In besten Kreisen
Lesezeit: ca. 15 Min.In besten KreisenClosed-Loop-Manufacturing eröffnet einen reibungslosen Datenfluss in der Industrie: vom Kunden in die Produktion, zur Entwicklung und Qualitätskontrolle – und wieder zurück zum Kunden. Ein Lückenschluss der ungeahnten Möglichkeiten.
KAPITEL 1 – Lückenlos digital
KAPITEL 2 – Liveübertragung für Auto-Kunden
KAPITEL 3 – Produktivität auf der Überholspur
KAPITEL 4 – Inselwissen überbrücken
KAPITEL 5 – Ein Zukunftsthema der Autoindustrie
KAPITEL 6 – Echtzeit-Korrektur im Presswerk
KAPITEL 7 – Die Maschinen-Dolmetscher
KAPITEL 8 – Herkulesaufgabe Qualifizierung
KAPITEL 9 – Ready for Closed-Loops?
KAPITEL 2 – Liveübertragung für Auto-Kunden
KAPITEL 3 – Produktivität auf der Überholspur
KAPITEL 4 – Inselwissen überbrücken
KAPITEL 5 – Ein Zukunftsthema der Autoindustrie
KAPITEL 6 – Echtzeit-Korrektur im Presswerk
KAPITEL 7 – Die Maschinen-Dolmetscher
KAPITEL 8 – Herkulesaufgabe Qualifizierung
KAPITEL 9 – Ready for Closed-Loops?
KAPITEL 1 – Lückenlos digital
KAPITEL 1Lückenlos digitalDas Leipziger Porsche-Werk produziert Individualität in Serie. Jeden Tag laufen dort rund 580 Macan und Panamera vom Band, und kein Auto gleicht dem anderen. Jedes Fahrzeug ist vom Kunden individuell konfiguriert und vom Auftragssystem des Konzerns exakt terminiert: Bereits bei der Bestellung werden innerhalb von Sekunden Produktionskapazitäten überprüft, ein Slot in der Leipziger Fertigung gebucht, Zulieferungen und Logistik für die fahrzeugspezifischen Materialien geplant und ein taggenauer Abholtermin berechnet. Möglich macht diese Echtzeit-Auskunft die komplette Datendurchgängigkeit. Mit anderen Worten: die perfekte Kreislaufwirtschaft, im Fachjargon: Closed-Loop-Manufacturing.
„Wir haben in der Fabrik-IT ein durchsynchronisiertes System etabliert, ohne dass noch Tabellen, Listen und E-Mails geschrieben werden müssen“,sagt Fabian Troll, Leiter Fahrzeugsteuerung bei Porsche Leipzig. Der 35-jährige Wirtschaftsingenieur leitet mit zwölf Mitarbeitern die Abläufe vom Auftragseingang im Werk über die Planung der Wochenstückzahlen und die Verfolgung der Produktion bis zur Übergabe an den Vertrieb oder Kunden. „Auch die Logistik erhält langfristig ihre Vorschau, damit die Teileversorgung mit den Lieferanten synchronisiert werden kann“, fügt Troll hinzu. Nachträgliche Änderungen seien für Kunden dennoch bis zwei Wochen vor Start der Fertigung möglich. Und auch betriebsbedingte Verzögerungen im Ablauf können sofort mitgeteilt werden.
Durch die geschlossene Datenkette bei Porsche Leipzig kennen alle Anlagen und Mitarbeiter vom Karosseriebau bis zur Endabnahme ihre Aufgaben und Parameter für jedes einzelne Fahrzeug. An den Fertigungsstationen liegen die Informationen für den nächsten Arbeitsschritt zum richtigen Zeitpunkt vor. Zugleich wird dokumentiert, was real an den Fahrzeugen gemacht wurde. So kann Porsche Leipzig jederzeit nachvollziehen, wie die Autos durch das Werk gelaufen sind, und die Einhaltung der Qualitätsstandards überprüfen. Eingebunden ins System ist sogar ein Energiemonitoring der Anlagen. Mithilfe von „digitalen Zwillingen“ werden so anhand des Echtzeit-Energieverbrauchs von Maschinen frühzeitig Wartungshinweise zur vorbeugenden Instandhaltung von Anlagen erstellt. „Damit können Prozessabläufe weiter optimiert und Stillstandzeiten reduziert werden“, sagt Troll.
KAPITEL 2 – Liveübertragung für Auto-Kunden
KAPITEL 2Liveübertragung für Auto-KundenWas trivial klingen mag, ist Ergebnis jahrelanger, minutiöser Entwicklung, die die alten Software-Grenzen verschiedener Fachdisziplinen mit Hilfe von Daten-Standardisierungen gesprengt und den Zugang zu Informationen vereinfacht hat. Seit etwa zehn Jahren wird das System kontinuierlich aufgebaut – und es wird weiter optimiert.
Damit kein Silo-Spezialwissen mehr herrscht, sind die Informationen offen und für alle Kollegen im Porsche Informationssystem PISA abrufbar – wie eine Art Wikipedia für das Unternehmen. Der Vorteil sei neben der Effizienz eine enorme Transparenz, da alle Bereiche mit den gleichen Informationen arbeiten. „So kann man Entscheidungen viel schneller treffen“, sagt Troll. Der Grundstein für das smarte System wurde schon mit dem Start des Standortes in Leipzig 2002 gelegt. Damals wurde entschieden, die fabrikeigene IT selbst zu organisieren, damit alle Daten, die das Werk generiert, greifbar sind. Seither kümmert sich eine werkseigene IT-Abteilung darum, dass alle Softwaresysteme sinnvoll miteinander kommunizieren und Informationen überprüfen können.„Diese Datendurchgängigkeit haben wir uns selbst geschaffen, damit sind wir ein Vorreiter in der Branche“,sagt Fabian Troll.
KAPITEL 3 – Produktivität auf der Überholspur
KAPITEL 3Produktivität auf der Überholspur Das Beispiel Leipzig zeigt: Closed-Loop-Manufacturing vereint die Welten von Vertrieb, Entwicklung und Produktion durch eine Koppelung aller Systeme und die Konfiguration ihrer Schnittstellen. Es ist eine neue Fertigungskultur in der Industrie 4.0 – mit einem großen Nutzen. Die Echtzeit-IT ermöglicht es, Arbeitsschritte, Entwicklungszeiten und Produktionskosten einzusparen. Weitere Vorteile liegen darin, das Knowhow besser verfügbar zu machen sowie die Serviceleistung insgesamt zu optimieren. Und das kommt vor allem dem Kunden zugute.
Allerdings: Von der alten Welt der Zeichenbretter zu den Datenströmen 4.0 ist es ein weiter Weg. Siemens-Manager René Wolf weiß das. Als Senior Vice President für Manufacturing Engineering Software bei Siemens Digital Industries verantwortet der 50-jährige Physiker die Entwicklung und Bereitstellung ganzheitlicher Closed-Loop-Manufacturing-Systeme für internationale Kunden. Siemens wird dabei von Analysten wie Gartner als Leader in dem Segment bewertet. „Egal ob neues Auto, Turnschuh oder Joghurtbecher – traditionell wurde jedes Produkt am Zeichenbrett entworfen, später im CAD-Verfahren entwickelt, das Material erprobt, dann die Produktion aufgebaut und getestet – aber keiner wusste genau, was beim Nutzer mit dem Produkt passiert, ob es gefällt und wie es sich verhält“, sagt Wolf. Heute aber könne eine Produktion von der ersten Idee an digital designt, virtuell simuliert, getestet und in Betrieb genommen werden. Auch der Kunde werde von Beginn an einbezogen. Die Vision: Selbst hochkomplexe, smarte Produkte können mit wenig Aufwand auf individuelle Kundenwünsche zugeschnitten, entwickelt und gefertigt werden.
Beispiel: Das Virtualisierungs-Center von Bausch+Ströbel, einem Hersteller für individuelle Verpackungsanlagen der Pharmaindustrie. Am Standort in Süddeutschland werden heute Maschinen komplett digital entwickelt und abgebildet, bevor sie gebaut werden. Ingenieure und Kunden können mit 3D-Brillen den Herstellungsprozess virtuell optimieren, bis er alle gewünschten Anforderungen erfüllt. Alle Erkenntnisse fließen ins Design ein, die Daten werden für weitere Produktionsschritte genutzt. Auch das ist Closed-Loop-Manufacturing! Bis vor wenigen Jahren noch hat eine Schreinerei bei Bausch+Ströbel Holzmodelle der geplanten Maschinen in Originalgröße angefertigt, um mechanische Eigenschaften, Ergonomie und Abläufe vorab zu testen – ein enormer Zeitaufwand, der nun reduziert wird.
KAPITEL 4 – Inselwissen überbrücken
KAPITEL 4Inselwissen überbrückenEine der größten Herausforderungen beim Aufbau digitaler Produktionsleitsysteme ist die Überwindung von Informations- und Datenlücken in der Wertschöpfungskette. „Wir sind immer wieder überrascht, wie stark ein Unternehmen von singulären Erfahrungsträgern lebt“, sagt Wolf. Closed-Loop-Manufacturing kann dieses Inselwissen überwinden und einen bidirektionalen Datenfluss erlauben. Dank durchgängiger Systeme sind Produktionsdaten aller Standorte eines Unternehmens zentral für den Abgleich mit den Engineering-Daten abrufbar. Innerhalb kürzester Zeit kann geklärt werden, ob und an welchem Standort, wie schnell und zu welchem Preis es möglich ist, ein Produkt im Netzwerk des Unternehmens zu fertigen. Folglich können mehrere Produktionskapazitäten an verschiedenen Standorten eines Unternehmens zentral abgeglichen werden.
Und es gibt weitere Anwendungsfelder: Wenn etwa ein Fahrzeug Fehlermeldungen und andere Daten an den Hersteller oder zum Kundendienst sendet, lassen diese Informationen weitere Rückschlüsse auf das Produkt zu:Was kann verbessert werden, wenn ein Fehler häufiger auftritt? Wo gibt es Optimierungspotential?„Die aus dem Produktlebenszyklus-Management verfügbaren Daten können unmittelbar zur Ansteuerung der Produktionslinie genutzt werden“, erklärt Wolf. Zugleich stehen die Daten aus der Produktion wiederrum dem Engineering zur Verfügung. Durch diese Schnittstelle könnten Entwicklungszyklen erheblich verkürzt werden. Ein Closed Loop zwischen Entwicklung, Produktion und Service.
Siemens selbst hat in seinem Elektronikwerk in Amberg Closed-Loop-Systeme für Produkt und Produktion entwickelt. Das Werk produziert programmierbare Steuerungen für Maschinen, die neben Anlagen für die Autoindustrie sogar Skilifte steuern. Auf Dashboards werden sämtliche Performance-, Produkt- und Qualitätsdaten in Echtzeit angezeigt. Dadurch ist man in der Lage, sehr schnell auf Abweichungen zu reagieren. Der nächste große Step wird die Einbindung künstlicher Intelligenz in den Produktionskreislauf sein.
KAPITEL 5 – Ein Zukunftsthema der Autoindustrie
KAPITEL 5Ein Zukunftsthema der AutoindustrieFür Markus Junginger, Partner von MHP, ist Closed Loop ein Zukunftsthema, das die Automobilbranche und andere Industrien noch viele Jahre beschäftigen wird. Durch Informationskreisläufe in der gesamten Wertschöpfungskette könnten Verschwendung und Blindleistungen massiv reduziert und enorme Kosten gespart werden. „Wir sind immer wieder überrascht, dass zwischen Produktentwicklung und Produktion noch eine Einbahnstraße liegt“, sagt der promovierte Volkswirt und Experte für Verhaltensökonomie.
Ein erfahrener Mitarbeiter in der Fertigung zum Beispiel verfüge zwar über einen großen Wissensschatz, er kenne die Maschinen und ihre Parameter wie die ideale Temperatur eines Ofens oder das optimale Drehmoment einer Schraube aus dem Effeff, aber der Entwicklungsingenieur erfahre nichts davon. „Sie leben in Silos, getrennt wie durch eine chinesische Mauer“, sagt Junginger. „Dadurch muss ein Produktentwicklungsprozess immer wieder bei Null beginnen, statt auf vorhandenem Wissen aufzubauen.“ In geschlossenen Datenzyklen hingegen werden das Knowhow und die Erfahrungen aller Beteiligten genutzt. „Wie ein Thermostat, das sensibel auf Temperaturschwankungen seiner Umwelt reagiert, muss ein Unternehmen aus Erfahrungen lernen, um Fehlentwicklungen zu vermeiden“, sagt Junginger. Gerade ein OEM sollte zu jedem Zeitpunkt das Verhalten seiner Fahrzeuge kennen. Die Digitalisierung in der Industrie mache diesen Informationsfluss und damit neue Denkmodelle möglich. „Die Essenz der Digitalisierung liegt darin, dass wir geschlossene Kreisläufe über die gesamte Wertschöpfungskette von der Entstehung bis zur Entsorgung schaffen können“, erläutert Junginger. „Für Silodenken gibt es keine Ausreden mehr.“ Die technologischen Lösungen würden bereits existieren.
Welche Schritte und Phasen ein Hersteller zur Schließung der digitalen Wertschöpfungskette durchlaufen muss, ist indes höchst unterschiedlich und individuell, da jedes Unternehmen auf einem anderen technologischen Stand produziert. Manche haben noch alte Anlagen, die kaum internetfähig sind, andere haben partiell schon mit Digitalisierungen begonnen und müssen diese Puzzleteile nun in digitalen Netzen zusammenführen. Auch das Personal muss je nach Stand der Ausbildung an die neuen technischen Möglichkeiten gewöhnt und entsprechend qualifiziert werden.
KAPITEL 6 – Echtzeit-Korrektur im Presswerk
KAPITEL 6Echtzeit-Korrektur im PresswerkStörungsfreie Datenflüsse und autonome Systeme gehören zur Domäne des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe. Dr.-Ing. Olaf Sauer, Vize-Institutsleiter und verantwortlich für Automatisierung, betreut große Projekte bei Maschinenbauern und Automobilherstellern wie Daimler oder BMW, die Datenpools besser nutzen wollen.
Beispiel: die Umformqualität im Presswerk.Die Idee: Nachdem die Abschnitte einer Stahlrolle in der Pressenanlage umgeformt wurden, werden die Karosserieteile automatisch dreidimensional vermessen. Feinste Abweichungen werden dann direkt an die Maschinen zurückgemeldet, sodass sie sich selbst korrigieren können. Ein geschlossener Datenkreislauf in der Pressenstraße. Enormer Vorteil: Schon das nächste Pressteil kann in höherer Qualität produziert werden – es dauert nicht mehr einige Stunden, ehe ein Fehler ausgebessert wird. „Die Fabrik der Zukunft muss in der Lage sein, Null-Fehler-Produktion ebenso wie kundenindividuelle Produkte in immer neuen Varianten herzustellen und schnelle Lieferzeiten und ressourcenschonende Fertigung zu ermöglichen“, sagt Sauer. Viele Einzeltechnologien seien dafür bereits vorhanden, jetzt müssten sie industrietauglich zusammengeführt werden. Die wichtigste Aufgabe auf dem Weg dorthin besteht meist darin, die Anlagen eines Betriebs überhaupt ans Netz zu bringen. Denn oft stammen die Maschinen aus verschiedenen Generationen mit unterschiedlichen Standards – und eine Nachrüstung alter Anlagen ist nur schwer möglich. Die Konnektivität eines solchen Ensembles herzustellen, sei daher „die hohe Schule der Entwicklung“, so Sauer.
KAPITEL 7 – Die Maschinen-Dolmetscher
KAPITEL 7Die Maschinen-DolmetscherGenormte Stecker und Buchsen aber reichen nicht für den reibungslosen Datenfluss. Denn jede Anlage hat auch ihre eigene Art zu kommunizieren. Daher müssen Maschinen und Systeme lernen, einander zu verstehen. „Es nützt ja nichts, wenn eine Maschine irgendeine Messzahl ausspuckt, die die andere nicht versteht“, sagt Sauer. „Unsere Aufgabe ist es daher, eine Art Maschinen-Dolmetscher zu sein.“ Zwar ziehen service-orientierte Standards für hersteller- und plattformunabhängige Maschinensprachen wie OPC Unified Architecture in die Fabrikhallen ein, um Ordnung im Sprachenwirrwarr zu schaffen, doch die Schnittstellen sind international keineswegs vereinheitlicht.
„So wie sich ein Laptop und ein Drucker in einem WLan-Netzwerk mittlerweile allein verstehen und Druckertreiber automatisch herunterladen, funktioniert es in der Industrie 4.0 leider noch nicht“, erklärt Sauer. „Das ist eines unserer Ziele für die nächsten Jahre.“ Eine der größten Herausforderungen beim Datenaustausch in der Industrie 4.0 bleibe laut Sauer allerdings der Mensch. „Bisher sieht die Realität in der Fabrik doch so aus: Der Meister hält sein Ohr an die Maschine und weiß genau, wie sie gerade tickt. Und die Spätschicht macht es wieder anders als die Frühschicht. Dieses Expertenwissen war wichtig für das Unternehmen – und für den Joberhalt des Teams.“ Doch mit immer mehr Sensoren und der exponentiell gewachsenen Rechenleistung der IT werden die alten Grenzen aufgelöst. Auf diese Weise wird das Wissen nicht mehr beim einzelnen Meister gebunkert, sondern allgemein verfügbar gemacht. Die Mitarbeiter müssen sich an den veränderten Arbeitsprozess anpassen: Laufende Weiterbildungen sind eine Konstante der neuen Arbeitswelt.
KAPITEL 8 – Herkulesaufgabe Qualifizierung
KAPITEL 8Herkulesaufgabe QualifizierungGeschlossene Datenkreisläufe könnten künftig sogar einen weiteren Effekt haben: Wenn größtmögliche Exaktheit und fehlerfreie Produktion der Maschinen möglich sind, wächst die ökonomische Verlockung, Prozesse aus dem Unternehmen an Dritte herauszugeben. Konzerne wie „Protolabs“ fertigen heute schon Prototypen und Kleinserien nach Maß. Ein Auftraggeber schickt dafür einfach online die digitale Zeichnung eines gewünschten Produkts ein. „Natürlich haben die Menschen Angst davor, ersetzbar zu sein“, sagt Sauer. Um im Datenfluss mitzuschwimmen, täten Unternehmen daher gut daran, ihre Mitarbeiter zu qualifizieren. Leicht sind solche Schulungsoffensiven nicht: Für die Querschnittsaufgabe zwischen Maschinenbau und IT gebe es nur wenig gute Leute, die dieses Spezialwissen vermitteln könnten. „Da schlummert eine riesige Herausforderung für die Hochschulen“, sagt Sauer. Optimistisch bleibt der Forscher trotzdem: „Die Arbeit wird uns nicht ausgehen.“
KAPITEL 9 – Ready for Closed-Loops?
KAPITEL 9 Ready for Closed-Loops?Um Closed-Loop-Manufacturing in die Realität umzusetzen, sind dabei – je nach aktuellem Stand der jeweiligen Fabrikproduktion – eine Reihe technologischer Enabler nötig: Maschinen und Anlagen wie auch Werkstücke und Produkte müssen mit digitalen Technologien ausgestattet und in digitalen Infrastrukturen zusammengeführt werden. Genutzt werden dazu Software- und Systems-Engineering, Schnittstellen-Technologien und Cloud-Computing zur besseren Vernetzung, ebenso wie Big Data mit sinnvollen Datenanalysen – und unter Umständen eine virtuelle Echtzeitabbildung der Fabrikprozesse. Der Nutzen für den Kunden ist groß: Er profitiert beim Closed-Loop-Manufacturing zum einen von einer spürbaren Ersparnis an Zeit und Kosten durch deutlich schnellere und ressourcenschonende Entwicklungs- und Produktionsabläufe. Zum anderen liegt der Vorteil in transparenteren Informationen und der Chance zur Fertigung individuellerer Produkte – wie etwa bei der termingetreuen Bestellung eines individualisierten Fahrzeugs. Zudem können durch den geschlossenen Datenkreislauf praktische Erfahrungen mit neuen Produkten deutlich schneller als bisher in weitere Verbesserungen der Produkte einfließen.
Die Vision von einer kompletten Datendurchgängigkeit und intelligenten Steuerung des gesamten Fertigungsprozesses ist also mit tiefgreifenden Veränderungen innerhalb des produzierenden Unternehmens verbunden. Was hier für manche nach Zukunftsmusik klingt, ist für andere heute bereits möglich.
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„Wir haben in der Fabrik-IT ein durchsynchronisiertes System etabliert, ohne dass noch Tabellen, Listen und E-Mails geschrieben werden müssen“,
Liveübertragung für Auto-Kunden
„Diese Datendurchgängigkeit haben wir uns selbst geschaffen, damit sind wir ein Vorreiter in der Branche“,
Produktivität auf der Überholspur
Inselwissen überbrücken
Was kann verbessert werden, wenn ein Fehler häufiger auftritt? Wo gibt es Optimierungspotential?
Ein Zukunftsthema der Autoindustrie
Echtzeit-Korrektur im Presswerk
Die Maschinen-Dolmetscher
Herkulesaufgabe Qualifizierung
Ready for Closed-Loops?
Die Vision von einer kompletten Datendurchgängigkeit und intelligenten Steuerung des gesamten Fertigungsprozesses ist also mit tiefgreifenden Veränderungen innerhalb des produzierenden Unternehmens verbunden. Was hier für manche nach Zukunftsmusik klingt, ist für andere heute bereits möglich.
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