Produktion Smart Factory: Im Shopfloor angekommen

Big Data bereitet den Weg, jetzt wird die Fabrik „smart“ – im Sinne von „intelligent vernetzt“. Beim Smart Factory Day 2019 in Regensburg gaben hochrangige Experten Einblicke in ihre Strategien und Produkte für die Fabrik der Zukunft.

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„Die Digitalisierung bietet die Chance, unser Produktionssystem effizienter und wandlungsfähiger zu gestalten“, skizzierte Keynote-Speaker Marcus Wollens, Leiter Produktionssteuerung, Produktionssystem, Controlling und Logistik im BMW-Werk Regensburg, die Ziele. Weiter zunehmende Varianz und Komplexität in der Fertigung zwingen die Automobilhersteller zum Handeln. Es geht darum, die ausufernden Komplexität zu beherrschen, Prozesse zu optimieren, eine höhere Effizienz und damit natürlich auch um Produktivität und Kosten. Ein oft gehörter Begriff auf dem Smart Factory Day: „Overall Equipment Efficiency“, kurz OEE.

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Smart Factory erobert den Shopfloor

Der eintägige Kongress, bei dem sich über 100 Digital- und Fertigungsexperten in der Continental-Arena in Regensburg austauschten, zeigte vor allem eines: Die Automobilindustrie hat gehandelt und mittlerweile eine Menge zum Thema Smart Factory vorzuweisen. Noch ist einiges nicht reif für die Serie, aber das ist nur noch eine Frage der Zeit. Die Referenten zeigten anhand unterschiedlicher Beispiele, dass KI-Algorithmen, Maschine-Learning oder auch cloudbasiertes Big-Data-Management schrittweise in die Autofabriken einziehen. Was Audi, BMW, Daimler, aber auch Zulieferer wie Bosch und Continental in den vergangenen zwei, drei Jahren in meist abgeschotteten Kompetenz- und Innovationszentren erarbeitet haben, erobert nun den Shopfloor.

Daimler erprobt in seiner „Factory 56“ in Sindelfingen die Zukunft des Automobilbaus. BMW konzentriert seine Digitalkompetenz für die Planung und Produktion in den Innovationszentren „Innolab“ und „Innolog“ im Werk Regensburg. Audi gründete bereits 2012 ein „Production Lab“ in Ingolstadt. Dessen Kernaufgabe sei „ein Zielbild für die Smart Factory in die Realität zu übersetzen, um es begreifbar und damit entscheidbar zu machen“, so Henning Löser, Leiter des Production Labs.

„Ersticken Sie die Pflanze nicht!“

Denn auch das wurde bei vielen Vorträgen deutlich: Es sind oft nicht nur technische Hürden, die die neuen, digitalen Technologien meistern müssen. So manche gute Idee strauchelt an zu starren Strukturen oder an Menschen, die Veränderungen ablehnen. Um Innovationen erfolgreich voranzutreiben, brauche es deshalb einerseits kräftige Unterstützung des Managements „und zwar open-minded“, so BMW-Experte Wollens, andererseits aber auch Schutz vor konzerntypischer Administration, die schnelles Agieren einschränke. Er warnt: „Ersticken Sie die Pflanze nicht!“ Langwierige interne Einkaufsprozesse beispielsweise seien kontraproduktiv und würden die Start-up-Mentalität, die bei „Innolab“ und „Innolog“ gezielt gefördert werde, nicht gedeihen lassen.

Eine solche „Pflanze“, die bei BMW sehr gut gediehen ist, sind Smart Glasses in der Materialbereitstellung. Nela Murauer beschäftigte sich in ihrer Doktorarbeit mit dem Thema und konnte anhand einer Praxisstudie, die in enger Zusammenarbeit mit den Mitarbeitern durchgeführt wurde, den hohen Nutzen belegen. Die Fehlerquote sank um 33 bis 58 Prozent je nach Fehlerart; die Durchführungszeiten verkürzten sich um 22 Prozent, allein schon deshalb, weil sich die Mitarbeiter nicht mehr der stationären Anzeige zuwenden mussten. Im Werk München und am Standort San Luis Potosí in Mexiko erfolgt nun der Roll-out. Die Daten werden über die BMW-eigene, cloudbasierte IoT-Plattform Cloud gemanagt.

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Volkswagen Smart Production Lab: Vorausentwicklung für die Fertigung

„Wie bekommen wir die neuen Technologien in unsere Werke?“, erörterte Audi-Manager Löser in seinem Vortrag. Sein Team erprobt praxisnah neue digitale Fertigungskonzepte und -technologien und bereitet deren Einzug in die Serienfertigung vor – inklusive der „Vernetzung der richtigen Menschen", wie es Löser nennt, die den Transfer begleiten. Konkrete Projekte wurden zum Beispiel bereits im Bereich Predictive Analysis bei Schweißoperationen im Audi-Karosseriebau erfolgreich umgesetzt.

Selbstlernendes System auf dem Weg in die Serie

Die nächste Phase der Digitalisierung in der Fertigung sieht Markus Fischer, Leiter Industrial Engineering bei Continental in Regensburg, „getrieben durch disruptive Einflüsse“. Er zählt sie auf: steigende Computerleistung, neue Möglichkeiten in der Analytik, neue Formen der Mensch-Maschine-Interaktion und der technische Fortschritt bei der Übertragung digitaler Anwendungen in die physikalische Welt. Als Beispiel, wie das Zusammenspiel der neuen Technologien die Entwicklung der Smart Factory beschleunigt, präsentierte Fischer ein KI-Projekt in der Qualitätssicherung. Selbstlernende Entscheidungssysteme basierend auf neuronalen Netzen übernehmen in der Leiterplatten-Fertigung die Bauteileprüfung. Noch ist das Zukunftsmusik, doch erste Gespräche mit OEMs über den Serieneinsatz werden schon geführt.

Neue Freiheitsgrade mit 5G

Mit der Einführung von 5G wird die Smart Factory einen weiteren Schub erfahren. Daimler nutzt 5G in seiner „Factory 56“. BMW hat gerade 5G-Frequenzen für einen Teilbereich des Münchner Werks erworben. Aber auch die Aachener E-Auto-Schmiede E.Go funkt durch eine Kooperation mit Ericsson und Vodafone in ihrer Produktion über den neuen Mobilfunkstandard. „Der extrem schnelle Datenaustausch über 5G ermöglicht hohe Freiheitsgrade bei der Netzwerkgestaltung“, erläuterte Christoph Sieben von Boston Consulting.

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Produktionsstart für den ID 3 in Zwickau

Beispielsweise die Echtzeitsteuerung einer flexiblen, vollautomatischen Zellenfertigung mit autonomen FTS-Fahrzeugen. Die dabei zu bewältigende Datenmenge ist gigantisch. Auf bis zu zehn Petabyte bezifferte Sieben den Bedarf an Datenvolumen einer Smart Factory – pro Tag. Zum Vergleich: Bei Facebook summiere sich die tägliche Datenmenge auf etwa 300 Petabyte.

Einen Prototyp eines 5G-Modems für die industrielle Anwendung hatte Siemens-Produktmanager Ewald Kuk im Gepäck. Die ersten Geräte sollen 2023 zum Einsatz kommen. Die Zertifizierung laufe und die brauche Zeit, erklärte Kuk die lange Einführungsphase. Er warnte aber auch vor einem 5G-Hype. Mit „Wifi6“ beispielsweise sei mancher Nutzer günstiger – und genauso gut – unterwegs, so Kuk. „Aber fangen Sie mit 5G an“, appellierte er an das Auditorium. „Es ist wichtig, dass wir heute damit starten, um festzustellen, was machbar ist und was nicht.“

„Smart Factory as a Service“

Über die Möglichkeiten, aber auch die Risiken von IoT- und Manufacturing-Service-Bus (MSB)-Plattformen, informierten Frank Boeger und Julian Popp von der Management und IT-Beratung MHP. Die Plattformen fungieren als „Operationsbasis“ für das Datenmanagement und die smarte Vernetzung in der Fertigung und darüber hinaus, zum Beispiel mit der Logistik oder dem Supply-Chain-Management. MHP bietet die Implementierung und den Betrieb solcher Plattformen auch im Rahmen von „Smart Factory as a Service“-Konzepten an.

Die nach eigenen Angaben erste schlüsselfertige und frei erweiterbare Cloud-Plattform für das industrielle IoT stellte Stephan Fluhrer von Forcam vor. Er berichtete von Projekten in der Automobilindustrie, bei denen eine Steigerung der Gesamtanlageneffizienz ja nach Kunde und Einsatzort von zehn bis 25 Prozent erzielt worden wären. Bereits implementiert sei die Plattform unter anderem bei Daimler Powertrain und in den Presswerken von BMW, Porsche und VW sowie bei einigen Automobilzulieferern, darunter ZF und Schaeffler.

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Smart Factory Day: Digitale Tools und Menschen

Mit einer Plattform für die Fabriksteuerung auf Basis eines Manufacturing-Execution-Systems (MES) und IoT-Daten will Dürr Systems seine Kunden unterstützen. Durch die Kombination von MES und IoT ließen sich auch Anwendungen für Maschine Learning umsetzen, so Senior Sales Manager Christian Fieg. Claude Eisenmann, Chief Digital Officer bei Pia Automation, erläuterte, wie mittels Maschine Learning in Kombination mit intelligenter Parameteranalyse künftig auch ungeplante Stillstände vorhergesagt werden könnten und damit die Anlageneffizienz noch weiter verbessert würde.

In Echtzeit orten

Auf die Möglichkeiten der Prozessautomatisierung im physischen Materialfluss mittels Echtzeit-Ortungs-Technologie konzentrierte sich Max Rossdeutscher von Kinexon in seiner Präsentation. Das Münchner Start-up entwickelt Sensornetzwerke für die 3-D-Lokalisierung und Bewegungserkennung von Objekten und Menschen. Über eine Edge-Computing-Plattform werden die gewonnenen Informationen sowie beliebige andere Sensor- und Device-Informationen analysiert und liefern Erkenntnisse in Echtzeit. Auf ein besonderes Betriebsmodell für Smart Factories ging Denis Kim von Relayr ein: „Equipment as a Service“ (EaaS). „Es ist ein Schritt über die herkömmlichen Dienstleistungsverträge hinaus, da es auch für effektivere Arbeitsschritte und ein einfacheres Pay-per-use-Vertriebsmodell steht“, so Kim, Director of Sales DACH.

Eine Echtzeitortung dürfte sich auch Giari Fiorucci, Managing Director bei C-Com, gewünscht haben. „Motorschaden auf der A7“ lautete die unschöne Diagnose während der Anreise zur Veranstaltung. Sein geplanter Vortrag hätte gut in die Reihe gepasst: „Eine umfassend digital vernetzte Fabrik braucht mehr als nur vernetzte Fertigungsbereiche und interne Systeme. Auch die Vernetzung mit den Systemen externer Geschäftspartner ist wichtig“, beschrieb Fiorucci im Vorfeld. Sein Unternehmen nutzt dafür die Open-Cloud-Plattform „c-Com“, ein eigens entwickeltes, digitales Werkzeugdatenmanagement, das den Status der Werkzeuge transparent darstellt.

Vorsicht, Lock-in!

Aus einer ganz anderen Perspektive betrachtete Udo Schneider die industrielle Digitalisierung. Als „Security Evangelist“, wie er sich nennt, warnt er davor, sich leichtfertig von einem Cloud-Provider oder IoT-Plattform-Anbietern abhängig zu machen. Das Angebot an Serviceleistungen sei groß, ob Infrastruktur, Plattformen, Software oder vorkonfektionierte Backend-Lösungen, „für alles gibt es Fullservice-Anbieter im Markt“, so der Cybersicherheits-Experte von Trend Micro D. Aber: „Was auch immer die Anbieter versprechen, letztlich sind Sie als Unternehmen bei Fehlern nach außen und gegenüber ihren Kunden verantwortlich, zum Beispiel bei einer Fehlkonfiguration und in dessen Folge fälschlicherweise freigegebenen Daten.“

Digitale Fertigung

Expertengespräch: „Smart Factory“

Schneider rät deshalb, im Vorfeld gut abzuwägen, was das Unternehmen selbst in die Hand nehmen kann und was extern vergeben werden sollte. Auch Inhouse-Lösungen ließen sich wirtschaftlich darstellen, so Schneider. Wie wichtig das Sicherheitsthema ist, dokumentiert Trend Micro auf seiner Webseite: In der ersten Jahreshälfte 2019 wurden 26,8 Milliarden blockierte Bedrohungen registriert.

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