Digitale Fabrik
| von ortlepp

Die großen Automobilhersteller befassen sich schon seit Jahren mit Anwendungen der Digitalen Fabrik (DF). Heute ist die rasante Entwicklung von Modellen und Varianten mit vorhandenen Ressourcen ohne DF-Werkzeuge nicht mehr vorstellbar.

Das Ganze hat etwas von Second Life, der 3D-Welt aus dem Internet. Doch die Digitale Fabrik ist kein Spiel, sondern Teil der künftigen Planung bei den Autoherstellern. Wenn neue Anlagen vorab schon virtuell in Betrieb genommen werden, liegen die Einsparungspotenziale hinsichtlich Zeit und Kosten, aber auch der Qualitätszuwachs auf der Hand: Funktionieren die SPS wie gedacht? Wo passt es nicht mit der Ergonomie für die Mitarbeiter? Eine Reihe von Fehlern lässt sich so schon im Vorfeld ausklammern – statt kostenintensiv in der Praxis behoben zu werden. Volkswagen geht hier mittlerweile noch einen Schritt weiter und verbindet die unterschiedlichen Gewerke wie Gebäude-, Förder- und Versorgungstechnik sowie die Elektrik bereits in der 3D-Simulation, so dass sich bauliche Fehler vor der Umsetzung ausschließen lassen. Die Technik ist so weit: „In der Zwischenzeit wurde ein Reifegrad erzeugt, der einen flächendeckenden Einsatz der DF-Werkzeuge in den klassischen Feldern der Digitalen Fabrik – wie 3D-Planung und -Absicherung, Austaktung sowie Ablaufsimulation – erlaubt. Seitens der Hardware sind kaum mehr Restriktionen darstellbarer Modellgrößen vorhanden“, sagt Rainer Eißrich, Leiter Digitale Produktionsplanung bei Daimler. Die steigende Anzahl von Produktvarianten ist nach Ansicht von Experten auf Sicht ohne Standardtools nicht mehr zu bewältigen, denn auch beim Umrüsten und Verschieben von Maschinen hilft die virtuelle Fabrikplanung. „Der Zeitgewinn liegt vor allem in der Parallelität

der Planungsphasen – was früher sequenziell erledigt wurde, zum Beispiel mechanisches Design, Elektroplanung und SPS-Programmierung, findet heute weitgehend gleichzeitig statt. Auch die steigende Zahl der (späten) Änderungen lässt sich leichter in Planungswerkzeugen verkraften. Der Planungsaufwand wird nicht unbedingt geringer – der Anlauf kann im Sinne der schnellen „Time to Market“ aber zeitlich vorweggenommen werden“, meint Olaf Sauer, verantwortlich für den Bereich Leitsysteme beim Fraunhofer IITB.

„Für Daimler ist die Digitale Fabrik ein ganz wesentlicher Stellhebel für Effizienz in der Planung, frühzeitige Qualitätsabsicherung der Produktionsprozesse und Optimierungen in der Anlaufphase. Fahrzeugplanung wird ohne die Digitale Fabrik nicht mehr denkbar sein“, so Eißrich. Daimler setzt DF-Anwendungen in den Kernbereichen Rohbau-, Montage- und Logistikplanung in allen Fahrzeugprojekten produktiv ein. Auch im Volkswagen-Konzern, der mittlerweile neun Marken unter seinem Dach vereint, ist ein Leben ohne die Digitale Fabrik mittlerweile undenkbar: So wollen die Wolfsburger im Zuge ihrer Strategie „Mach 18 plus“ im Jahr 2018 den Absatz der Marke Volkswagen auf 6,6 Millionen Fahrzeuge pro Jahr steigern, 2008 waren es 3,67 Millionen. Hinzu kommt eine Vielzahl neuer Modelle, schon heute stemmt allein die Marke Volkswagen jährlich rund 20 Neuanläufe. Da ist – bei etwa gleichbleibenden personellen Ressourcen IT-gestütztes Produktivitätswachstum gefragt. „Jedes Fahrzeug muss mit allen Prozessen und Anlagen neu in die Fabrik eingebracht werden. Das geht nur mit Digitaler Fabrik“, sagt Roy Sauer, Leiter des Projekts Digitale Fabrik/Produktionsplanung in der Konzern-IT von Volkswagen. Schon jetzt setze man ein Mehrfaches der früheren Modellzahlen mit der bestehenden Mannschaft um. Beispiel für gelebte Digitale Fabrik: Beim neuen Fabrikprojekt in Chattanooga, Tennessee, vergingen von der Standortentscheidung bis zu den ersten Erdbewegungen nur neun Monate.

„Teilweise findet noch kein ausreichender Abgleich zwischen der Planung und dem real ausgeführten Projekt statt“, sagt Olaf Sauer. Er rechnet damit, dass die nächste oder übernächste DFGeneration einen Durchbruch beim standardisierten Datenfluss zwischen den Systemen bringt. Aus der Praxis gibt es jedoch wenig Klagen: „Die Stücklisten und Prozesspläne fließen aus der Planung direkt in die operativen Systeme, und auch in anderer Richtung findet ein Datenaustausch statt – zum Beispiel Informationen über die Maschinenlaufzeiten und die Anzahl von Störungen“, so Roy Sauer. Das Ende der Fahnenstange sei hier jedoch noch nicht erreicht. „Es gibt noch Optimierungspotenzial: die Rückführung von Informationen aus den Manufacturing-Executive-Systemen in die Simulation. Damit ließe sich, vergleichbar mit dem Wetterbericht, eine Vorhersage machen, wie der Fertigungsstand in zwei Wochen aussieht“, sagt Dieter Geckler von der Produktionsplanung bei Volkswagen. Statt auf selbstgebaute Insellösungen setzt der Volkswagen- Konzern weltweit auf durchgängige Standards. Nur im Bereich der Schnittstellen und der Benutzeroberflächen sind Anpassungen möglich. Auch nach Ansicht von Eißler gibt es durchaus noch Weiterentwicklungsbedarf, nicht nur beim Thema 3D-Absicherungen: „Es gilt, die Lücke in der Prozesskette zu den Werken im Sinne des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses über den gesamten Produktions-Lifecycle eines Fahrzeuges zu schließen. Handlungsbedarf sehen wir zudem in der Integration der Zuliefererkette, insbesondere auch von Zulieferer zu Zulieferer“, erklärt Rainer Eißrich.

Für die Zulieferer liegen im Thema DF erhebliche Differenzierungschancen, von ihnen kommt aufgrund ihrer höheren Beweglichkeit auch ein Gutteil der DF-Innovationen. Zum einen werden der Einsatz von DF-Werkzeugen und die Fähigkeit zum entsprechenden Datenaustausch immer stärker zur Voraussetzung für die Zusammenarbeit mit den Automobilherstellern. Zum anderen: Wohin die OEMs auch gehen, die Zulieferer folgen. Märkte wie China, Russland, Indien und Brasilien sind im Kommen – der Umsatz wird künftig in anderen Teilen der Welt generiert. Der Zeit- und Kostendruck gilt gleichermaßen für mittelständische Zulieferer. DF-Anwendungen sind nicht mehr so kostenintensiv wie noch vor Jahren, für vieles reicht ein PC statt teurer Spezialhardware. Die OEMs sind nach eigenem Bekunden bestrebt, gemeinsame Standards zu schaffen, beispielsweise im Rahmen der Arbeitsgruppe Digital Factory. Dazu zählen Ansätze wie AutomationML, eine an XML angelehnte Sprache, die den standardisierten Datenaustausch zwischen Engineering- Systemen fördert. Neben der Standardisierung im Datenaustausch hat Volkswagen auch andere Standards im Sinn: In den nächsten Ausbaustufen der Digitalen Fabrik sollen Mehrmarkenfabriken unterstützt werden, in denen parallel verschiedene Fahrzeugmodelle unterschiedlicher Marken gefertigt werden können. Basis dafür: die weitreichende Standardisierung aller Prozesse.