Quelle: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez
Die Matrixproduktion im Praxistest
Variantenreiche Produkte, schwankende Stückzahlen und Automatisierung am Limit: Viele Unternehmen stehen vor diesen Herausforderungen. Am Siemens-Standort Karlsruhe hat man gemeinsam mit dem Fraunhofer IPA radikal umgedacht. Drei Beteiligte berichten, welche Erfahrungen sie gemacht und welche Erkenntnisse sie gewonnen haben.
Von Daniel Ranke
Die Industrieproduktion bewegt sich – positiv formuliert – in einem immer stärkeren Spannungsfeld: Die Variantenvielfalt nimmt zu, Produktlebenszyklen verkürzen sich und die Automatisierung stößt überall dort an ihre Grenzen, wo Stückzahlen klein und Prozess sehr komplex werden. Produktionssysteme müssen unter diesen Bedingungen zugleich effizient, robust und veränderungsfähig sein.
Dieser Anspruch wird am Siemens-Standort Karlsruhe (Manufacturing Karlsruhe/MF-K) seit jeher aktiv gestaltet; und seit mehreren Jahren ist die Matrixproduktion eine neue Lösung für die genannten Herausforderungen. Statt bestehende Produktionslinien weiter zu verdichten, wurde die Produktionsorganisation grundsätzlich neu gedacht. Die Matrixproduktion markiert hier einen Wechsel der Perspektive: weg von der Optimierung einzelner Linien und hin zur Gestaltung eines Gesamtsystems, das unterschiedliche Produkte, Prozesse und Technologien flexibel miteinander verknüpft. Der Fokus liegt dabei nicht allein auf Technik, sondern auf dem Zusammenspiel von Layout, Steuerungslogik, Standardisierung und menschlicher Arbeit.
Um diesen Wandel nicht isoliert, sondern systematisch und praxisnah zu begleiten, arbeitet Siemens eng mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA zusammen. In der gemeinsamen Lab-Kooperation wurden reale Fragestellungen aus dem laufenden Betrieb aufgegriffen, analysiert und gemeinsam weiterentwickelt. Lösungen entstehen nicht am Reißbrett, sondern im Produktionsumfeld selbst.
Im Gespräch mit interaktiv (Daniel Ranke) schildern Markus Ziehl, Michael Scholz und Jakob Görzen ihre Erfahrungen aus drei Jahren Siemens-MF-K&IPA-Lab, die Weiterentwicklung der Matrixproduktion am Standort Karlsruhe und verraten, was davon auf andere Unternehmen übertragbar ist.
»Von Beginn an eine gemeinsame Vision erarbeitet«
interaktiv: Herr Ziehl, Herr Scholz, Siemens und das Fraunhofer IPA haben in den vergangenen drei Jahren sehr eng zusammengearbeitet. Wenn Sie beide heute zurückblicken, was war für Sie bei Siemens der größte Gewinn dieser Kooperation?
Markus Ziehl: Ein zentraler Gewinn war, dass wir uns von Beginn an eine gemeinsame Vision erarbeitet haben. Wir haben bewusst Breite zugelassen und Themen nicht vorschnell eingeengt. Diese gemeinsame Vision hat uns über die gesamte Zeit hinweg Orientierung gegeben und viele Entscheidungen getragen.
Michael Scholz: Für mich war vor allem der Rahmen des Labs entscheidend. Er hat es ermöglicht, Themen jenseits des Tagesgeschäfts zu diskutieren, neue Impulse aufzunehmen und Dinge auszuprobieren, ohne sofort durch alle bürokratischen Schleifen zu müssen. Dieser Freiraum war ein echter Mehrwert.
Die Gesprächspartner
Markus Ziehl leitet am Siemens MF-K-Standort die Lagerlogistik und Produktionsversorgung und war am Aufbau sowie an der Ausrichtung des Siemens-MF-K&IPA-Labs beteiligt.
Michael Scholz ist Head of Factory Engineering bei Siemens MF-K und treibt die operative Weiterentwicklung der Matrixproduktion voran.
Jakob Görzen ist Projektleiter am Fraunhofer IPA und verantwortet das Siemens-MF-K&IPA-Lab sowie Industrieprojekte zur Weiterentwicklung flexibler und resilienter Produktionssysteme und Matrixkonzepte.
Daniel Ranke ist Geschäftssegmentleiter End-to-End Operations am Fraunhofer IPA und treibt flexible Produktionssysteme und Auftragsflüsse sowie Lean voran.
interaktiv: Herr Görzen, Sie sind Projektleiter auf Fraunhofer-Seite in dieser Kooperation. Wo würden Sie sagen, lag der Beitrag des Fraunhofer IPA im gemeinsamen Lab?
Jakob Görzen: Wir haben uns bewusst als Sparringspartner verstanden. Viele Impulse kamen direkt aus der Produktion oder aus Workshops mit den Mitarbeitenden. Unsere Rolle war es, diese Impulse aufzunehmen, zu strukturieren und mit dem passenden Know-how aus dem Fraunhofer-IPA-Netzwerk zusammenzubringen. Daraus sind Projekte entstanden, die nicht theoretisch waren, sondern direkt aus realen betrieblichen Herausforderungen heraus entwickelt wurden.
»Die Matrix hat schonungslos gezeigt, wo Prozesse noch nicht standardisiert oder automatisierungsgerecht waren«
interaktiv: Ein zentrales Projekt im Lab war das Gesamtkonzept Matrix im Fluss entlang des Wertstroms. Warum war dieser Schritt für den Standort Karlsruhe so entscheidend?
Scholz: Eine der zentralen Erkenntnisse war, dass sich das Transportauftragsvolumen deutlich erhöht, wenn man konsequent im One-Piece-Flow bleibt. In einem Hochlohnland wie Deutschland ist das ohne Automatisierung nicht realisierbar beziehungsweise amortisierbar. Zudem hat uns die Matrix schonungslos gezeigt, wo Prozesse noch nicht standardisiert oder automatisierungsgerecht waren. Genau dort lagen enorme, zusätzliche Potenziale, die vorher kaum sichtbar waren.
Ziehl: Gerade die Standardisierung im großen Maßstab war eine echte Herausforderung. Eine komplette Halle im Brownfield mechanisch auf einheitliche Standards zu bringen, etwa gleiche Andockhöhen für Transportfahrzeuge, ist ein Kraftakt. Ohne die langfristige Vision hätten wir diesen Weg nicht durchgehalten. Dieses Zielbild hat uns immer wieder nach vorne gezogen.
interaktiv: Herr Görzen, wenn Sie diese Erfahrungen aus Fraunhofer-Sicht einordnen, was davon ist aus Ihrer Sicht auch für andere Unternehmen relevant?
Görzen: Siemens steht vor Herausforderungen, die viele Industrieunternehmen kennen: hjohe Variantenvielfalt, schwankende Auftragslagen und wachsende Komplexität. Die Matrixproduktion wirkt hier wie ein Ordnungsrahmen für den Umgang mit Komplexität. Entscheidend ist nicht das Kopieren von Lösungen, sondern das gemeinsame Weiterentwickeln der Konzepte für die jeweiligen Rahmenbedingungen. Die Matrixproduktion bringt dabei durchaus eine eigene Komplexität mit sich. Gleichzeitig erfordern hohe externe Dynamik und Variantenvielfalt ein entsprechendes Maß an interner Flexibilität. Entscheidend ist daher nicht möglichst wenig Komplexität, sondern das richtige Maß an Komplexität für die jeweilige Produktionsrealität zu finden.
»Die größte Hürde ist der Einstieg«
interaktiv: Entlang des Wertstroms wurde dann sehr konkret die Mini-Matrix umgesetzt. Herr Scholz, was macht dieses Konzept aus Ihrer Sicht besonders?
Scholz: Unsere Ausgangslage ist Mid-Volume-High-Mix. Mit klassischen Lean-Ansätzen waren wir an einem natürlichen Sättigungspunkt angekommen. Der große Automatisierungsschub ließ sich wirtschaftlich nicht mehr darstellen. Mit der Mini-Matrix haben wir einzelne Prozesstechnologien aus den Montagezellen herausgelöst, in einem technologischen Backbone gebündelt und trotzdem im One-Piece-Flow gearbeitet. Erst dadurch wurde Automatisierung wieder sinnvoll investierbar.
Kurz erklärt: Die Mini-Matrix
Als »Mini-Matrix« wurde bei Siemens MF-K ein Bereich der Endmontage getauft, der das Matrixprinzip in die Montage eines definierten Produktmixes überführt. Die Prozesse sind nach Technologien und Fähigkeiten auf unterschiedliche Stationen verteilt. Die Stationen sind über eine Förderplattform, die individuelle Auftragsflüsse zulässt, verbunden. Bei Veränderungen im Stückzahlmix und -volumen können neue Stationen schnell an die Förderplattform angedockt werden.
interaktiv: Wo liegen heute die Stärken, aber auch die ehrlichen Schwächen dieses Ansatzes?
Ziehl: Die größte Hürde ist der Einstieg. Man braucht Mut und Durchhaltevermögen, weil viele Vorteile nicht sofort sichtbar werden. Gleichzeitig ist entscheidend, dass das System skalierbar bleibt und sich erweitern lässt, ohne den Betrieb lahmzulegen.
Scholz: Eine zentrale Herausforderung ist die Auftragseinsteuerung. In einem entkoppelten System darf sich nichts verklemmen. Das erfordert neue Steuerungslogiken und gezielten Kompetenzaufbau bei den Mitarbeitenden.
Ziehl: Hinzu kommt die Mensch-Maschine-Interaktion. In offenen Systemen teilen sich Menschen und Fahrzeuge häufig dieselben Flächen. Das ist schwer vorhersehbar. Geschlossene Systeme wie die Mini-Matrix sind hier deutlich stabiler.
interaktiv: Herr Görzen, wo liegen aus Ihrer Sicht die Vorteile, aber auch die Grenzen der Matrixproduktion?
Görzen: Ein großer Vorteil ist die Fähigkeit, hoch variantenreiche Produktionen und Schwankungen besser abzufedern. Der häufig genannte Nachteil ist der höhere Platzbedarf. Dieser relativiert sich jedoch, wenn Kompetenzen oder Prozesstechnologien gezielt gebündelt werden. Dann entstehen neue Potenziale für Auslastung und Automatisierung.
»Redundanzen lassen sich besser nutzen, Investitionen sinken und Produktablösungen lassen sich souveräner abbilden«
interaktiv: Gibt es bereits konkrete Vorteile, die Sie heute im Betrieb sehen?
Ziehl: Unterschiedliche Prüf- und Prozesszeiten gleichen sich automatisch aus. Dieses Balancing entsteht ohne zusätzliche Eingriffe und ist ein klarer Vorteil gegenüber klassischen Montagemodulen.
Scholz: Zusätzlich steigt die Resilienz. Redundanzen lassen sich besser nutzen, Investitionen sinken und auch Produktablösungen lassen sich deutlich souveräner abbilden.
interaktiv: Solche Veränderungen betreffen immer auch die Menschen im Werk. Wie haben sie diesen Wandel erlebt?
Scholz: Ich bin einige Jahre nach dem Start dazugekommen und hatte einen sehr prägenden Eindruck. Ich bin ins Werk gekommen und habe gemerkt: Es brennt lichterloh – vor Begeisterung. Die Menschen hatten Spaß an der Veränderung und am Mitgestalten. Nichts war in Stein gemeißelt.
Ziehl: Wir haben früh darauf geachtet, die Mitarbeitenden mitzunehmen. Als erste Verbesserungen sichtbar wurden und die Aufmerksamkeit von außen wuchs, hat das viel bewirkt. Diese Außenwirkung nach innen zu tragen, war ein wichtiger Erfolgsfaktor.
»Die Feasibility Studies waren ein Schlüssel«
interaktiv: Welche Rolle spielten Transparenz und Beteiligung in der Zusammenarbeit?
Görzen: Die Feasibility Studies – also kleine Machbarkeitsstudien – waren ein Schlüssel. Viele Ideen kamen direkt von Mitarbeitenden. In kleinen Teams konnten sie schnell bewertet werden. Wenn sich ein Ansatz bewährt hat, wurde daraus ein Projekt. Diese Offenheit und Transparenz haben Vertrauen geschaffen.
interaktiv: Herr Ziehl, Herr Scholz, wenn man noch einmal auf die Zusammenarbeit der vergangenen drei Jahre blickt, dann wird schnell deutlich, dass es nicht nur um einzelne Projekte ging. Was waren aus Ihrer Sicht die wichtigsten Erkenntnisse aus dieser Kooperation?
Scholz: Ein wesentlicher Punkt war, wie wir die Zusammenarbeit grundsätzlich aufgesetzt haben. Das Konzept aus Feasibility Studies und daran anschließenden vertiefenden Projekten hat sich bewährt. Wir haben gemerkt, dass es beides braucht: das Domänenwissen aus der Fabrik und das wissenschaftliche Know-how sowie die Impulse von außen. Entscheidend ist, dass beides ineinandergreift. Wenn auf beiden Seiten die Ressourcen zur gleichen Zeit freigemacht werden, entsteht echter Mehrwert und die Projekte kommen voran.
Ziehl: Aus meiner Sicht haben wir durch die Kooperation auch neue Zugänge zu Wissen geschaffen. Für viele unserer Ingenieurinnen und Ingenieure haben sich Inputquellen geöffnet, die vorher so nicht präsent waren. Mitarbeitende hatten plötzlich eine zusätzliche, unterstützende Perspektive. Das hat nicht nur einzelne Projekte beeinflusst, sondern spürbar in die Organisation hineingewirkt. Gerade bei komplexen Fragestellungen hat es geholfen, bewusst aus dem Alltag herauszugehen und Themen mit einer wissenschaftlich geführten Moderation zu diskutieren. Das hat vielen Mitarbeitenden ermöglicht, das gewohnte Umfeld zu verlassen und sich intensiver und offener auf die jeweiligen Themen einzulassen.
»Ein zentraler nächster Schritt ist die Logistikautomatisierung«
interaktiv: Herr Görzen, aus Ihrer Sicht als Projektleiter auf Fraunhofer-Seite, wie haben Sie diese Zusammenarbeit erlebt und was waren aus Ihrer Sicht zentrale Erfolgsfaktoren?
Görzen: Das Zusammenspiel aus Feasibility Studies und anschließenden Projekten war aus unserer Sicht ein sehr wirksames Format. So konnten Ideen und Fragestellungen schnell, unkompliziert und ohne große Hürden angestoßen werden. Ein wichtiger Punkt ist zudem, früh zu klären, wie Projektteams zusammengesetzt werden und wie auf beiden Seiten die notwendigen Kapazitäten geschaffen werden. Da wir dies im Lab immer wieder machen mussten, wussten wir recht schnell, wer wo seine Stärken hat. Diese Abstimmung und das Vertrauen sind aus meiner Sicht zentrale Erfolgsfaktoren für die Zusammenarbeit.
interaktiv: Zum Abschluss der Blick nach vorn. Was nehmen Sie aus der Zusammenarbeit mit und welche nächsten Schritte stehen an?
Ziehl: Ein zentraler nächster Schritt ist die Logistikautomatisierung. Ziel ist eine produktionssynchrone Materialversorgung mit sehr kurzen Reaktionszeiten.
Scholz: Ich bin überzeugt, dass das ein echter Gamechanger wird. Die enge Kopplung von Lager und Produktion wird den nächsten großen Produktivitätsschub bringen.
Görzen: Aus Fraunhofer-Sicht sehen wir großes Potenzial in der Weiterentwicklung von Planungs- und Steuerungsprozessen. Fragen der Automatisierung sowie des gezielten KI-Einsatzes zur Beherrschung wachsender Komplexität gewinnen weiter an Bedeutung. Entscheidend bleibt der enge Austausch zwischen Wissenschaft und industrieller Praxis.
Ihre Ansprechpartner
Jakob Görzen
Mitarbeiter im Forschungsteam Fabrikplanung und Wertstromdesign
Telefon: +49 711 970-1930
Daniel Ranke
Geschäftssegmentleitung End-to-End-Operations
Telefon: +49 711 970-1134