Produktion Smart Factory Day: Digitale Tools und Menschen

„Factory of the Future – Wie Industrie 4.0 die Fabrik der Zukunft prägt“: Das zeigte Christoph Sieben von der Boston Consulting Group in seiner Keynote zum zweiten Smart Factory Day.

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„Warum machen wir das Ganze?“ – Mit dieser Frage, die sich viele Unternehmen beim Thema Industrie 4.0 stellen, leitete Christoph Sieben von der Boston Consulting Group in seiner Keynote den zweiten Smart Factory Day in München ein. Produktionsexperten von Herstellern, Zulieferern und Ausrüstern diskutierten hier, mit welchen Mitteln sich die smarte Fabrik sinnvoll umsetzen lässt. Die Produktionsnetzwerke sind global ausgerichtet, Kunden und Lieferanten arbeiten enger zusammen als noch vor zehn Jahren – das wirtschaftliche Fertigen ist wichtiger denn je. Aber: „Konventionelle Ansätze wie 'Lean' stoßen an ihre Grenzen“, beantwortete Sieben dann auch gleich seine eingangs gestellte Frage.

Den Teilnehmern des Smart Factory Day, den die Fachzeitschrift »Automobil Industrie« am 6. November veranstaltete, beschrieb er drei neue Schritte, die auf „Lean“ aufsetzen und die smarte Fabrik ermöglichen: Transparenz, Prognose und Selbstkontrolle. Wichtig dabei: „Zuerst brauchen Sie eine Strategie“, betonte Sieben, „Beim Thema Digitalisierung können Sie nicht 'einfach mal was machen'“.

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Dazu gehört laut Sieben eine Führung, die den gesamten Prozess überwacht und eine geeignete Infrastruktur. Einen Schritt detaillierter bedeutet das: Die Werkstruktur muss auf Industrie-4.0-Technologien basieren und über eine flexible Struktur verfügen, mit der sich Volumenschwankungen ausgleichen lassen.

Eine modulare Struktur erlaubt es dann, Maschinen je nach Auftragsvorgaben auszutauschen, ohne die gesamte Fertigung stoppen zu müssen. „Audi ist hier weit vorn“, beschrieb Sieben die flexible Zellfertigung beim Automobilhersteller – bei dem anders als früher nicht mehr der Werker auf das Produkt wartet, sondern das Produkt auf den Werker. „Dabei gibt es nicht mehr zwingend eine feste Prozesszeit für jedes Produkt“, erklärte Sieben. „Je nach Ausstattung oder Individualisierungsgrad kann es sein, dass ein Fahrzeug zwei Minuten in der Zelle steht, ein anderes aber fünf.“

Entwicklung

Digitaler Zwilling: verkanntes Potenzial

Zwölf Prozent höhere Mitarbeiter-Auslastung durch intelligente Algorithmen

Fahrerlose Transportsysteme transportieren die Produkte und die notwendigen Werkzeuge zwischen den Zellen – und steuern nur die jeweils relevanten Stationen an. Wie effizient dieser Ablauf sein kann zeigten Simulationen, die auf realen Daten eines Erstausrüsters der Automobilindustrie basieren: Um rund zwölf Prozent stieg die Mitarbeiter-Auslastung in diesem Szenario. Aber: Die Umstellung ist komplex, ein intelligenter Algorithmus muss alles in Echtzeit steuern können.

„Das Ganze ist kein Selbstläufer“, betonte Christoph Sieben. „Häufig haben die Unternehmen aber die Mittel bereits im Unternehmen. Sie nutzen diese nur noch nicht“, beschrieb er den aktuellen Stand. Am Kundenbeispiel eines Schaumherstellers ließ sich der Ausschuss um ein Viertel reduzieren, „weil wir Daten genutzt und ausgewertet haben, die bereits vorhanden waren – aber vorher nicht genutzt wurden.“ Im Detail richteten beide Unternehmen ein KPI-Dashboard (KPI: Key Performance Indicator) ein und überwachten mittels Condition Monitoring die Pumpen, die den Schaum in der Fertigung transportieren. Der Aufwand war dabei überschaubar: „Das System war in wenigen Wochen erstellt“, beschrieb Sieben.

Aber: Die verfügbaren neuen Technologien müssen gemeinsam eingesetzt werden, um den maximalen Nutzen zu erzielen. Wirtschaftlich ist das möglich: „Die Kosten zum Beispiel für 3-D-Druck oder Big Data Analysen sind deutlich geringer als noch vor zehn Jahren. Augmented Reality zum Beispiel war vor Jahren noch nicht in der Produktion zu sehen.“

ZF: Über das „Basissystem Industrie 4.0“

Hermann Becker, Fertigungsleiter des ZF-Werkes in Saarbrücken, ging ebenfalls auf solche Möglichkeiten ein und stellte in seiner Keynote die Integrationsplattform „BaSys“ vor, das Basissystem Industrie 4.0. Damit ist es möglich, Produktionsprozesse beim Start eines neuen Produktes schnell anzupassen – sodass alle Zulieferteile automatisch und rechtzeitig zur Verfügung stehen. Vernetzte Assistenzsysteme unterstützen die Mitarbeiter in der Montage, Planungsprozesse lassen sich dreidimensional virtuell simulieren. Fehlende Funktionen identifiziert das System dabei automatisch.

Außerdem ermöglicht das System virtuelle Inbetriebnahmen. Veränderungen im Layout lassen sich mittels eines digitalen Zwillings testen, ohne die reale Produktion zu beeinträchtigen. Ein weiteres Beispiel für effiziente Abläufe im Werk Saarbrücken ist das Logistikkonzept und hier das Zugsystem, das die Teile an die Montagestationen liefert. Dabei werden alle Materialien im gesamten Werk erfasst – diese Daten sind gekoppelt mit Lager- und Verbrauchsdaten.

Produktion

MHP, Kuka und Munich Re: Smart Factory als Dienstleister

„Fährt nun ein Fahrer ins Lager und wird bestückt, kennt er seine Route vorher nicht, er bekommt sie online übermittelt“, beschrieb Becker. Im nächsten Schritt werden Roboter an den Kommissionierstellen arbeiten und fahrerlose Routenzüge werden die Teile ausliefern. Im Vergleich mit den Billiglohnländern helfe das, eine deutlich bessere Produktivität abzubilden – und so gegenzuhalten.

„Wir führen dazu ein eigenes Projekt durch, das heißt Arbeiten 4.0. Hier arbeiten wir gemeinsam mit Gewerkschaften, Betriebsräten, Psychologen und Organisationsentwicklern und wollen feststellen, welche Schritte uns dabei dienlich sind. Und auch, wie wir unsere Mitarbeiter auf das vorbereiten müssen, was auf uns zukommt.“ Ein großes Thema dabei sei die Qualifikation: Hier müsse viel Geld investiert werden, aber es gibt aktuell sehr viele Förderprojekte – und es ließen sich sicherlich produktive Zusammenarbeiten zwischen Unternehmen bilden.

Klar sei, dass bei der Digitalisierung Arbeitsplätze entfallen werden. „Wir werden aber auch welche gewinnen.“ Und: Mit etwas weniger Arbeitsplätzen an einem deutschen Standort weiter zu produzieren sei natürlich besser, als den ganzen Standort zu verlieren.

Logistik mittels Radiofrequency Identification (RFID)

Wie das praktisch aussehen kann, stellte Frank Klein, Produktionsleiter Mercedes-Benz Vans, dar: „Wir sind der einzige Hersteller, der noch in Deutschland einen Transporter herstellt. Das heißt, dass wir die Kosten ganz genau im Blick haben müssen. Wir müssen effizient produzieren.“ Die bestehenden Herausforderungen im Werk: Vom aktuellen Sprinter gibt es bis zu 1.700 Grundvarianten, die alle auf einer Fertigungslinie entstehen – gemeinsam mit Elektrofahrzeugen. „Außerdem bieten wir den Sprinter in bis zu 400 Farben an und es gibt 70 unterschiedliche Außenspiegel.“ Beherrschen lässt sich diese Vielfalt mittels „Radiofrequency Identification“, RFID.

Mit dieser Technik lokalisiert und identifiziert der Hersteller Seitenspiegel und auch Sitze automatisch und kontaktlos per Funk. Für die Umsetzung arbeitet Mercedes-Benz Vans mit dem Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung (IFF) zusammen. Ziel ist, in den nächsten Jahren bis zu 40 Teile per RFID mit dem Produktionssystem digital zu vernetzen.

An den jeweiligen Montagestationen erhalten die Mitarbeiter Hinweise auf Displays – zum Beispiel mittels Videoclips. Es werden keine Prozessschritte mehr auf Papier gestempelt – die Fabrik funktioniert papierlos. „Wir sparen damit jährlich rund sieben Millionen Blatt Papier“, verdeutlichte Klein den Nutzen. „Beim Thema RFID konnten wir auch unsere Zulieferer überzeugen, dass es sinnvoll ist, in die Technik zu investieren – und dass es sich auch wirtschaftlich lohnt“, schloss Frank Klein seinen Vortrag ab.

Smart Factory

Studie, Buch, Event: Lean und Green fertigen

Die Fabrik als Dienstleistung

Welche neuen Anforderungen hochindividualisierbare Produkte und die skalierbare Produktion an die OEMs stellen, erklärte Rudolf Schmid von der Management- und IT-Beratung MHP. Schmid ging in seinem Vortrag auf die Demofabrik ein, die sein Unternehmen gemeinsam mit dem Roboterhersteller Kuka und dem Versicherer Münchner Rück entwickelt hat. „Factory as a Service“, die Fabrik als Dienstleistung steht hier im Mittelpunkt und soll neue Geschäftsmodelle darstellen, die nur eine modulare und vernetzte Fertigung erlaubt.

Digitales Shopfloor Management: Relevante Daten visualisieren

Andreas Jenke von Bosch Rexroth beschrieb in seinem Vortrag zunächst die digitale Transformation in der Industrie. Am Beispiel einer Studie der Unternehmensberatung Roland Berger zeigte Jenke, dass die konkreten Handlungen hinter der Bedeutung des Themas zurückbleiben. Demnach schauen Unternehmer zu stark darauf, Kosten zu reduzieren – die Interaktion mit Kunden oder neue Geschäftsmodelle stünden nicht im Fokus. Jenke beschrieb den Einstieg in das digitale Shopfloor Management in drei Schritten – an dessen Ende eine Visualisierungssoftware die relevanten Daten benutzerdefiniert darstellt.

„Plattform as a Service“

Für den Maschinen- und Anlagenbau bedeutet das teilweise gravierende Veränderungen, wie Johannes Grobe von Dürr darstellte. War das Unternehmen anfangs ausschließlich im Bereich Lackierung in den Montagewerken vertreten, deckt das Portfolio inzwischen ganze Lackieranlagen für die Automobilindustrie und Systeme für die Fahrzeugendmontage ab. Dazu zählen zum Beispiel Fördersysteme oder Automatisierungs- und Leittechnik. Gemeinsam mit DMG Mori, Software AG, Zeiss und ASM gründete Dürr das Joint Venture Adamos (Adaptive Manufacturing Open Solutions). Dabei handelt es sich um eine IIoT-Plattform für den Maschinen- und Anlagenbau.

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Die Plattform ermöglicht individuelle „Marktplätze“, auf denen zum Beispiel die Daten aller angeschlossenen Maschinen ausgewertet werden – um den jeweiligen Gesamtprozess zu optimieren. „Von einer vollständigen Vernetzung in der Produktion sind wir aber noch weit entfernt“, sagte Grobe auf Nachfrage von Claus-Peter Köth, Chefredakteur »Automobil Industrie« und Moderator der Veranstaltung. „Ein Grund ist, dass sehr unterschiedliche Maschinen im Einsatz sind: Manche sind 30 Jahre alt, andere neu. Hier sind ganz andere Ansätze notwendig“, erklärte Grobe.

Jörg Rommelfanger von ABB Automation erläuterte am Beispiel des Tools „ABB Ability“ die Vorteile von Condition Monitoring für einzelne Roboter oder ganze Flotten. Das Tool umfasst Optimierungs- und Automationslösungen, zum Beispiel Fertigungseffizienz, eine flexible Fertigung, das Energiemanagement, Connected Services oder die virtuelle Inbetriebnahme.

„Erst den analogen Prozess optimieren“

Für ein eventbasiertes Prozessmanagement mittels Big-Data-Analytics und IIoT sprach sich Ron Jäger von Winckel aus. Die in der Produktion eingesetzten Systeme zur Maschinensteuerung setzen den Fokus nicht auf Datenauswertung – die Produktionsdaten bleiben ungenutzt, beschrieb Jäger. Wichtig sei, „einen schlechten analogen Prozess erst zu optimieren und dann zu digitalisieren – „sonst haben Sie einen schlechten digitalen Prozess“.

Dass Industrie 4.0 nicht zwingend teuer sein muss, zeigte Karsten Königstein von Sinfosy. Sein Ansatz: Plug & Play-Konzepte für die Industrie basierend auf kommerzieller Hardware – einsetzbar innerhalb eines Tages. Simon Krämer von MAN Truck & Bus beschrieb den Weg seines Unternehmens zur ressourcenschonenden Fabrik, auf dem es im Sinne von „Green“ schon auch mal um Details wie das Essen in der Kantine ging. Wie smarte Lösungen mit „Lean Management“ zusammenspielen und welches Potenzial diese Konzepte haben, veranschaulichte Jörg Cwojdzinski von ASM Assembly Systems.

Das Ende der Veranstaltung leitete Prof. Dr. Johann Kranz von der LMU München ein. Sein Thema: „Strukturiert in die digitale Zukunft“. Bei der abschließenden Podiumsdiskussion griffen er, Kevin Kostyszyn und Claus-Peter Köth die Fragen der Teilnehmer auf.

Produktion

Smart Factory Day: Die praktischen Ansätze

„Die Mitarbeiter einbinden!“

Zuvor referierte Kevin Kostyszyn vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, über die vernetzte, adaptive Produktion. Im Kern besteht sie aus der modellbasierten Datenanalyse und dem digitalen Zwilling. Das „Internet of Production“ dient dabei als übergeordnete Datenarchitektur – die den Datenzugriff, die Synchronisation und den sogenannten multimodalen Informationszugriff steuert. Letzterer beschreibt diverse Zugriffe auf die Daten, zum Beispiel für statusbasierte Entscheidungen oder autonome Aktionen. Der digitale Zwilling dient der Prozessanalyse, der sich Wissen in Modellen hinzufügen und visualisieren lässt.

Einig war sich Kostyszyn mit Christoph Sieben: Um Industrie 4.0 erfolgreich umzusetzen, ist eine umfassende Betrachtung notwendig – beginnend mit einer Strategie, die das Ziel beschreibt, über die Prozessanalyse bis hin zur Vernetzung und Simulation. Und: Es müssen alle Mitarbeiter eingebunden werden.

Rund 90 Teilnehmer kamen zum Smart Factory Day 2018. Im zweiten Halbjahr 2019 findet der dritte Smart Factory Day in der Continental-Arena in Regensburg statt. Genauere Informationen gibt es natürlich digital auf der Webseite zum Smart Factory Day: www.smart-factory-day.de

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