Ein Digital Twin könnte den Zustand des Kabelbaums und seiner Komponentenzuverlässigkeit überwachen

Manufacturing Execution Systems (MES) sind Softwarelösungen, die gewährleisten, dass Qualität und Effizienz in den Fertigungsprozess integriert und proaktiv umgesetzt werden. (Bild: Audi, Illustrationen: Andreas Croonenbroeck)

„Oh, was für ein verworrenes Netz wir weben.“ Bereits vor 200 Jahren ahnte Schriftsteller Sir Walter Scott die Probleme der heutigen Bordnetz-Produzenten: Vor der Digitalisierung war ihre Welt noch unkompliziert, doch mit dem Einzug der elektronischen Steuergeräte fingen die Probleme an. Warum überhaupt Kabel, fragt sich sicherlich mancher WLAN- und Bluetooth-verwöhnter Computernutzer? So berichtete Automobil Produktion bereits vor rund 20 Jahren über den damaligen „Bluetooth-Papst“ Prof. Dr. Jörg Wollert von der Fachhochschule Bochum, der demonstrierte, wie Bluetooth mit High-Speed-CAN-Bus prozesssicher in einem VW-Fahrzeug zusammenarbeitet.

„Machbar wäre es auf Prototypenbasis schon, aber mit Blick auf sicherheitsrelevante, in Echtzeit arbeitende Systeme lautet die Antwort eindeutig: Ja, wir brauchen weiterhin Kabel“, betont Martin Stier, Business Development bei Schleuniger aus Thun, einem international führenden Spezialisten für Kabelverarbeitung. Schleuniger fusionierte im Sommer 2022 mit der Schweizer Komax Holding AG, nach eigenen Angaben Weltmarktführer für automatisierte Kabelverarbeitung. Der altgediente Kabelexperte bringt die Problematik auf den Punkt: „Wer will schon auf seinem komplett virtuellen Display bei Tempo 210 km/h lesen: 'Der Bremsvorgang wird eingeleitet – Netz-Instabilität'? Ich bin mir daher sicher, dass die Gesetzgeber wireless-Bremssysteme mittelfristig nicht zulassen werden.“

Veränderungen stehen dagegen bei der Art der Bordnetz-Produktion an: Vor über 30 Jahren, vor der Digitalisierung des Autos, entstanden Kabelsätze noch maßgeschneidert in Handfertigung beim Hersteller. Seit fast drei Jahrzehnten arbeitet Stier in dieser Branche und stellt heute bedauernd fest: „Eine durchgreifende Veränderung gibt es meiner Ansicht nach nicht. So fertigten zum Beispiel OEMs in den 1980er Jahren Kabelsätze noch in einem höheren Maße automatisiert als heutige Zulieferer.“ Der Grund dafür ist die systembedingt weitaus geringere Komplexität damaliger Kabelsätze, die sich von früher wenigen Hundert auf über 3.000 Leitungen und über hundert Steuergeräte erhöhte.

Erst Kanban-Karten, dann MES

Die Kabelsatz-Fertiger, die sogenannten Konfektionäre, unterteilten die Herstellung auch wegen der zunehmend höheren Komplexität in viele kleine Prozessschritte, die sie zunächst manuell zum Beispiel mit Kanban-Karten optimierten. Hier kam 1990 die DiIT GmbH aus Krailling ins Spiel, nach eigenen Angaben Marktführer in der Entwicklung von Softwaresystemen für die Kabelverarbeitung und Kabelsatzherstellung. Zur Spezialität des Unternehmens zählen MES-Programme, welche die Produktion von Bordnetzen automatisieren und digitalisieren. „Sie helfen dem Konfektionär, die Prozesse transparenter zu machen, zu analysieren und zu optimieren“, erklärt der Experte der Firma Schleuniger, die das bayrische Unternehmen vor fünf Jahren übernahm.

Die Herausforderungen an die MES-Programmierer sind hoch, denn hinzu kamen zum Beispiel autonomes Fahren, Rückverfolgbarkeit und Haftung des Bordnetzherstellers. „Hochautomatisiert ist nur der erste Schritt der Kabelsatz-Produktion, das Zuschneiden und Abisolieren der Kabel und das Bestücken mit Steckern“, erläutert DiIT-Geschäftsführer Bernd Jost. „In diesem Bereich hat sich unser MES bewährt. Doch alle weiteren Schritte geschahen lange Zeit in mühseliger Handarbeit, die meist manuell gesteuert wurde.“

Alles änderte sich mit der Einführung der Elektroautos: Funktionen wie das autonome Fahren beeinflussen die Zuverlässigkeit der Kabel dahingehend, dass sie sich zu hochwertigen, sicherheitsrelevanten Nervensträngen wandeln müssen. „Die OEM verlangen von ihren Konfektionären eine durchgängige Qualitätssicherung, Dokumentation der Produktionsprozesse und Rückverfolgbarkeit“, sagt Jost. „Es lässt sich aber nicht alles sofort automatisieren, um die fehleranfälligen manuelle Schritte zu beseitigen. Daher entstand mit 4Wire EAS ein IT-System, um auch Handarbeit zu steuern und zu kontrollieren.“

Doch wie geht das Unternehmen bei der Entwicklung eines maßgeschneiderte MES vor? „Da es leider meist kein Lastenheft gibt, steht Pionierarbeit an“, konstatiert der DiIT-Geschäftsführer. „Wir probieren und optimieren mit dem Kunden ein halbes Jahr lang verschiedene Abläufe.“

Wenn die Cloud Produktionsanlagen überwacht

Doch auch bereits hochautomatisierte Anlagen hat das Unternehmen im Visier: Mit Schleuniger entwickelte DiIT eine Cloud-basierte Lösung zum Überwachen von vollautomatisierten Transferlinien für digitale Steckverbindungssysteme, deren hochkomplexe Produktion sich nun via Cloud aus der Ferne überwachen lassen. „Mit dem Maschinenhersteller Komax optimieren wir unsere MES, damit der Anwender noch tiefere Einblicke in die Prozesse erhält. Allerdings sind wir nicht die IT-Entwickler für Komax- oder Schleuniger-Anlagen, bei uns entstehen Lösungen für Maschinen aller Hersteller“, so Jost.

Die automatisierte Bordnetzproduktion steht und fällt mit standardisierten Schnittstellen. Bereits vor der Fusion starteten Schleuniger und Komax eine Initiative, um die Standardisierung zu beschleunigen. Mit Erfolg, denn es bildete sich ein VDMA-Arbeitskreis, der auf der Basis von OPC UA eine standardisierte Schnittstelle zur Anbindung von MES- und ERP-Lösungen plant. Bis Ende 2023 soll es laut Jost eine erste Version geben, die durch die OPC Foundation, ein internationaler Zusammenschluss großer Firmen der Automatisierungsindustrie, freigegeben werden muss.

Abbildung einer Transferlinie
Mit Cloud-basierten Lösungen lassen sich vollautomatisierte Transferlinien für digitale Steckverbindungssysteme aus der Ferne überwachen. (Bild: Schleuniger)

Differenzierung ist der Treiber

Einstellen müssen sich die Kabelproduzenten auf neue automobile Netzstrukturen. Der Trend geht hin zu zonalen, dezentralen Strukturen mit mehreren Rechnern, auf denen sehr schnelle Regelprozesse wie autonomes Fahren ablaufen. „Es kommen mehrere Einheiten zum Einsatz, um für sicheren redundanten Betrieb beim Ausfall eines Systems zu sorgen“, erklärt Stier.

Trotz der verständlichen Vielfalt in Sachen Bordnetz haben die Fachleute jedoch zwei Wünsche. „Ich hoffe auf die Entmaschung: Schön wären Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, denn unser Equipment ist auf sie optimal ausgelegt, um einen Teilleitungssatz effizient vollautomatisch herzustellen“, blickt Stier in die Zukunft. „Sehr wichtig und hilfreich wäre auch eine deutliche Reduktion der Variantenvielfalt – von der Kabelfarbe über Gehäuse bis hin zum Kontaktteil.“

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