Die Herstellung von Türen für Passagierflugzeuge erfolgt überwiegend in Handarbeit. Besonders zeitaufwendig ist die Montage der Türstrukturen mit ihren Schraub- und Nietverbindungen. Viele Zwischenschritte sind erforderlich, um den direkten Kontakt unterschiedlicher Materialien zu vermeiden, der zu Korrosion führt. Werden statt Aluminium, Titan und Duroplasten hauptsächlich thermoplastische Kohlefaserverbundmaterialien (CFK) eingesetzt, die ohne Trennlagen automatisiert miteinander verschweißt werden können, beschleunigt sich dieser Prozess. Im Forschungsprojekt Tavieda von Fraunhofer IWU, Fraunhofer LBF, Trelleborg und Airbus Helicopters gelang es, die Fertigungszeit für die Türstruktur von 110 auf vier Stunden zu senken.
Wie die Forschenden betonen, liegt ein weiterer Schlüssel zu kürzeren Montagezeiten außerdem in der modularen Bauweise für unterschiedliche Flugzeugtürvarianten. Das Projektteam machte sich dafür gezielt auf die Suche nach Bauteilen in verschiedenen Türmodellen, die vereinheitlicht werden können. Fündig wurde es beispielsweise beim Querträger. Die Forschenden entwarfen eine vollautomatische Montagelinie für die gängigsten Modelle und entwickelten Vorrichtungen sowie Spannelemente, die für die Fügetechnologien Widerstandsschweißen und Ultraschallschweißen geeignet sind.
„Gemeinsam mit den Kollegen von Airbus haben wir uns alle Türstrukturen genau angesehen, um die Geometrien für ein automatisches Spannen und Fügen anzupassen. Im Ergebnis konnten wir die einzelnen Montageschritte neu organisieren und durchgehend automatisieren. Damit wird nur noch ein Bruchteil der bisherigen Durchlaufzeit benötigt“, sagt Dr. Rayk Fritzsche, Projektleiter am Fraunhofer IWU. Lediglich für den Einbau der Verriegelungsmechanik ist noch Handarbeit erforderlich.
Das entwickelte Verfahren sieht nun zwei weitgehend identische Montage- bzw. Fügelinien vor, damit bei Ausfall einer Linie Ersatzkapazität zur Verfügung steht (Redundanz). Je zehn Türen können als Ergebnis verschiedener Vereinheitlichungsmaßnahamen in ein Los (Batch) zusammengefasst werden, bevor am Schichtende die Linie vollautomatisch für die nächste Modellreihe umgerüstet wird. Bezogen auf die Kapazität von 4.000 Türen pro Jahr ergibt sich durch das neue Material- und Produktionskonzept ein erheblicher Skaleneffekt.
Maxi Grobis aus dem IWU-Team Fabrikplanung, Simulation und Bewertung simulierte alle technischen und betriebswirtschaftlichen Aspekte der neuen Montagelinie – die sich meist wechselseitig bedingen. Zu den wichtigsten technischen Bewertungskriterien zählen die Komplexität von Produkt und Produktionsprozess, Automatisierungschancen und -risiken auch aus dem Blickwinkel von Flexibilität und Wandlungsfähigkeit oder die Gesamtanlagenverfügbarkeit in einer Kette verschiedener Einzelautomatisierungen.
Eine Automatisierung um der Automatisierung willen war keine Option. Grobis betont: „Damit ein System aus einem Guss herauskommen konnte, haben wir den Gesamtprozess von Produktion und Montage der Tür betrachtet und in eine dynamische Kostenrechnung überführt. Was technisch funktioniert, soll schließlich auch hinsichtlich Anschaffungskosten, Maschinenstundensätzen, Instandhaltungsaufwänden, Energiekosten, Kapitalbindung und Abschreibung stimmig sein. Allein das Einsparpotenzial bei den Lohnkosten oder durch kürzere Durchlaufzeiten aufzuzeigen, wäre zu kurz gesprungen.“
Unter Berücksichtigung aller technischen, logistischen und betriebswirtschaftlichen Kriterien sollte das neu entwickelte Automatisierungssystem aus Sicht der Forschenden umgesetzt werden. Besonders stolz ist Grobis, dass sie mit ihrem integrierten Simulationsansatz auch die Planungszeiten um rund ein Viertel reduzieren konnte.
