitung, Wärmebehandlung, der Lackiererei sowie der Präzisionsbearbeitung von Kugelumlaufspindeln. Hier und überall sonst verkehren nur automatisch gesteuerte Fahrzeuge, In 13 verschiedenen Ausführungen beziehungsweise Traglasten, induktiv oder schienengeführt übernehmen sie den gesamten Materialfluß der Fabrik. Gesteuert wird dieser Material- und auch der Informationsfluß von einem übergeordneten Fertigungsleitrechner, der über Telefonfernleitung mit dem CAD/CAM-Rechnersystem im 20 Kilometer entfernten Hauptwerk in Nagoya verbunden ist.

Die vier dort installierten Fertigungssysteme fertigen etwa 600 verschiedene Werkstücke, etwa 12 000 Exemplare pro Monat. Es handelt sich hierbei um "Schlüsselteile", die den maßgeblichen Anteil der Wertschöpfung des Endproduktes ausmachen. Der Rest wird getreu der vielerorts zu beobachtenden japnischen Philosophie, bei der Fertigungstiefe ja nichts zu übertreiben, großenteils von Zulieferern bezogen.

Break-even-point nach dreieinhalb Jahren

So kommt es, daß hier mit 160 Millionen Mark Investitionsaufwand eine Anlage sehr hoher Produktivität arbeitet. Mit nur 39 Beschäftigten in der Fertigung und 201 Mitarbeitern in der Montage können hier 24 Stunden am Tag, 7 Tage in der Woche und 365 Tage im Jahr Werkzeugmaschinen produziert werden. Hat der Weltmarkt einen genügend großen Bedarf an CNC-Drehmaschinen oder Bearbeitungszentren, so ist es inzwischen möglich, sie nahezu im Halbstundentakt auszustoßen. Wenn das von Yamazaki angestrebte weitere Verkaufswachstum und damit die Nachfrage auf dem Weltmarkt es erlauben, den Dreischichtenbetrieb aufrechtzuerhalten, rechnet Yamazaki mit einer Kapitalrückflußzeit von dreieinhalb Jahren. Doch selbst falls nur einschichtig mit 33 Prozent Kapazität gefahren werden kann, hofft das Unternehmen, den "Breakeven-point' noch zu erreichen.

Manche Marktexperten feiern diese hochautomatisierten Fertigungssysteme schon als Vorstufe der unbemannten Fabrik", andere jedoch tun sie skeptisch als nicht aussagefähige "Schauprojekte" ab. Neben diesen "Giganten" gibt es in Japan aber auch eine schnell wachsende Zahl kleinerer computergesteuerter flexibler Fertigungsanlagen. Flexible Fertigungsinseln, bestehend aus zwei oder drei Werkzeugmaschinen, die von einem Industrieroboter versorgt werden, sind hierfür ein Beispiel.

Die Werkzeugmaschinenfirma Murata etwa, ebenfalls im "Mechatronics Valley" ansässig, betreibt eine flexible Fertigungsinsel für Drehteile, in der zwei CNC-Drehmaschinen von einem auf einer Schiene hin und her fahrenden Industrieroboter versorgt werden.

Ein führerloses Fahrzeug holt die Werkstücke auf Paletten aus einem rechnergesteuerten Hochregallager ab und liefert sie an jede Drehmaschine an. Der die Drehmaschinen bedienende Industrieroboter stapelt die Werkstücke von einer Rohteilepalette nach der Bearbeitung auf eine Fertigteilepalette um. An den beiden Drehmaschinen werden zwei unterschiedliche Drehteile bearbeitet, die Flexibilität des Werkstückgreifers reicht hierfür aus. Das Gesamtwerkstückspektrum umfaßt 100 verschiedene Drehteile. Beim Betrieb der Fertigungsinsel fällt auf, daß der Industrieroboter auch zeitlich durch die Zweimaschinenbedienung keineswegs überfordert ist. In der Taktzeit erfolgt ein Meßvorgang in der Maschine, erkennt die Steuerung Ausschuß, wird das Teil vom Industrieroboter gleich in den Abfällbehälter geworfen.isomit ist eine solche Anlage ebenfalls ein Beispiel dafür, daß flexible Automatisierung nahezu aller Aufgaben einer Teilefertigung realisierbar ist.

Der Gesamteindruck einer Umschau in der Werkzeugmaschinenindustrie Japans ergab, daß sich die Automatisierungsanstrengungen der Japaner künftig neben der Fertigung auch auf die Montage konzentrieren werden.

Heute wird vielerorts nicht nur an der informationsflußtechnischen, sondern auch an der materialflußtechnischen Eingliederung der Montage in flexible Fertiqungssysteme gearbeitet. Hierbei spielt auch das in japanischen Unternehmen mit großem Erfolg angewendete Kanban-Prinzip eine wachsende Rolle.

*Rolf Steinhilpe ist Leiter der Arbeitsgruppe "Fertigungssysteme" am Fraunhofer Institut

für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stutgart (LEITUNG: Prof. Dr. Ing. H.J. Warnecke)