Automobilbau in der Factory 56 bei Mercedes-Benz.

Die Factory 56 von Mercedes-Benz gehört zu den Vorreitern beim Thema Smart Factory. (Bild: Mercedes-Benz)

Die smarte Automobilfabrik vernetzt idealerweise bereits ab der ersten Planung die Fahrzeugentwicklung mit der Produktion sowie all ihren Gewerken. Über das Presswerk, den Karosseriebau, die Lackierung, Montage und Logistik bis hin zum Qualitätsmanagement spannt sich ein interaktives Netz.

In diesem Netz müssen jedoch nicht nur viele, sondern genau die richtigen Daten jederzeit in Echtzeit abrufbar sein. Die Stichworte lauten hierbei Datendurchgängigkeit und -qualität. Diese Vernetzung einzelner Produktionsschritte soll schließlich eine individuellere Fertigung, höhere Qualitätsstandards und nicht zuletzt auch eine weit geringere Umweltbelastung möglich machen.

Was ist eine Smart Factory?

Ein System der Vernetzung und Automatisierung von Fertigungsprozessen wird übergeordnet als Smart Factory bezeichnet. Wesentlicher Kern ist eine umfassende Digitalisierung. Die einzelnen Bestandteile sind unter anderem intelligente Maschinen, Sensoren und Steuerungssysteme. Zu den unabdingbaren Beschleunigern zählen die Instrumente der Industrie 4.0, wie etwa der Mobilfunkstandard 5G, IoT, Big Data, Digital Twins oder Cloud Computing.

Volkswagen digitalisiert Presswerk und Karosseriebau

Mit Blick auf die Gewerke gilt es bei der Smart Factory vereinfacht gesagt, ein hohes Maß an Vernetzung und Automatisierung herzustellen und wichtige Daten in den Austausch zu bringen. Das Joint Venture Smart Press Shop von Porsche und dem Umformspezialisten Schuler ist ein Leuchtturmprojekt für smarte Presswerke. Im Werk in Halle orchestrieren konsequent Digitalisierung und Monitoring die Abläufe.

Eine merkliche Effizienzsteigerung hat die Porsche-Mutter Volkswagen gemeinsam mit Siemens schon vor geraumer Zeit für den Karosseriebau und die Montage in ihrem Zwickauer Werk angekündigt. Im Rahmen eines dort etablierten digitalen Baukastensystems für eine stabile Produktion setzt Volkswagen eine weitere Steigerung des Automatisierungsgrads um. In Emden zeigt der Autohersteller überdies auf, wie die eigene Industrial Cloud zur Prozessüberwachung im Karosseriebau eingesetzt werden kann.

Ford setzt bei Montage auf künstliche Intelligenz

Smarte Algorithmen und künstliche Intelligenz sollen insbesondere in der Teile-intensiven Montage zur Steigerung der Produktivität beitragen und die Werke noch smarter machen. In seinem US-Getriebewerk Livonia setzt Ford beispielsweise seit vergangenem Sommer auf die Kombination aus KI und Robotik.

Ford zufolge konnten die Werker bei komplexen Montageprozessen vom Start weg eine 15-prozentige Verbesserung des Durchsatzes verzeichnen. Der OEM erwartet in nächster Zeit daher ein deutliches Plus an KI-Anwendungen in der Fertigung.

Flexibilität definiert die Lackieranlage der Zukunft

Viel digitale Bewegung herrscht auch in der Lackierung. In diesem energie-intensiven Gewerk könnte ein Boxen-Layout insbesondere das Anhalten der laufenden Produktion bei Wartungsarbeiten überflüssig machen.

Diese Idee hat der Anlagenbauer Dürr im Rahmen seines Konzepts „Lackieranlage der Zukunft“ vorgestellt. Das Ziel dahinter ist, die immerhin rund 120 Arbeitsschritte eines Lackierprozesses nicht mehr in der Linie zu denken, sondern in überschaubare Boxen und kleinere Abschnitte aufzuteilen.

Vollautomatisierte Prozesse erobern die Logistik

Gerade in der Lackierung wie auch in der Logistik setzt die Branche für die Smartifizierung zunehmend auf AGVs (Automated Guided Vehicles), mit denen sich die Prozesse automatisieren und nachvollziehbar verschlanken lassen. Unter anderem im Skoda-Werk Mlada Boleslav kommen in diesem Sinne neben autonomen Transportsystemen auch autonome Gabelstapler zum Einsatz.

Darüber hinaus sind dort - ebenso wie im Volkswagen-Werk Zwickau – das gesamte Be- und Entladen der Züge sowie alle Prozesse in der Lagerhalle vollautomatisiert. Bei konsequentem Ausschöpfen all dieser digitalen Möglichkeiten und ihrer intelligenten Verschränkung entsteht aus diesen vielen Puzzleteilen die Smart Factory.

Was ist ein intelligenter Boden?

Güter werden immer häufiger von fahrerlosen Transportsystemen oder gar von Drohnen zu Montage- und Fertigungsanlagen transportiert, menschliche Eingriffe immer seltener erforderlich. Ein wichtiger neuer Aspekt der intelligenten Fabrik könnte im sogenannten „intelligenten Boden“ zu finden sein. Die Idee dahinter ist es, dass Gebäude unverrückbar, die Maschinen hingegen mobil sind.

Gemeinsam mit Weidmüller arbeitet Bosch Rexroth daher an einem sogenannten intelligenten Bodensystem, das Geräte und Maschinen erkennt und verwaltet, Daten mit ihnen austauscht und sie mit Strom und Medien versorgt und so letztlich mehr Flexibilität in eine Fabrik bringen soll.

Wie wird Big Data in der Produktion eingesetzt?

Eines der jüngsten Beispiele für die Effizienzsteigerung im laufenden Betrieb bietet das Megathema Big Data, also wie relevante Daten der Fertigung für Mitarbeiter – gerade auch via 5G – transparent gemacht werden. Daimler setzt dies mit seinem Ökosystem Mercedes-Benz Cars Operations 360 um, kurz MO360.

Über Applikationen laufen bereits heute in rund 30 Mercedes-Fabriken weltweit Produktionsdaten vollautomatisch in das digitale Shopfloor-Management (SFMdigital), sodass die Verantwortlichen jederzeit transparent den Status der Produktion kennen. Die Mitarbeiter wie etwa jene in der Factory 56 in Sindelfingen haben damit schnellen Zugriff auf produktions- und steuerungsrelevante Kennzahlen (KPIs).

Wie lassen sich Maschinendaten nutzen?

Die bedarfsgerechte Nutzung von IT-Leistungen wie Software, Speicherplatz oder Rechenleistung läuft über Datennetze via Cloud Computing sowie mithilfe von Edge Computing für direkt anfallende Maschinendaten. Für die vernetzten IoT-Geräte, die wie ein Schwarm im selbstverwaltenden Netz kommunizieren, benötigt die Smart Factory hochwertige Security-Konzepte, um Hackern das Lahmlegen der Fabrik via Internet zu erschweren oder erst gar nicht zu ermöglichen.

Ein weiterer Aspekt der smarten Fertigung ist die Überwachung des Zustands von Maschinen und das frühzeitige Erkennen des Wartungsbedarfs. Predictive Maintenance ist dabei das zunehmend nachgefragte Instrument, welches dabei unterstützt, unnötige Stillstände von Maschinen und somit Kosten zu reduzieren.

Kann eine Smart Factory zum Umweltschutz beitragen?

Eine intelligente Digitalisierung hat laut einer Bitkom-Untersuchung erhebliche Auswirkungen auf den ökologischen Footprint einer Fabrik. Durch digitale Technologien könne jede fünfte Tonne CO2 eingespart werden, so der Verband.

Demnach lassen sich bis 2030 bis zu 64 Megatonnen CO2 bei einer beschleunigten Digitalisierung einsparen. Dazu bedarf es einerseits der Automatisierung in der Produktion, andererseits digitale Zwillinge von kompletten Produktions- und Betriebszyklen massiv dabei unterstützen, Material, Energie und Ressourcen zu sparen.

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