Die „Fabrik der Zukunft“ ist längst keine ferne Zukunftsvision mehr. Aber sie ist auch kein menschenleerer Neubau mit futuristischen Maschinen und Anlagen. Vielmehr wird sie gerade jetzt in den Produktionshallen von heute von IT-Experten und Spezialisten für Produktionssysteme, von Mitarbeitern und Arbeitnehmervertretern in die Praxis umgesetzt.
Bestes Beispiel dafür ist das Elektronikwerk von Bosch Rexroth in Lohr-Wombach. Hier produziert man unterstützt von digitalen Systemen eine nahezu unbegrenzte Variantenzahl ohne Rüstzeiten und verbessert dabei kontinuierlich alle Kennzahlen rund um Produktivität, Qualität, Liefertreue und Transparenz. Die Basis dafür bilden I4.0 Hardware- und Software-Lösungen von Bosch Rexroth.
Eine besondere Herausforderung für die Nutzung von Echtzeitdaten im Produktionsumfeld sind Bestandsmaschinen, die auch nach jahrzehntelangem Einsatz ihre Aufgaben effizient erfüllen, aber nicht oder nur mit hohem Aufwand direkt vernetzbar sind. „Jeder Eingriff in ältere Steuerungen erzeugt einen enormen Aufwand und blockiert die Maschine für die Produktion“, umreißt Joachim Hennig, Technischer Werkleiter im Werk Lohr-Wombach der Bosch Rexroth AG, die Herausforderung.
Hier hat Rexroth mit seinem IoT Gateway eine Lösung entwickelt, die Maschinen ohne Eingriffe in die Steuerung nachträglich vernetzt. Sie besteht aus einer Kompaktsteuerung mit offener Software und einem mikromechanischen Sensorpaket von Bosch. Das IoT Gateway erfasst sensorisch Betriebszustände, wertet sie aus und sendet die Daten weiter. Ein besonderer Vorteil: Zur Inbetriebnahme des Rexroth IoT-Gateways sind keine SPS-Kenntnisse notwendig. Betriebselektriker vernetzen damit Maschinen innerhalb weniger Stunden – eine deutliche Ersparnis zu mehr als einer Mannwoche bei konventionellen Lösungen mit SPS-Programmierung. Andere Software-Lösungen von Rexroth ermöglichen es, direkt auf Daten innerhalb der älteren Steuerungen zuzugreifen, ohne dass dafür die Steuerungen umprogrammiert werden müssen. Dies ermöglicht nachfolgend eine erweiterte Datenauswertung. So berechnet eine einfache, von den Projektbeteiligten selbst programmierte Software auf einem Rexroth IPC in Echtzeit die Bauteilreichweite bei der Leiterplattenbestückung und damit den zu erwartenden Maschinenstillstand.
„Bei uns steuert das Produkt die Fertigung, anders könnten wir die nahezu unbegrenzte Varianz nicht so einfach und elegant beherrschen“, erläutert Joachim Hennig. „Dazu haben wir die gesamte Fertigung mit allen neuen und alten Maschinen vernetzt und mit unseren IT-Systemen verbunden, in Summe sind das über 2.000 vernetzte Devices.“ Eine gute Basis wurde bereits ab 2007 mit der Einführung des Bosch Production Systems gelegt. „Das Ziel war es, eine stabile und robuste Fabrik zu schaffen, in der Störungen kaum noch durchschlagen und wettbewerbsrelevante Kenngrößen sich laufend verbessern. Mit der Vernetzung erreichen wir jetzt einen neuen Level durch eine bis dahin nicht mögliche Transparenz“, hebt Dr. Mark Leverköhne, Leiter Technische Funktionen in Wombach, hervor.
Der Fertigungsprozess beginnt bereits mit der Bestellung. Zu jedem Kundenauftrag wird als erster Schritt ein virtuelles Abbild oder digitales Duplikat der bestellten Komponenten erzeugt. Dieses enthält alle technischen Spezifikationen und wird mit einer individuellen Serialnummer, einer Art Personalausweis, versehen. Diese Serialnummer begleitet die Komponenten von nun an lebenslang. Im Verlauf der Fertigung wird das reale Erzeugnis anhand des virtuellen Abbildes nachgebaut und die entsprechenden Prozessparameter sowie Prüfprogramme automatisch richtig geladen. Das Ergebnis: Rüstzeit Null. Sämtliche Bearbeitungsschritte und Prüfungsergebnisse sowie Serialnummern verbauter Unterkomponenten werden von den Stationen in übergeordnete Systeme zurückgespeichert. Am Ende entspricht das digitale Duplikat in der Software exakt der physischen Variante, was eine hohe Traceability als auch eine hervorragende Basis zur Fertigungsoptimierung ermöglicht.
Um die Serialnummer-Fertigung konsequent umzusetzen wurden zweitausend Geräte mit dem Manufacturing Execution System und untereinander vernetzt. Das Spektrum reicht von Bestückungsautomaten bis hin zu Druckern für die Typenschilder. Der reibungslose Ablauf hängt stark davon ab, dass alle vernetzten Geräte voll funktionstüchtig und online sind. „Wir überwachen sämtliche Geräte live und bei Störungen an einem Gerät erhält die Instandhaltung sofort eine entsprechende Meldung“, beschreibt Dr. Mark Leverköhne die Absicherung der Produktivität entlang des gesamten Wertstroms.
Die Leiterplattenbestückung in dem Rexroth-Werk ist extrem variantenreich und es erfolgt eine 100-Prozent Prüfung aller bestückten Produkte. Durch die hohe Varianz war es bislang schwierig, Abweichungen schnell zu erkennen und systematisch auszuwerten. Darum forderte die Werkleitung vor allem die Einführung schneller kurzer Regelkreise. Eine Software wertet jetzt die Ergebnisse der verschiedenen Testeinrichtungen online aus und zeigt ebenfalls mit einer Ampellogik, ob es eine Häufung von Fehler-Meldungen für den jeweiligen Teststand oder die geprüfte Materialnummer an allen Testständen gibt. Der erste Level der Fehleranalyse und -eingrenzung kann direkt am Wertstrom erfolgen. Die Bediener können damit viel schneller reagieren und Gegenmaßnahmen einleiten, ohne erst auf weitere Fachleute zu warten oder Vorgesetzte hinzuzuziehen.
Durch die Einführung von Industrie 4.0 in kleinen überschaubaren Schritten konnten die Mitarbeiter die Entwicklung zur Fabrik der Zukunft mitgestalten und erlebten die Fortschritte unmittelbar in der täglichen Arbeit. Sie erhalten eine optimierte Unterstützung durch die Erstellung von 3D-Online Bauvorschriften für die Montagelinien, die sie parallel zu den einzelnen Werkstücken abrufen können. Gleichzeitig sind zahlreiche, bislang auf Papier erfolgte Dokumentationspflichten entfallen. Das reduziert auch den Anteil nicht wertschöpfender Tätigkeiten deutlich.
„Bei jeder Neuerung müssen wir immer wieder den Nutzen hinterfragen und bei der Umsetzung in kleinen Schritten vorgehen“, betont Dr. Mark Leverköhne. „Wichtig ist, dass für die Mitarbeiter der Nutzen von Neuerungen schnell greifbar ist.“ Ausgangspunkt ist für ihn dabei, dass der Fokus nicht auf Mitarbeiter-Kontrolle liegt, sondern auf der Mitarbeiter-Unterstützung. Nur so erreicht die Vernetzung die notwendige Akzeptanz, ist der Leiter Technische Funktionen sicher. Zugleich nutzt das Werk die Prinzipien der kontinuierlichen Verbesserung und ergänzt sie mit neuen Ansätzen wie kurzzyklischen „Hackathons“, um neue I4.0-Lösungen in wenigen Tagen in den Produktivbetrieb zu bekommen und so neben der Wertstromverbesserung auch die Ausbreitung der erforderlichen Mitarbeiter-Qualifikation zu erreichen.
„Schon in kurzer Zeit werden drahtlose Kommunikation und autonome, vernetzte Transportsysteme Einzug halten. Immer transparentere Wertströme werden sich flexibler ordnen lassen bis hin zu dem Stand, dass sich das Material selbstständig den Weg durch die Fabrik sucht und kostengünstige Sensoren sowie fortschreitende Rechenleistung selbstlernende Systeme ermöglichen“, ist sich Joachim Hennig sicher. Auch hier wird das Werk vorangehen, um auch morgen und übermorgen noch eine wettbewerbsfähige Fabrik der Zukunft zu sein.
