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Produktion Volkswagen Smart Production Lab: Vorausentwicklung für die Fertigung

| Autor: Thomas Günnel

Entwicklung, Piloten, Prototypen: Im Smart Production Lab in Wolfsburg entwickelt Volkswagen Produktions- und Logistik-Technik, die es erst in einigen Jahren in der Fertigung geben wird – vielleicht.

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Produktion und Logistik der Zukunft: Im Smart Production Lab in Wolfsburg entwickelt Volkswagen die notwendige Technik, losgelöst von der laufenden Fertigung – aber in ihrer direkten Nähe.
Produktion und Logistik der Zukunft: Im Smart Production Lab in Wolfsburg entwickelt Volkswagen die notwendige Technik, losgelöst von der laufenden Fertigung – aber in ihrer direkten Nähe.
(Bild: Roland Hermstein)

Wolfsburg, Smart Production Lab. Das Team besteht aus 38 Mitarbeitern, alle Ingenieure, Entwickler oder Software-Spezialisten. Ihr Auftrag: Die Technik für Produktion und Logistik der Zukunft ersinnen, die Volkswagen in seinen Werken einsetzen kann. Die Herausforderungen sind groß: „Seit etwa vier bis fünf Jahren hat sich die Entwicklung um den Begriff `Digitalisierung´deutlich beschleunigt“, beschreibt Martin Hofmann, IT-Chef im Volkswagen-Konzern. „Wir haben 120 Werke weltweit, dazu unsere Händler. Alle arbeiten mit digitalen Informationen, die gesteuert werden müssen. Hinzu kommen rund 14.000 IT-Mitarbeiter – sie alle müssen mit IT unterstützt werden. Parallel verändert sich das Umfeld massiv: neue Geschäftsmodelle, Carsharing, E-Mobilität sind nur drei Beispiele.“

Vor drei Jahren begann der Automobilhersteller deshalb damit, seine sogenannten Smart Production Labs zu errichten. Jeder Standort beschäftigt sich mit anderen Themen. Allen gemein ist: Die Mitarbeiter können hier testen und ausprobieren, auch auf die Gefahr hin, dass ein Projekt nicht funktioniert. „Wir können in den Labs den Bogen überspannen“, beschreibt es Hofmann – und das, ohne die laufende Produktion zu gefährden. Dabei arbeiten die Entwickler aber eng mit Kollegen aus der Produktion zusammen, „die sagen uns, ob etwas sinnvoll ist“, beschreibt der Leiter des Labs in Wolfsburg, Matthias Behrens.

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Neben dem Standort in Wolfsburg gibt es weitere Labs in Barcelona, Berlin, Dresden, München und San Francisco, sie arbeiten jeweils an unterschiedlichen Themen. Die Teams in den Labs sind international: In Berlin zum Beispiel stammen die Mitarbeiter aus ganzen 52 Nationen. Weitere Labs sind derzeit nicht angedacht, „Es ist uns wichtiger in den bestehenden Labs Produkte zu entwickeln, die in der Fertigung nützlich sind“, sagt IT-Chef Hofmann.

KI für Roboter und Transportsysteme

In Wolfsburg entwickelt Behrens mit seinem Team und Partnern primär künstliche Intelligenz für Robotersteuerungen und autonome Transportsysteme – in nächster Nähe zur realen Produktion. Über das Stadium des Experimentierens sind die Entwickler aber inzwischen hinaus: Sie entwickeln konkrete Produkte für die Fabriken, anwendungsorientiert. „Was hilft dem Mitarbeiter an der Linie?“ fragt Behrens, und beschreibt damit den Schwerpunkt der Entwicklung. Beim „Open Lab Day“ im September zeigte das Team einige seiner Entwicklungen.

Eine Anwendung ist bereits weit fortgeschritten: die Objekterkennung, die im Wareneingang ein Bauteile-Set auf Vollständigkeit prüft. Das bedeutet: Mittels Kameras prüft die Software den Wareneingangskorb und erkennt, welche Art Teile sich im Behälter befinden; zum Beispiel ein Set Sicherheitsgurte für einen fünfsitzigen Pkw. Fehlt ein Teil, meldet das System das – ein Mitarbeiter kann entsprechend eingreifen. Das System testet Volkswagen seit Jahresbeginn an einem Kommissionierplatz, mit erstaunlichem Ergebnis: Die Anzahl der Fehlteile an der Linie ist um 97 Prozent gesunken.

Der Nachholbedarf liegt eher beim kulturellen Mindset.

Ralf Brunken

Predictive Maintenance – selbstentwickelt

Ein anderes Projekt beschäftigt sich mit der vorausschauenden Wartung, beziehungsweise der Vorhersage, wann eine Maschine ausfallen wird. „Wir haben mit den Mitarbeitern an der Anlage gesprochen, um die richtigen Daten zu finden und daraus die richtigen Schlüsse zu ziehen“, beschreibt Matthias Behrens. Am Beispiel der Klebeanlage war der ausschlaggebende Wert der maximale Klebstoffdruck. Die Software hinter dem System haben die Mitarbeiter im Lab selbst entwickelt. „Es ist eine Mischung aus künstlicher Intelligenz und Statistik“, erklärt Behrens. „Die Vorausberechnung ist ein statistischer Wert, den Verlauf ermittelt die künstliche Intelligenz.

Der Algorithmus benötigt nur wenige Ausfalldaten, um zu lernen“, erläutert Behrens weiter – was in seinen Ausführungen einfacher klingt, als die Entwicklung im Rahmen der Doktorarbeit eines mexikanischen Teammitglieds gewesen sein dürfte. Ein weiterer Vorteil der Entwicklung: Der Algorithmus ist nicht auf diese eine Anlage zugeschnitten, er lässt sich auf die jeweilige Anforderung hin anpassen.

Personenbezogene Daten schützen

Ebenfalls eine Eigenentwicklung ist der sogenannte „identity shield“, ein automatischer Verpixler für Videoaufnahmen innerhalb der Fertigung. Laut geltender Datenschutzgrundverordnung dürfen keine personenbezogenen Daten gespeichert werden, wenn kein besonderer Anlass vorliegt.

Die Software erkennt in dem aufgezeichneten Material – zum Beispiel aus der Prozessüberwachung oder in der Kommissionierung – Personen und legt eine Art Schatten über deren Umriss. Das Videomaterial verlässt die Kamera anonymisiert. Die Grundlage dafür sind natürlich ausgereifte Kameras, „und um die unterschiedlichen Modelle zu testen, haben wir auch noch ein eigenes Tool entwickelt“, beschrieb das Projektteam sichtlich stolz.

Die Auto-Uni

All diese Entwicklungen haben eine Basis: Fachpersonal. „Wir brauchen die richtigen Leute“, sagt Ralf Brunken, Leiter der Autouni, in der Volkswagen sein eigenes IT-Fachpersonal aufbaut. Um in das Programm „Fakultät 73“ aufgenommen zu werden, ist nicht unbedingt eine akademische Ausbildung notwendig, auch der Abschluss ist kein Kriterium. „Uns interessiert eher, ob die Bewerber kognitiv in der Lage für das Thema IT sind und ob sie sich schon mit IT beschäftigt haben“, beschreibt Brunken.

Im März kommenden Jahres sollen wieder 100 Studierende ihre Weiterbildung an der Autouni beginnen, weitere 100 sollen im September folgen; nochmals 200 dann ab dem Jahr 2021. „Vor allem brauchen wir Softwareentwickler“, sagt Brunken. „Rund 4.000 bis 5.000 in den kommenden fünf Jahren“ – um die Wertschöpfungstiefe bei Softwareentwicklung zu erhöhen. Die Hochschullandschaft in Deutschland kann das nicht abdecken, weil Universitäten ohnehin bereits ein Kapazitätsproblem haben oder andere Schwerpunkte.

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„Die Bedarfe in diesem Bereich wachsen viel schneller“, beschreibt Brunken. „Alleine beim `Geisterwort´ Künstliche Intelligenz – was meiner Meinung nach ein Hype ist und demystifiziert werden sollte – wird das deutlich. Dass andere Länder hier weiter sind, hat für Ralf Brunken auch gesellschaftliche Gründe: „Wir müssen risikobereiter werden. Bisher sind wir sehr stark ingenieursgetrieben, alles muss deterministisch und planbar sein. Besser wäre es, zeitig etwas zu riskieren. Wir machen stattdessen eher einen Plan – und den halten wir durch. Den Nachholbedarf haben wir nicht auf dem wissenschaftlichen Niveau oder auf dem Expertenniveau – sondern eher beim kulturellen Mindset“, erklärt Brunken. Deshalb bindet Volkswagen – wie viele andere Unternehmen – nach wie vor ausländische Fachkräfte ein, die im Bereich Software vor allem aus Indien kommen.

Neue Lehrmethoden

Das „Uni“ in „Autouni“ stammt noch aus der Zeit ihrer Gründung im Jahr 2004, als die Hochschule eine akkreditierte Universität sein sollte. Daraus wurde nichts, aber „wir brauchen auch keine eigene Universität“, sagt Brunken. „Wir haben ein Netzwerk von über 500 Leuten, die wir bei neuen Themen akquirieren können.“

Insgesamt befinde sich aber die Bildung selbst in einem `Digitalisierungs-Wandel´, meint Brunken. „Es ändern sich nicht nur die Inhalte, sondern auch die Art und Weise wie wir schulen muss sich ändern“, beschreibt der Leiter der Bildungseinrichtung. „Wir nutzen viel stärker Online-Formate, wir vernetzen mehr, so dass die Menschen sich gegenseitig helfen können“, beschreibt Brunken, und verdeutlicht es am Beispiel Google: „Google macht 80 Prozent seiner Schulungen `Googler to Googler´. Das heißt: Erfahrene Kollegen schulen neue Kollegen – und haben die Zeit dafür.“ Freiraum statt Referenten – überspitzt dargestellt – ist laut Brunken ebenfalls ein kultureller Wandel und „eine der spannendsten Aufgaben, die ich derzeit im Unternehmen sehe: das alles von Seiten der Weiterbildung zu begleiten.“

Entwicklungen industrialisieren

Eine andere spannende Aufgabe wird sein, die entwickelte Technik in die echte Fertigung zu überführen. Derzeit sind die Entwicklungen bis auf Tests noch auf die Laborumgebung beschränkt. Aber: „Wir sind weit über den Proof-of-Concept-Charakter hinaus – und auf dem Weg, unsere Konzepte in die Anwendung zu bringen und sie zu industrialisieren“, sagt Matthias Behrens.

Eine Hürde gibt es jedoch: „Wir können natürlich zum Beispiel intelligente Roboter sehr weit entwickeln. Der Einsatz an der Linie `24/7´ stellt aber nochmals höhere Anforderungen an die Technik. Außerdem: Vor dem Praxiseinsatz muss klar sein, wie etwa die Genossenschaft damit umgeht. Ist das Thema arbeitsrechtlich verständlich, lässt es sich in Genehmigungen `gießen´? Stichworte: Betriebssicherheit, Arbeitsschutz – hier ist die Technik mitunter weiter als die Genehmigungen.“

Bleibt zu hoffen, dass der angesprochene Kulturwandel bald beginnt, damit Matthias Behrens und sein Team ihre Entwicklungsarbeit im Einsatz in der Fertigung begleiten können.

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