Produktion Das war der Smart Factory Day 2022 bei Porsche in Leipzig

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Porsche Leipzig war Schauplatz des 6. Smart Factory Day von »Automobil Industrie«. Wichtigste Erkenntnis: Der Mensch bleibt wichtig, bekommt in einer digitalen Fabrik jedoch andere Aufgaben.

„Mach die Dinge so einfach wie möglich, dann gehen sie nicht kaputt“ – das leuchtet ein; und ist dennoch nicht leicht umzusetzen. Henning Löser leitet das Audi Production Lab. In seiner Keynote beim Smart Factory Day in Leipzig beschrieb er, was „so einfach wie möglich“ im smarten Produktionsumfeld bei Audi bedeutet.

Wenige lokale Server sollen künftig in der Produktion stehen – statt hunderter Industrie-PCs. „Edge Cloud 4 Production“ nennt der Autohersteller das System. Technisch bedeutet das: Drei lokale Server übernehmen die Arbeit vieler Industrie-PCs. Diese entfallen. Konkret: An den Takten in den Böllinger Höfen stehen sogenannte Thin Clients. Das sind abgespeckte Computer, die mit einem Server verbunden sind und dessen Ressourcen nutzen.

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Updates ohne Produktionsstopps

Die Clients verfügen über USB-Anschlüsse für Ausgabegeräte, etwa Bildschirme. An denen lesen die Werker ab, was an welchem Fahrzeug montiert werden muss. Bei einer Störung lässt sich die Rechenlast auf andere Server umverteilen. Ein defekter Industrie-PC müsste getauscht werden. Außerdem ermöglichen lokale Server kürzere Latenzzeiten. Heißt: Die Interaktion zwischen Server und Gerät geht schneller. Neue Funktionen und Patches lassen sich so zudem einfacher integrieren. Für das Aufspielen über alle Clients hinweg sind keine freien Zeitfenster in der Produktion mehr notwendig.

Außerdem gab Löser einen Überblick über die Entwicklung der Produktionskonzepte – bis hin zur modularen Produktion. Diese testet Audi aktuell in der Vormontage der Türinnenverkleidungen im Werk in Ingolstadt. Rund 20 Prozent effizienter soll die Montage so werden.

Das Schaeffler-Produktionssystem

Wie sich Schaeffler die smarte Fabrik bis zum Jahr 2030 vorstellt, beschrieb Petru-Catalin Scafaru. Er leitet bei Schaeffler den Geschäftsbereich Production System and Production Technology. Als Highlights nannte er zum Beispiel das „smart building“ genannte Gebäudemanagement, Kreislauf- und Recyclingsysteme sowie begeisterte Mitarbeiter; die in einer attraktiven und nachhaltigen Umgebung arbeiten. In seinem Produktionssystem kombiniert Schaeffler Technik mit eigenverantwortlichen Teams und schlanken Prozessen. Die Vorteile sind laut Scafaru unter anderem:

• ein geringeres Investitionsvolumen durch an den Hochlauf angepasste Serienprozessmodule

• ein skalierbares Konzept, das Kapazitäten entsprechend der Kundenaufträge sicherstellt

• ein schlankes Konzept, mit bewusstem Anteil manueller Tätigkeit und flexibler Schichtmodelle

• eine geringe Kapitalbindung, durch wiederverwendbare Maschinenmodule

Kanban elektronisch steuern

In der Komponentenfertigung für die E-Mobilität bedeutet das konkret: Ein sogenanntes Abruf- und Transportsystem versorgt nach dem Line-Back-Prinzip mit elektronischer Kanban-Steuerung die Montage. Fahrerlose Transportsysteme beliefern die Montage per Einzeltransport bedarfsgerecht mit Komponenten. Die Ladungssicherung kommt dabei ohne Rüstvorgang aus.

Petru-Catalin Scafarus Fazit: „Wir müssen das Gesamtsystem betrachten, alle Ebenen müssen zusammenspielen. Effizienzsteigerungen müssen die Nachhaltigkeitsmaßnahmen überkompensieren. Und: Alle Ebenen müssen aktiv weiterentwickelt und neu gedacht werden.“

VR/AR in der Produktion

Apropos: Spielt der Mensch in der Smart Factory überhaupt noch eine Rolle? „Auf jeden Fall“, erklärten Philipp Hummel, Montageplaner bei EDAG Production Solutions, und Jan Berner, Leiter Technik und Prozesse bei Feynsinn, in ihrem Gemeinschaftsvortrag zum Thema „Ergonomieabsicherung mittels Virtual Reality und Augmented Reality“. Mit VR-Anwendungen etwa könne bereits in der Planungsphase geprüft werden, ob Maschinen in der Fertigungslinie ideal positioniert sind, Werkstücke von den Mitarbeitern reibungslos bearbeitet werden können und sicherheitsrelevante Aspekte erfüllt werden. Sogar komplette Fertigungsstätten ließen sich virtuell erkunden, noch bevor sie physisch existieren.

Mit Augmented-Reality-Anwendungen kann sich der Werker während seiner Tätigkeit wichtige Echtzeitdaten auf die AR-Brille einspielen lassen. Servicemitarbeiter können sich Informationen in das Sichtfeld projizieren lassen, die sie bei der Maschinenwartung unterstützen. In Schulungen lassen sich Aufgabenbereiche mittels VR/AR-Anwendungen verständlich und einprägsam vermitteln und interaktiv ausprobieren. Das senke die Kosten, ermögliche eine effektivere Planung und Analyse und helfe, Produktionsprozesse zu optimieren.

Smart Factory

Produktionsstart des BMW iX1 in Regensburg

Feynsinn begleite Unternehmen in der Implementierung von VR/AR-Anwendungen in deren IT-Systemlandschaft. Dazu nutze der Dienstleister Software aus der Videospieleindustrie, sogenannte Game Engines. „Das sind frei programmierbare Baukästen, die es erlauben, nahezu jeden Anwendungsfall abzubilden“, erläuterte Jan Berner.

Cybersicherheit im Produktionsumfeld

Mit den Worten „Sie werden gehackt, die Frage ist nur, wann?“ eröffnete Markus Müller, Manager Software & Security bei der TÜV Süd Product Service GmbH, seinen Vortrag zum Thema: „Sichere Komponenten im Produktionsumfeld – Mission (Im)Possible?“

Zahlreiche Angriffe in den vergangenen Jahren hätten gezeigt, dass die Produktion zunehmend ins Visier von Hackerangriffen genommen wird. Um kostspielige Ausfälle zu vermeiden, gelte es sichere und resiliente Systeme und Prozesse zu implementieren. Die Auswahl und Beschaffung von sicheren Komponenten und Maschinen stelle dabei für viele Unternehmen eine große Hürde dar.

Diese zu nehmen sei möglich, wenn sich die Herangehensweise der Betreiber ändere. Anstatt Anforderungen an sichere Komponenten zu stellen, sollten Beschaffungsprozesse den Fokus auf die Auswahl sicherer Systeme legen. Eine auf den Konzepten und Anforderungen der IEC 62443 aufbauende Lösung des TÜV Süd helfe dabei.

„Sicherheit betrifft Menschen, Prozesse und Technik. Berücksichtigen Sie dabei den gesamten Lebenszyklus: Produktlieferant, Systemintegrator und Anlageneigentümer“, mahnte Müller.

UX in der Industrie – Intuitiv Zeit sparen

Nutzerzentriertes Design ist nicht nur relevant, um den Endkunden zu begeistern. Die User Experience (UX) ist gerade auch im industriellen Umfeld wichtig. „Wenn wir für die Anwender im Shopfloor digitale Lösungen entwickeln, die diese optimal in ihrem Nutzungskontext unterstützen und intuitiv und smart in der Bedienung sind, dann steigern wir die Akzeptanz und Mitarbeitermotivation und heben letztlich Effizienz für das Business“, sagte Daniela Panzenböck von der BMW Group. Sie verantwortet dort den Bereich User Experience Design für die Digitalisierung des Produktionssystems.

Panzenböck erklärte, wie sich nutzerzentrierte Designmethoden strukturell für das Produktionssystem einsetzen lassen und wie sich deren Erfolg messen lässt. Dazu hatte sie einige konkrete Beispiele aus dem Fertigungsalltag im Shopfloor von BMW mitgebracht.

KI-gestützte Qualitätssicherung

Michael Strohmayr, Geschäftsführer der Tacterion GmbH, stellt in Leipzig den taktilen Handschuh namens Skillflow vor. Dieser soll mittels Künstlicher Intelligenz die Lücke schließen zwischen menschlichem Tastsinn und maschineller Perfektion. Laut Strohmayr erfühlt Skillflow manuelle Arbeitsschritte und gleicht diese mit einem digitalen Prozess-Zwilling ab. Dadurch werde in Echtzeit ein Feedback über mögliche Fehlerquellen übermittelt. Ziel sei eine höhere Produktivität, indem der Werker in seiner Tätigkeit unterstützt wird und gleichzeitig neue Daten zur Prozessoptimierung generiert werden.

Smart Factory

Porsche Leipzig: Exklusive Einblicke in eine Fabrik der Zukunft

Strohmayr betonte, dass heute etwa 25 Prozent der Fertigungsschritte von Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter manuell ausgeführt werden müssten. Der menschliche Tastsinn ermögliche es, diese Arbeitsschritte mit großer Geschicklichkeit durchzuführen. Um ein kontinuierliches Maß an Konzentration aufrechtzuerhalten, vor allem bei sich stark wiederholenden Aufgaben, bräuchten die Beschäftigten jedoch Unterstützung, um ihre Fähigkeiten zu erhalten und um Produktionsfehler im ständigen Prozess zu vermeiden.

„Eine Rückmeldung über die Qualität der manuellen Arbeit ist unumgänglich, wenn man ein Null-Fehler Niveau erreichen will“, sagte Strohmayr. Bislang erfolge diese oft im Vier-Augen-Prinzip oder durch technische Systeme, deren Einsetzbarkeit stark eingeschränkt ist. Skillflow schaffe nun Abhilfe.

Tacterion ist ein Start-up mit Sitz in München. Es wurde von den Brüdern Michael und Daniel Strohmayr im Jahr 2015 als Spin-off des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gegründet.

Paneldiskussion: Gemeinsam ans Ziel

In der anschließenden Paneldiskussion zum Thema „Die digitale und nachhaltige Fertigung: Gemeinsam ans Ziel“, stellten sich Henning Löser (Audi), Petru-Catalin Scafaru (Schaeffler), Arvid Hellmich (Fraunhofer IWU), und Karsten Wilhelm, Head of Plant Leipzig der Dräxlmaier Group, den Fragen von »Automobil Industrie«-Chefredakteur Claus-Peter Köth.

Löser erläuterte wie wichtig es sei, die Strukturkultur der Produktion mit der Ideenkultur des Produktion Labs zusammenzubringen. Scafaru sagte, man müsse sich schon bei der Fabrikplanung Gedanken machen, wie das Werk in sechs oder sieben Jahre arbeiten wird beziehungsweise wie sich die installierte Fertigung über einen langen Zeitraum fit halten lässt für neue Anforderungen der Kunden.

Karsten Wilhelm erklärte, dass Dräxlmaier in seiner neuen Batteriefabrik in Leipzig komplexe Automatisierungstechnik einsetzen werde, um höchste Anforderungen in Sachen Produktqualität gewährleisten zu können. Gleichzeitig gelte es die Produktionsprozesse und Produkte nachhaltiger zu gestalten, um so die Wettbewerbsfähigkeit langfristig zu steigern. Und Arvid Hellmich betonte: „Nachhaltig und intelligente Infrastrukturen sind das Fundament für eine effiziente, flexible Produktion.“

Die Möglichkeiten von Matrixproduktionssystemen

Nach der Mittagspause erklärte Arvid Hellmich, Abteilungsleiter IIOT-Steuerungen und Technische Kybernetik am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), welche Möglichkeiten die modulare Montage oder Matrixproduktionssysteme bieten. Mit seinem Team hat er ein Reifegradmodell für diese Art Produktionssystem erstellt. Mit welchen Herausforderungen werden potenzielle Anwender konfrontiert? Welche erfolgreichen Einsätze des Produktionssystems gibt es bereits? Wie unterstützt die Industrie 4.0 dabei?

Den Umsetzungsgrad beschrieb Hellmich in 13 Gestaltungsfeldern; zwischen hard- und softwarebasierter Matrixproduktion. Laut Anwenderbefragung sind überwiegend fünf Ausprägungsformen vorherrschend:

• Werkstattfertigungen mit teilautomatisierter Steuerung

• Halbleiterfertigung

• Manuelle, rekonfigurierbare Systeme

• Vorstufe einer cyber-physischen Matrixproduktion

• Vollumfängliche cyber-physische Matrixproduktion

Beschäftigte bedarfsgerecht zuteilen

Als ein erfolgreiches Anwendungsbeispiel nannte Hellmich das Matrixproduktionssystem des Zulieferers SEW Eurodrive. Das Unternehmen ordne in der Fertigung und Montage von Antriebskomponenten zum Beispiel Beschäftigte bedarfsgerecht einzelnen Prozessmodulen zu. Hellmich sprach von einer „hohen Produktivität, unabhängig von der Varianz der Produkte“.

Forschungsbedarf sehen er und sein Team beim „Toolset und rund um den Menschen“. Heißt: Die Beschäftigten müssen besser eingebunden werden; und bei Werkzeugen zum Gestalten, Planen und Steuern gibt es Verbesserungspotenzial. Standardisierung, Geschäftsmodelle und Vernetzung sind weitere Themen, „die angegangen werden müssen“.

Smart Factory Day

Die digitalisierte Fertigung: Wie setze ich sie um und welche Konzepte gibt es?

Der Mensch steht im Mittelpunkt

Last not least veranschaulichte Tobias Helberg, Partner Smart Factory & Industry 4.0 bei Porsche Consulting, anhand von konkreten Umsetzungsbeispielen die Transformation des Porsche-Werks Leipzig hin zur kollaborativen Fabrik der Zukunft. Damit schlug er den Bogen zur Werksführung am Vortag der Veranstaltung.

Neben den ökologischen Aspekten (green) sowie dem verantwortungsvollen und effizienten Ressourceneinsatz (lean) zeichne sich die Porsche Produktion 4.0 laut Helberg durch ihre Transparenz und Vernetzung aus (smart). Im Mittelpunkt stehe dabei weiterhin der Mensch!

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