Demonstrationsfabrik führt moderne Technologien zusammen

Industrie 4.0 revolutioniert die Arbeitswelt von morgen

Die verschiedenen Produktionsbereiche in der Musterfabrik (Bild: RWTH Aachen)
 

Das Thema Industrie 4.0 ist im Produktionsumfeld derzeit allgegenwärtig. Die Vierte Industrielle Revolution soll produktionstechnische Lösungsansätze für einen Markt liefern, der sich durch eine immer ausgeprägtere Dynamik auszeichnet. Eine rasante Innovationsgeschwindigkeit bedingt in zahlreichen Industrien eine enorm gewachsene Variantenvielfalt und weiterhin sich spürbar verkürzende Produktlebenszyklen. Während sich beispielsweise die Anzahl von Varianten auf dem deutschen Pkw-Markt innerhalb der letzten zwanzig Jahre beinahe verdoppelt hat (1995: 227 Modelle, 2015: 415 Modelle), werden sich die Modellzyklen in der Automobilindustrie aufgrund gestiegener Kundenanforderungen von derzeit sieben bis acht künftig auf voraussichtlich drei bis vier Jahre halbieren.

Die Produktion muss diesen Gegebenheiten durch eine entsprechende Anpassung der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) gerecht werden. Mit dem Ziel der effizienten Herstellung bis hin zur Losgröße ist die flexible Gestaltung der Prozesse entscheidend – und dies unter Beibehaltung des Automatisierungsgrads moderner Produktionen. Schlüssel zur Beherrschung der hierdurch entstehenden Komplexität ist die hochauflösende Fabrik: Die systematische Auswertung und Nutzung der Realdaten aller beteiligten Produktionsressourcen in Echtzeit ermöglicht eine transparente Produktion entlang des gesamten Wertstroms. Ergebnis ist ein situativ handelndes Produktionssystem.

Der Paradigmenwechsel hin zur Smart Production geht mit einer grundlegenden Änderung der Arbeitsabläufe in der Fabrik einher. Moderne Informations- und Kommunikationstechnik sowie die sich hieraus ergebenden Möglichkeiten zur flächendeckenden Konnektivität zwingen zu einer Umgestaltung ablauforganisatorischer Konzepte. Inwieweit diese Konnektivität etablierte Abläufe verändert, macht ein Blick auf unsere Alltagsprozesse im Privatleben deutlich: Ein Kinobesuch mit Bekannten lässt sich effizient mit Smartphones über einen Gruppenchat organisieren. Unter Verwendung aller aktuellen Informationen wird über den gewünschten Film per Abstimmung schnell entschieden und die Kapazität geprüft. Reserviert und bezahlt wird online über den Ticketservice des Kinos. Ein Barcode wird auf das Smartphone heruntergeladen und abends im Kino ohne lästiges Anstehen gescannt. Die Übertragung des Beispiels in die Produktion liefert die Idee des „High Resolution Production Management“ (HRPM): Eine auf Echtzeitdaten basierte, dezentrale Organisation des Produktionsprozesses durch Kommunikation aller Produktionsressourcen. Ähnlich der Verkürzung des Entscheidungs- und Bestellvorgangs im Kino birgt die Umsetzung eines vergleichbaren Produktionssystems ein immenses Optimierungspotenzial für die Arbeitswelt von morgen.

Smart Production erfordert neue Abläufe Voraussetzung für eine sogenannte Smart Production ist die digitale Anreicherung und Verknüpfung aller Elemente eines Produktionssystems. Auf einer Grundfläche von 1 600 m2 bietet die Demonstrationsfabrik auf dem Campus der RWTH Aachen die Möglichkeit, Forschung und Praxis innerhalb einer realen Produktionsumgebung zu verknüpfen.

Das Smart Product ist über den gesamten Herstellprozess hinweg klar identifizierbar und handlungsfähig. RFID-Chips ermöglichen die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologie in das Produkt. Schon der Rohling verfügt über eine lokale Steuerungsintelligenz und führt in der Auftrags-ID alle herstellungsrelevanten Informationen mit sich. Auf seinem Weg durch die Produktion kommuniziert er selbstständig, welche Bearbeitungsschritte gewünscht sind. Eine Montageanlage kann dadurch beispielsweise aus dem PLM-System variantenspezifische Montageanweisungen aufrufen und diese visuell darstellen. Zusätzliche Planungssicherheit wird in der Demonstrationsfabrik durch die lückenlose Lokalisierbarkeit von Produkten und Ladungsträgern gewährleistet. Übergangszeiten lassen sich so empirisch ermitteln und zur realistischen Planung von Durchlaufzeiten nutzen.

Ein Kernelement der Smart Factory ist die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. Informationstechnische Assistenzsysteme versorgen den Mitarbeiter über Netzwerke jederzeit mit allen für ihn relevanten Informationen. Die aus der Produktion gewonnenen Echtzeitdaten sind, anstatt in einer Leitstelle, dezentral in der Fabrikhalle abrufbar. Auf mobilen Geräten können die Mitarbeiter alle relevanten Informationen einsehen. Der Produktionszustand ist immer transparent und durch den Menschen beeinflussbar. Dieser kann folglich fundierte Entscheidungen auf Grundlage einer lückenlosen Informationsbasis fällen.

Die entscheidenden Daten herausfiltern Technische Grundlage des durchgängigen Informationsflusses ist die systematische Analyse von Massendaten aus der Produktion in Echtzeit. In den kommenden Jahren wird sich die weltweite Datenmenge weiter stark vermehren. Die Kunst besteht darin, aus diesen Datenbergen den Bruchteil an Informationen zu gewinnen, der für den Anwender tatsächlich von Nutzen ist. Diese Suche nach der Nadel im Heuhaufen ist erst seit wenigen Jahren durch die Zunahme von lokaler Speicher- und Rechenkapazität möglich. Erst durch Extrahierung, Verarbeitung und Verdichtung wird das Produktionsmanagement der Flut von Realdaten in einer modernen, automatisierten Fabrik Herr. Im Fall der Demonstrationsfabrik werden mit dem Ziel, Produkten und Fertigungsprogrammen exakte Energieverbräuche zuzuordnen, Auftrags- und Energiedaten gekoppelt. Ein Informationsmehrwert ergibt sich dadurch, dass die Energiedaten in einer geeigneten Auflösung erhoben werden, die zusammen mit den Auftragsdaten eine Interpretation zulässt.

Leistungsspektrum wird erweitert Im Dienstleistungsbereich ermöglicht der Informations- und Kommunikationsvorsprung durch Nutzung der Daten eine Erweiterung des Leistungsspektrums. Der Begriff Smart Services fasst den Ansatz zusammen, dezentral auf Echtzeit-Informationen zu reagieren, die aus der Verbindung zur Betriebswelt hervorgehen. Industrie-Apps können dazu dienen, die Materialbereitstellung in der Montage zu verfolgen. Durch ein aktives Management des Montageprozesses lassen sich Wartezeiten effizient verringern. Zentrales Thema in der Industrie ist derzeit die „vorausschauende Wartung“. Das echtzeitfähige Monitoring des Betriebszustandes der Maschinen und Anlagen innerhalb einer Produktion versetzt den Service-Dienstleiter in die Lage, Maschinenausfälle zu antizipieren. Im Kampf gegen den Maschinen- oder sogar Produktionsstillstand bekommt der Dienstleister damit ein Frühwarnsystem an die Hand, das neue Möglichkeiten bietet, Stillstandskosten systematisch zu vermeiden.

Eingebettet in die Forschungslandschaft des RWTH Aachen Campus, ermöglicht die Demonstrationsfabrik die Erforschung und reale Erprobung der Gestaltungsfelder der Smart Production. In enger Kooperation mit der Industrie wird somit die Arbeitswelt von morgen mitgestaltet.

 
Die Demonstrationsfabrik des RWTH Aachen Campus (Foto: RWTH Aachen)
Über die Firma
Lehrstuhl für Produktionssystematik WZL der RWTH Aachen
Aachen
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