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Virtuelle Fabrik Digitale Zwillinge als Basis für eine flexible Produktion

Redakteur: Stefanie Michel

Elektrofahrzeuge lokal in Mikrofabriken herstellen: das will ein schwedisches Unternehmen. Durch den Einsatz des digitalen Zwillings für Produkt, Produktion und Fabrik kann der Produktionsprozess flexibel an die Gegebenheiten angepasst und optimiert werden.

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Das kleine Elektroauto Zbee wurde für kurze Strecken entwickelt und soll weltweit vor Ort produziert werden.
Das kleine Elektroauto Zbee wurde für kurze Strecken entwickelt und soll weltweit vor Ort produziert werden.
(Bild: Clean Motion)
  • Der Elektrofahrzeughersteller Clean Motion will das Auto Zbee weltweit in kleinen Fabriken nah am Markt produzieren. Dafür erstellt er eine digitale Musterfabrik.
  • Um die neuen Produkte zu testen, wurde eine „Master-Fabrik“ in Schweden gebaut, von der ein digitaler Zwilling erstellt wird. In diesem werden alle Prozesse entwickelt und verifiziert.
  • Für den Aufbau der digitalen Musterfabrik nutzt Zbee das Softwareportfolio von Siemens Digital Industries Software und plant den Einsatz von Mindsphere für die Nutzung von Live-Daten.

Der Hersteller des Elektrofahrzeugs Zbee, das schwedische Unternehmen Clean Motion, baut und wartet mit der Technologie und den Lösungen von Siemens eine digitale Musterfabrik. Die globale Expansionsstrategie von Clean Motion setzt auf eine lokale Fertigung, die sich auf viele kleinere Fabriken in der Nähe des Endkunden verteilt. Der schlanke Produktionsprozess soll leicht für lokale Märkte anpassbar sein. Dafür wurde ein agiler Herstellungs- und Logistikprozess entwickelt, den der Fahrzeughersteller „Glocal“ nennt: das Produkt ist global erhältlich, die Umsetzung aber lokal.

„Master-Fabrik“ testet digitalen Zwilling der Anlage

Die erste Fabrik in Schweden ist die „Master-Fabrik“, in der die neuen Produkte getestet und die Pilot- und Vorserienproduktion betrieben werden. Dort werden auch alle Prozesse in der virtuellen Master-Fabrik, einem digitalen Zwilling der Anlage, entwickelt, getestet und verifiziert.

Die Arbeiten zur Sicherstellung eines digital definierten Produkt- und Fertigungsprozesses zusammen mit einer zentral gesteuerten Lieferkette laufen bereits. Bei seinem Digitalisierungsprozess setzt der Fahrzeughersteller Siemens Digital Industries Software ein, um fortlaufend das Konzept einer Fabrik zu erarbeiten und zu etablieren, das den vollständigen digitalen Zwilling des Produkts, des Herstellungsprozesses und der Fabrik als Grundlage hat.

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Mit digitaler Musterfabrik Produktionsabläufe optimieren

Im Rahmen der Digitalisierungsstrategie wird eine digitale Musterfabrik mit der Product-Lifecycle-Management (PLM)-Software von Siemens aufgebaut und evaluiert. Das ermöglicht dem Unternehmen, Anpassungen für die Einführung neuer Varianten vorzunehmen und die Produktionsabläufe zu optimieren. Clean Motion ist dabei, die erste unabhängige physische Fabrik in Indien zu bauen. Ziel ist es, weltweit auf die gleiche Art zu arbeiten. Durch die Verwendung von Lösungen von Siemens Digital Industries Software, die den digitalen Zwilling der Musterfabrik abbilden, soll dies möglich werden.

Außerdem plant Clean Motion den Einsatz von Mindsphere, dem Cloud-basierten, offenen Internet-of-Things (IoT)-Betriebssystem von Siemens. Das ermöglicht eine verbundene Fabrik und einen geschlossenen Regelkreis, der sowohl Live-Daten über die Nutzung der Fahrzeuge als auch aus der Fabrik umfasst. So können die Geschäfte und Prozesse von Clean Motion weiter optimiert werden.

Wie eine flexible Fertigung aussieht Die Mikrofabrik für das Elektrofahrzeug Zbee muss flexibel an unterschiedliche Märkte, Volumina oder Gebäude angepasst werden können. Für solche Fabriken gibt es drei verschiedene Levels: Die unterste Ebene, Level 1, ist eine reine Endmontagefabrik, die mit geklebten Komplettkarosserien und Baugruppen beliefert wird. Die Investitionen in Spezialwerkzeuge sind hier sehr gering der minimale Flächenbedarf beträgt weniger als 100 m² Produktionsfläche.
In die Fabrik der Stufe 2 werden vorgefertigten Karosserieteilen geliefert. Im Vergleich zur „Level-1-Fabrik“ sind Karosserievorrichtungen nötig, um den GFK-Körper des Zbee verkleben zu können. Die Fabrik der höchsten Ebene ist eine Ganzkörperfertigungs- und Montageeinheit.
Der Herstellungsprozess ist leicht anpassbar, um ihn als „Out-of-the-Box"-Lösung für jeden neuen Markt einzuführen. Die Produktion ist in zwei getrennte Einheiten aufgeteilt: den Karosseriebau und die Montage. Der Karosseriebau fertigt die leichte Karosserie aus 8 GFK-Komponenten, die geformt und dann zu einer massiven Struktur zusammengeklebt werden. In der Montagehalle werden alle Komponenten zusammengesetzt: Antriebsstrang, Batterie, Karosserie, Chassis-Komponenten und Zbee-Software.

„Die Nutzung der Lösungen von Siemens für das Internet der Dinge (IoT) bietet uns die Möglichkeit, die Produktion und den Einsatz des Produkts in Echtzeit aufzuzeichnen“, so Göran Folkesson, CEO von Clean Motion. „Mit diesen Informationen optimieren wir unser bestehendes Geschäftsmodell, entwickeln aber auch neue Geschäftsmöglichkeiten. Auf diese Weise können wir Informationen zu Verwendung und Herstellung zurückspielen, um sicherzustellen, dass wir weltweit mit der gleichen hohen Qualität produzieren.“

Daten als Basis für neue Geschäftsmodelle

Das Geschäftsmodell von Clean Motion basiert auf einer zentralen Einkaufs- und Logistikorganisation mit heimischen Produktionseinheiten, die Zbee auf dem lokalen Markt herstellen, warten und unterstützen. Das Ziel ist es, dass jede Mikrofabrik über eine Jahreskapazität von rund 5000 Fahrzeugen verfügt. Die Idee ist, dass jede Mikrofabrik alle Teile für den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs enthält, in dem Produktion, Vertrieb und Ersatzteilmarkt zusammengefasst sind.

Clean Motion verwendet dabei folgende Lösungen von Siemens Digital Industries Software:

  • die NX-Software, eine integrierte Lösung für computergestützte Konstruktionen, Fertigung und Engineering (CAD/CAM/CAE),
  • das Teamcenter-Portfolio als Lifecycle-Management-Software,
  • das Simcenter-Portfolio für die Simulation,
  • das Tecnomatix-Portfolio für die digitale Fertigung zum Aufbau und zur Wartung des digitalen Zwillings.

Außerdem plant das Unternehmen die Managed Services von Siemens mit Teamcenter in der Cloud von Amazon Web Services (AWS), mit dem Ziel, eine durchgängige industrielle Softwarelösung in der Cloud umzusetzen.

Netzwerk von zentral gesteuerten Produktionseinheiten

„Wir schaffen ein geschlossenes System mit einem Netzwerk von zentral gesteuerten Produktionseinheiten. Das wäre ohne einen Partner wie Siemens nicht möglich gewesen“, so Niklas Ankarkrona, Vorsitzender von Clean Motion.

„Das Geschäftsmodell von Clean Motion bietet eine solide Basis für die Digitalisierung. Unsere als gehosteter Cloud-Service über AWS bereitgestellte Software kann die End-to-End-Lösung für die nächsten wichtigen Schritte liefern“, erklärt Mats Friberg von Siemens Digital Industries Software in Schweden.

Die Zusammenarbeit wird nicht auf die Fabrik beschränkt sein. Zbee basiert bereits auf einem virtuellen Produkt. Mit dem PLM-Softwareportfolio von Siemens wird Clean Motion einen digitalen Zwilling aus Produkt, Produktion und Performance schaffen: Das bietet noch mehr Möglichkeiten, Produkt und Produktion zu simulieren, zu optimieren und zu überprüfen. Mit dem digitalen Zwilling kann Clean Motion den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs simulieren, bevor es gebaut wird.

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