Industrie 4.0 Die „heimlichen“ Smart Factorys gibt es schon

Autor Stefanie Michel

Die Umsetzung von Industrie 4.0 kommt nicht voran – dieser Kritik müssen sich vor allem die Verbände und die Plattform Industrie 4.0 stellen. Doch eigentlich sind viele der produzierenden Unternehmen weiter, als es scheint. Ganz selbstverständlich und ganz im Stillen sind bereits autonome Produktionslinien oder weitestgehend automatisierte Werke entstanden.

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Ein Code, ausgelesen über Scanner, verrät den Maschinen in der automatisierten Produktion, wie das Produkt zusammengesetzt wird – bis zur Verpackung und in Losgröße 1. Dazu wird die individuelle Bedienungsanleitung geliefert.
Ein Code, ausgelesen über Scanner, verrät den Maschinen in der automatisierten Produktion, wie das Produkt zusammengesetzt wird – bis zur Verpackung und in Losgröße 1. Dazu wird die individuelle Bedienungsanleitung geliefert.
(Bild: Danfoss)

Was wurde nicht schon alles über Industrie 4.0 geredet und geschrieben – theoretisch, akademisch und politisch. Nachdem der Begriff 2011 auf der Hannover-Messe geprägt wurde, entwickelten sich bald zahlreiche Forschungsprojekte, das Technologienetzwerk „it's OWL“ wurde als Spitzencluster ausgezeichnet, Modellfabriken entstanden und die von den Branchenverbänden Bitkom, VDMA und ZVEI eingerichtete Plattform Industrie 4.0 nahm ihre Arbeit auf. Jetzt sind bald 5 Jahre vergangen und Ernüchterung hat sich inzwischen breit gemacht: Die Plattform Industrie 4.0 musste sich der Kritik stellen, keine konkreten Ergebnisse geliefert zu haben, die großen deutschen Industrieunternehmen haben nicht mit Umsetzungseifer geglänzt und währenddessen treibt das US-amerikanische Industrial Internet Consortium (IIC) die deutschen Verbände vor sich her.

Gerade dem deutschen Mittelstand macht man den Vorwurf, Industrie 4.0 zu verschlafen und die Investitionen in die Zukunft zu scheuen. Doch auch bei Großunternehmen aus der Industrie kommt der Wandel nur langsam voran – wenn man von der Automobilindustrie absieht. Doch wer glaubt, es verändere sich nichts, der blickt nur oberflächlich auf eine Industrie im digitalen Wandel. Natürlich entwickelt sich nicht jede Branche, nicht jede Region und nicht jedes Unternehmen in der gleichen Geschwindigkeit. Manche sind getrieben von der Konkurrenz, andere gehemmt angesichts der hohen Investitionen. Doch es gibt bereits Beispiele, die zum Teil wie selbstverständlich eine weitgehend automatisierte Fertigung realisiert haben, in der Bauteile eine „DNA“ besitzen und mit den Maschinen kommunizieren.

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Fertigung ist schon heute zu 75 % automatisiert

Häufig dient das Elektronikwerk Amberg von Siemens auch für das Unternehmen selbst als Aushängeschild; es demonstriert, wie die Produktion vieler Firmen in zehn Jahren aussehen könnte. Die Fertigung – man stellt hier speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) her – ist schon heute weitgehend automatisiert. Bereits 75 % der Arbeit übernehmen Maschinen und Computer eigenständig, der Rest wird von Menschen übernommen. Zu Beginn des Herstellungsprozesses legt ein Mitarbeiter das Ausgangsbauteil, eine unbestückte Leiterplatte, in die Produktionsstraße. Danach läuft alles maschinengesteuert, denn die Steuerungen selbst regeln die Herstellung. Das sieht folgendermaßen aus: Ein Drucker trägt auf die leere Leiterplatte Lötpaste auf und Bestückungsköpfe setzen die Widerstände oder Mikrochips auf. Danach überprüft eine Kamera die Position der aufgelöteten Bauteile, eine Röntgenanlage überwacht die Qualität der verlöteten Verbindungsstellen. Ist die Leiterplatte in Ordnung, wird sie in ein Gehäuse montiert und ins Lieferzentrum nach Nürnberg verschickt.

Jedes Produkt ist über einen individuellen Barcode auf der Leiterplatte rückverfolgbar, den diese nutzt, um mit den Produktionsmaschinen zu kommunizieren. In der Fertigung klären die Produkte untereinander, welches mit welcher Dringlichkeit ausgeliefert werden muss und somit Vorrang hat. Während des Produktionsprozesses sammeln Scanner Produktinformationen wie Löttemperatur, Bestückungsdaten oder Prüfergebnisse. All diese Informationen fließen in ein Manufacturing Execution System (MES), das die Produktion von Anfang bis Ende erfasst und steuert. Zudem gelangen neueste Daten über die Weiterentwicklung der SPS aus dem CAD- und PLM-System in den Herstellungsprozess. Mit einer solchen Fertigung kann Siemens mit einer minimalen Fehlerquote produzieren: 99,99885 % der Produkte sind fehlerfrei.

Individuell konfigurierte Produkte in einer Massenproduktion

Die Fertigung elektronischer Bauteile scheint prädestiniert zu sein, Industrie-4.0-Ansätze zu realisieren, denn ganz ähnlich läuft auch die Produktion der Frequenzumrichter Danfoss Power Electronics in Gråsten (Dänemark). Diese Smart Factory ist der VLT-Hauptstandort und liefert individuell konfigurierte Produkte in einer Massenproduktion. Dies ist möglich, weil das Produktionssystem direkt mit dem Bestellsystem verbunden ist. Sobald also ein Auftrag im System aufgenommen wird, generiert das System einen eindeutigen Code und eine dazugehörige Stückliste, sodass die Produktion unverzüglich beginnen kann. Dieser Code ist über Scanner – automatisiert oder durch den Mitarbeiter – an jedem Punkt lesbar, bis hin zur Verpackungsstation. Auf diese Weise entstehen innerhalb von zwei Stunden kundenspezifische Frequenzumrichter, die schließlich getestet und mit individuell gedrucktem Handbuch innerhalb von 24 Stunden verschickt werden können.

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Auch Bosch Rexroth zeigt in seinem Werk in Homburg/Saar anhand einer neuen Montagelinie, wie man den Gedanken von Industrie 4.0 praktisch umsetzen kann. Auf dieser stetig wandelbaren Montagelinie werden in einem einzigen Wertstrom mehr als 200 verschiedene Hydraulikventile zusammengebaut. Das Besondere: Über einen RFID-Chip am Werkzeugträger erkennen die neun intelligenten Stationen der Linie, wie das fertige Produkt zusammengestellt sein muss und welche Arbeitsschritte dazu notwendig sind. Jede Station liest die Tags und zeigt auf Displays den Mitarbeitern die entsprechenden Arbeitsanweisungen für die gerade zu bearbeitende Variante an. „Die Linie vernetzt Mensch, Maschine und Produkt unter den Bedingungen einer flexiblen Großserienproduktion“, betont Frank Hess, Werkleiter im Homburger Rex-­roth-Werk. „Damit können wir wirtschaftlich eine Vielzahl individueller Produkte bis zur Losgröße 1 herstellen.“

Bei der Planung und Umsetzung der Linie nutzte Bosch Rexroth vorrangig eigene Produkte und Lösungen. So sammelt, filtert und visualisiert das Fertigungsinformationssystem Active-Cockpit fortlaufend Produktionsdaten. Damit verfügen Werker und Entscheider in der Fertigung über eine Kommunikationsplattform, um notwendige Lösungsprozesse schnell anzustoßen. Der Antriebs- und Steuerungshersteller setzt auf offene Automationslösungen mit eigener Intelligenz. Die ganzheitliche und wirtschaftliche Umsetzung hat bereits zu signifikanten Produktivitätsverbesserungen geführt.

Zentraler Leitstand ersetzt dezentrale Fertigungssteuerung

Doch nicht nur große Unternehmen setzen auf eine automatisierte Fertigung. Auch innovative Mittelständler verwirklichen bereits Teile der Vision von Industrie 4.0. Der Automobilzulieferer MSR Technologies beispielsweise zeigt, dass die Unternehmensgröße keine Rolle spielt, ob solche Veränderungen umgesetzt werden oder nicht. Das Laupheimer Unternehmen nutzte 2009 eine nötige Restrukturierung, um die komplette Produktion neu zu organisieren. Früher wurden dezentrale Fertigungssteuerungen genutzt, während heute die Daten aller Maschinen und Anlagen in einem Leitstand mit einem MES-System zusammenfließen. Störungen werden in Echtzeit erkannt und Arbeitsaufträge laufend aktualisiert. Die Maschinen sind optimal ausgelastet und Material- sowie Energieverschwendung werden minimiert. Das schont Ressourcen und spart Geld. Alleine die Energieersparnis durch die stetige Datenerfassung und -auswertung beträgt rund 10 %.

Schon in der Implementierungsphase von drei Monaten konnte MSR Technologies seine Produktivität in den Pilotbereichen um 3 % steigern. Nach der Umstellung war das Ergebnis deutlich: Nachdem die Produktion völlig neu, transparent und effizient organisiert war, hat das Unternehmen die Betriebsnutzungszeiten aller Anlagen um 25 % gesteigert. Erfolgreich ist das Fabrikmanagement von MSR Technologies auch deshalb, weil moderne Managementmethoden zum Einsatz kommen. Geschäftsführer Robert Stöhr: „Ein Vater des Erfolges war die frühe und intensive Einbeziehung der Mitarbeiter in das Projekt.“ So wurde für Mitarbeiter auch ein Prämiensystem auf Basis der Personalkosten im Verhältnis zur erzielten Wertschöpfung integriert.

Unternehmensprozess neu definieren

Bei Ginzinger Electronic Systems, einem österreichischen 80-Mann-Unternehmen, das Embedded-Linux-Lösungen entwickelt und fertigt, lag der Grund für Veränderung eigentlich im schnellen Wachstum. Die Prozesse mussten neu definiert werden, ein neues ERP-System war nötig. Inhaber Herbert Ginzinger vertrat eine klare Meinung: „Kein traditionelles Standardprodukt, es muss viel prozessorientierter und webbasiert sein und die Daten bleiben im Haus.“ Statt einfach ein größeres ERP-System zu installieren, traf er auf den deutschen Anbieter Eagle Peak, der den Anstoß gab, zunächst alle Prozesse zu analysieren. Der Unternehmer erkannte selbstkritisch, dass in seinem gesamten Unternehmensprozess die gewünschte Transparenz und datentechnische Verzahnung aller Unternehmensbereiche noch nicht realisiert waren: Es gab offene Effizienzpotenziale, die Maschinenintegration fehlte, eine stückbezogene Qualitätssicherung gab es nicht.

Deshalb wurden alle Prozesse geprüft und mit Modellen hinterlegt. Damit hat sich die komplette Arbeitsweise geändert: Fehlbestände und Engpässe werden jetzt automatisch erfasst und Einkaufslisten gibt es nicht mehr. Alles ist deutlich flexibler geworden. Inzwischen hat auch hier jedes Bauteil seine „DNA“ und wird damit autonom durch die Fertigung gelotst. Gibt es Fehler, bewegt sich das Bauteil eigenständig in die „Reparatur“. „Wir sind heute deutlich softwarelastiger als noch vor fünf Jahren, aber auch deutlich transparenter“, so Ginzinger. Er kann auf eine 100-prozentige Transparenz und Materialrückverfolgung in seinem Unternehmen verweisen und weiß so, welche Baugruppen mit welchen Fehleranteilen wie häufig nachgearbeitet werden müssen. Bereits im Einführungsjahr konnte das Unternehmen mit der gleichen Mannschaft seinen Output um 10 % steigern und die Durchlaufzeiten signifikant senken.

Diese Beispiele geben nur einen sehr kleinen Überblick über bereits bestehende automatisierte Produktionslinien. Oftmals sind das für die Unternehmen selbst lediglich selbstverständliche Weiterentwicklungen, um dem stetig wachsenden Kostendruck zu begegnen, flexibler reagieren zu können und damit die Produktionsstandorte in Deutschland beziehungsweise in Europa zu sichern. MM

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