Abstract
In today’s automotive assembly systems, automation is widely implemented to improve assembly time, costs, and quality. In accordance, the respective design of the fully automated assembly stations focuses on high performance and the maximum possible output, thus restricting the system’s flexibility. In consequence, inefficiencies manifest themselves in case the assembly system can neither properly adapt to sudden changes in the assembly system (e. g. the product mix, the product design, or the assembly process) nor satisfy demand changes from internal or external factors (e. g. market demands). This paper provides a systematic literature review on the flexibility of automated assembly systems laying a specific focus on design concepts and design variants, in order to fulfill today’s flexibility requirements. As a result, the three major streams for improving the flexibility of fully automated assembly stations have been identified as incorporating flexibility in assembly systems, flexible systems design, and automation potential. Applications of the findings indicate that in order to increase the flexibility of automatic assembly, the design of fully automated assembly stations should include a focus on operations-, and structural flexibility as well as the flexibility horizons. In consequence, by increasing the flexibility of automatic assembly systems, the efficiency would increase.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
References
Deuse, J., Busch, F.: Zeitwirtschaft in der Montage. In: Lotter, B., Wiendahl, HP., (eds) Montage in der industriellen Produktion. VDI-Buch. Springer, Berlin, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-29061-9_4
Westkämper, E.: Einführung in die Organisation der Produktion. Springer-Lehrbuch. Springer, Berlin (2006). https://doi.org/10.1007/3-540-30764-8
Lotter, B.: Einführung. In: Lotter, B., Wiendahl, H.-P. (eds.) Montage in der industriellen Produktion: Ein Handbuch für die Praxis, pp. 1–8. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-29061-9_1
Michalos, G., Makris, S., Papakostas, N., et al.: Automotive assembly technologies review: challenges and outlook for a flexible and adaptive approach. CIRP J. Manuf. Sci. Technol. 2, 81–91 (2010). https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2009.12.001
Bauernhansl, T., Hompel, M.T., Vogel-Heuser, B.: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden (2014).https://doi.org/10.1007/978-3-658-04682-8
Hesse, S., Malisa, V., (eds): Taschenbuch Robotik - Montage - Handhabung, 2., neu bearbeitete Auflage. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München (2016)
Kathmann, T., Reh, D., Arlinghaus, J.C.: Exploiting the technological capabilities of autonomous vehicles as assembly items to improve assembly performance. Adv. Ind. Manuf. Eng. 6, 100111 (2023). https://doi.org/10.1016/j.aime.2022.100111
Temur, L.: Konzepterstellung zur ereignisorientierten Initiierung einer Bewertung von automobilen Produktionsprogrammen im mittelfristigen Zeithorizont. Dissertation, Technische Universität Dortmund (2021)
Friedli, T., Schuh, G.: Wettbewerbsfähigkeit der Produktion an Hochlohnstandorten. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-30276-3
Bochmann, L.S.: Entwicklung und Bewertung eines flexiblen und dezentral gesteuerten Fertigungssystems für variantenreiche Produkte, ETH Zurich (2018)
Chatti, S., Laperrière, L., Reinhart, G., et al.: CIRP Encyclopedia of Production Engineering. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2019). https://doi.org/10.1007/978-3-662-53120-4
Stadler, W., Dittmann, J., Maskos, G., et al.: Karosseriebau und Produktionsprozesse. ATZ Extra 13, 146–151 (2008). https://doi.org/10.1365/s35778-008-0181-3
Nof, S.Y., Wilhelm, W.E., Warnecke, H.-J.: Industrial Assembly. Springer US, Boston, MA (1997). https://doi.org/10.1007/978-1-4615-6393-8
Wolff, K., Futschik, H.D, Achleitner, A., et al.: Gesamtfahrzeug. In: Pischinger, S., Seiffert, U., (eds) Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, pp 125–167 (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-658-25557-2_3
Wiendahl, H.-P., Reichardt, J., Nyhuis, P.: Handbuch Fabrikplanung: Konzept, Gestaltung und Umsetzung wandlungsfähiger Produktionsstätten, 1st edn. Carl Hanser Fachbuchverlag, München (2010)
Holtewert, P., Wiendahl, H.-H.: Fertigungs- und Montagesysteme. In: Bauernhansl, T. (ed.) Fabrikbetriebslehre 1, pp. 129–164. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-44538-9_5
Wiendahl, H.-P., Wiendahl, H.-H.: Betriebsorganisation für Ingenieure, 9, vollständig, überarbeitete Hanser, München (2020)
Bebersdorf, P., Huchzermeier, A.: Einleitung. In: Bebersdorf, P., Huchzermeier, A. (eds.) Variabler Takt: Mit dem VarioTakt Varianz beherrschen bei grenzenloser Produktindividualisierung, pp. 1–26. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-030-87170-3_1
Boysen, N., Fliedner, M., Scholl, A.: Assembly line balancing: Which model to use when? Int. J. Prod. Econ. 111, 509–528 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2007.02.026
Schenk, M., Wirth, S., Müller, E.: Fabrikplanung und Fabrikbetrieb. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2014). https://doi.org/10.1007/978-3-642-05459-4
Kellner, F., Lienland, B., Lukesch, M.: Produktionswirtschaft. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-61446-4
Bebersdorf, P., Huchzermeier, A.: Grundlagen Takt und Fluss – Ableitungen aus der Praxis. In: Bebersdorf, P., Huchzermeier, A. (eds.) Variabler Takt: Mit dem VarioTakt Varianz beherrschen bei grenzenloser Produktindividualisierung, pp. 27–74. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-662-63931-3_2
Klug, F.: Logistikmanagement in der Automobilindustrie: Grundlagen der Logistik im Automobilbau, 2. Auflage. VDI-Buch. Springer Vieweg, Berlin, Germany (2018). https://doi.org/10.1007/978-3-662-55873-7
Konold, P., Reger, H.: Praxis der Montagetechnik. Vieweg+Teubner Verlag (2003)
Burggräf, P., Dannapfel, M., Ebade Esfahani, M., et al.: Fertigungsmittel- und Personaleinsatzplanung. In: Burggräf, P., Schuh, G. (eds.) Fabrikplanung, pp. 273–364. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-662-61969-8_6
Hartel, M., Lotter, B.: Planung und Bewertung von Montagesystemen. In: Lotter, B., Wiendahl, H.-P. (eds.) Montage in der industriellen Produktion, pp. 365–388. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-29061-9_13
Lotter, B.: Wiederverwendung von Produktionssystemen. In: Lotter, B., Deuse, J., Lotter, E. (eds.) Die Primäre Produktion, pp. 143–157. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2016). https://doi.org/10.1007/978-3-662-53212-6_7
Sommer, S.: Taschenbuch automatisierte Montage- und Prüfsysteme: Qualitätstechniken zur fehlerfreien Produktion. Hanser Verlag, München, Praxisreihe Qualitätswissen (2008)
Schumacher, P., Weckenborg, C., Spengler, T.S.: The impact of operation, equipment, and material handling flexibility on the design of matrix-structured manufacturing systems. IFAC-PapersOnLine 55, 481–486 (2022). https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2022.04.240
Webster, J., Watson, R.T.: Analyzing the past to prepare for the future: writing a literature review. MIS Q. 26 (2002)
Scholer, M.: Wandlungsfähige und angepasste Automation in der Automobilmontage mittels durchgängigem modularem Engineering -Am Beispiel der Mensch-Roboter-Kooperation in der Unterbodenmontage-, Universität des Saarlandes (2018)
Lotter, B.: Flexible Montage mit Robotereinsatz. In: Lotter, B., Wiendahl, H.-P. (eds.) Montage in der industriellen Produktion, pp. 273–283. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-29061-9_9
Stark, T., Klos, A., Müller, M.: Wandlungsfähige Montagetechnik. In: Bauernhansl, T., Fechter, M., Dietz, T. (eds.) Entwicklung, Aufbau und Demonstration einer wandlungsfähigen (Fahrzeug-) Forschungsproduktion, pp. 119–130. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-60491-5_10
von Garrel, J., Schenk, M., Seidel, H.: Flexibilisierung der Produktion – Maßnahmen und Status-Quo. In: Schlick, C.M., Moser, K., Schenk, M. (eds.) Flexible Produktionskapazität innovativ managen, pp. 81–126. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2014). https://doi.org/10.1007/978-3-642-39896-4_2
Kern, W.: Modulare Produktion: Methodik zur Gestaltung eines modularen Montagesystems für die variantenreiche Serienmontage im Automobilbau. Springer Vieweg, Wiesbaden (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-658-36300-0
Kern, W., Rusitschka, F., Kopytynski, W., et al. (eds) Alternatives to assembly line production in the automotive industry (2015)
Foith-Förster, P., Bauernhansl, T.: Changeable and reconfigurable assembly systems – A structure planning approach in automotive manufacturing. In: Bargende, M., Reuss, H-C., Wiedemann, J., (eds) 15. Internationales Stuttgarter Symposium. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, pp 1173–1192 (2015). https://doi.org/10.1007/978-3-658-08844-6_81
Fries, C., Fechter, M., Ranke, D., et al.: Fluid Manufacturing Systems (FLMS). In: Weißgraeber, P., Heieck, F., Ackermann, C. (eds.) Advances in Automotive Production Technology – Theory and Application, pp. 37–44. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-662-62962-8_5
Fries, C., Wiendahl, H.-H., Foith-Förster, P.: Planung zukünftiger Automobilproduktionen. In: Bauernhansl, T., Fechter, M., Dietz, T. (eds.) Entwicklung, Aufbau und Demonstration einer wandlungsfähigen (Fahrzeug-) Forschungsproduktion, pp. 19–43. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-60491-5_4
Erlach, K.: Die schlanke und wandlungsfähige Fabrik. In: Erlach, K. (ed.) Wertstromdesign: Der Weg zur schlanken Fabrik, pp. 291–328. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-58907-6_4
Burggräf, P., Schuh, G., (eds) Fabrikplanung: Handbuch Produktion und Management 4, 2nd ed. 2021. Springer Berlin Heidelberg; Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg (2021). https://doi.org/10.1007/978-3-662-61969-8
Koren, Y., Heisel, U., Jovane, F., et al.: Reconfigurable Manufacturing Systems. In: Dashchenko, A.I. (ed.) Manufacturing Technologies for Machines of the Future, pp. 627–665. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2003). https://doi.org/10.1007/978-3-642-55776-7_19
Koren, Y., Shpitalni, M.: Design of reconfigurable manufacturing systems. J. Manuf. Syst. 29, 130–141 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2011.01.001
Koren, Y.: The Emergence of Reconfigurable Manufacturing Systems (RMSs). In: Benyoucef, L. (ed.) Reconfigurable Manufacturing Systems: From Design to Implementation. SSAM, pp. 1–9. Springer, Cham (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-28782-5_1
Prasad, D., Jayswal, S.C.: A review on flexibility and reconfigurability in manufacturing system. In: Chattopadhyay, J., Singh, R., Prakash, O., (eds) Innovation in Materials Science and Engineering. Springer Singapore, Singapore, pp 187–200 (2019). https://doi.org/10.1007/978-981-13-2944-9_19
Marks, P., Yu, Q., Weyrich, M.: Survey on flexibility and changeability indicators of automated manufacturing systems. In: 2018 IEEE 23rd International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA). IEEE, pp 516–523 (2018)
Katz, R.: Design principles of reconfigurable machines. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 34, 430–439 (2007). https://doi.org/10.1007/s00170-006-0615-2
Wiendahl, H.-P., ElMaraghy, H.A., Nyhuis, P., et al.: Changeable manufacturing - classification, design and operation. CIRP Ann. 56, 783–809 (2007). https://doi.org/10.1016/j.cirp.2007.10.003
Abadi, C., Manssouri, I., Abadi, A.: Reconfiguration of Flexible Manufacturing Systems Considering Product Morpho-Dimensional Characteristics and Modular Design, pp. 559–565. https://doi.org/10.1007/978-3-030-62199-5_49
Azab, A., ElMaraghy, H., Nyhuis, P., et al.: Mechanics of change: A framework to reconfigure manufacturing systems. CIRP J. Manuf. Sci. Technol. 6, 110–119 (2013). https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2012.12.002
Fechter, M., Dietz, T.: Bewertung der Wandlungsfähigkeit eines Produktionssystems. In: Bauernhansl, T., Fechter, M., Dietz, T. (eds.) Entwicklung, Aufbau und Demonstration einer wandlungsfähigen (Fahrzeug-) Forschungsproduktion, pp. 11–17. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-60491-5_3
Buck, R.: Entwurfsmuster für den Aufbau von Baukästen für das Funktionale Engineering: Design patterns for the creation of libraries for functional engineering. Stuttgarter Beiträge zur Produktionsforschung, Band 41. Fraunhofer Verlag, Stuttgart (2015)
Steward, D.V.: Systems analysis and management: Structure, strategy, and design. PBI, New York (1981)
Klein, P.W.: Methode zum Engineering von Produktionsanlagen durch Wiederverwendung von Modulen. Universität Siegen, Institut für Produktionstechnik (2014)
Hüttemann, G., Buckhorst, A.F., Schmitt, R.H.: Modelling and assessing line-less mobile assembly systems. Procedia CIRP 81, 724–729 (2019). https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.03.184
Ahmadzadeh, H., Masehian, E.: Modular robotic systems: Methods and algorithms for abstraction, planning, control, and synchronization. Artif. Intell. 223, 27–64 (2015). https://doi.org/10.1016/j.artint.2015.02.004
Fechter, M.: Wandlungsfähige Roboter für die Automobilproduktion. In: Bauernhansl, T., Fechter, M., Dietz, T. (eds.) Entwicklung, Aufbau und Demonstration einer wandlungsfähigen (Fahrzeug-) Forschungsproduktion. A, pp. 55–68. Springer, Heidelberg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-60491-5_6
Andresen, K., Gronau, N., Schmid, S.: Ableitung von IT-Strategien durch Bestimmung der notwendigen Wandlungsfähigkeit von Informationssystemarchitekturen. In: Ferstl, O.K., Sinz, E.J., Eckert, S., et al. (eds.) Wirtschaftsinformatik 2005, pp. 63–82. Physica-Verlag HD, Heidelberg (2005). https://doi.org/10.1007/3-7908-1624-8_4
Brusaferri, A., Ballarino, A., Cavadini, F.A., et al.: CPS-based hierarchical and self-similar automation architecture for the control and verification of reconfigurable manufacturing systems. In: Proceedings of the 2014 IEEE Emerging Technology and Factory Automation (ETFA). IEEE, pp. 1–8 (2014)
Ross, P.: Bestimmung des wirtschaftlichen Automatisierungsgrades von Montageprozessen in der frühen Phase der Montageplanung. ForschungsberichteIWB : Berichte aus dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München, Bd. 170. Utz Verlag, München (2002)
Böge, A., Böge, W.: Handbuch Maschinenbau. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden (2014). https://doi.org/10.1007/978-3-658-06598-0
Deuse, J., Roßmann, J., Kuhlenkötter, B., et al.: A methodology for the planning and implementation of service robotics in industrial work processes. Procedia CIRP 23, 41–46 (2014). https://doi.org/10.1016/j.procir.2014.10.066
Hesse, S.: Montagegerechte Produktgestaltung. In: Lotter, B., Wiendahl, H.-P. (eds.) Montage in der industriellen Produktion, pp. 9–48. Springer, Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-29061-9_2
Bolz, R.W.: Design for automated assembly. In: Bolz, R.W. (ed.) Manufacturing Automation Management, pp. 171–178. Springer, US, Boston, MA (1985). https://doi.org/10.1007/978-1-4613-2541-3_37
Boothroyd, G.: Assembly automation and product design, 2nd ed. Manufacturing Engineering and Materials Processing, vol 66. Taylor & Francis, Boca Raton (2005)
Eskilander, S.: Design for Automatic Assembly - A Method for Product Design: DFA2. Dissertation, Royal Institute of Technology (2001)
Madappilly, P.J., Mork, O.J.: Review and modification of DFA2 methodology to support design for automatic assembly (DFAA) in the maritime industry. Procedia CIRP 100, 744–749 (2021). https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.05.050
Krog, E.H., Richartz, G., Kanschat, R., et al.: Kooperatives bedarfs-und kapazitätsmanagement der automobilhersteller und systemlieferanten. Logistik Manag. 3, 45–51 (2002)
Acknowledgments
The results, opinions, and conclusions expressed in this paper are not necessarily those of Volkswagen Aktiengesellschaft.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Copyright information
© 2023 IFIP International Federation for Information Processing
About this paper
Cite this paper
Schulz, B., Klingebiel, K., Reh, D. (2023). A Systematic Literature Review on the Developments in the Field of Flexible and Fully Automated Assembly Stations Within the Automotive Sector. In: Alfnes, E., Romsdal, A., Strandhagen, J.O., von Cieminski, G., Romero, D. (eds) Advances in Production Management Systems. Production Management Systems for Responsible Manufacturing, Service, and Logistics Futures. APMS 2023. IFIP Advances in Information and Communication Technology, vol 692. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-43688-8_31
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-43688-8_31
Published:
Publisher Name: Springer, Cham
Print ISBN: 978-3-031-43687-1
Online ISBN: 978-3-031-43688-8
eBook Packages: Computer ScienceComputer Science (R0)