Die Produktion wird smart. Industrie 4.0 und die vernetzte Fabrik

Die Zukunft ist längst da: Der digitale Wandel verändert die Produkte ebenso wie ihre Produktion. Mercedes-Benz vernetzt Baustein für Baustein die gesamte automobile Wertschöpfungskette – vom Design über die Herstellung bis zu Vertrieb und Service. Die vierte industrielle Revolution nimmt dabei immer stärker an Fahrt auf. Die Grundlage für eine vollständig vernetzte Smart Factory ist bereits geschaffen.

Digitalisierung, Robotik, künstliche Intelligenz – noch vor kurzem klang das eher nach Science-Fiction als nach schwäbischer Werkshalle. Heute verändern diese Entwicklungen die industrielle Herstellung von Grund auf. Mercedes-Benz versteht unter „Industrie 4.0“ die Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette. Physische und digitale Prozesse greifen zunehmend ineinander. Dazu gehört auch die Vernetzung mit den Kunden: Ihre Bedürfnisse sind und bleiben die Richtschnur aller Anstrengungen.

Für uns bei Daimler steht außer Frage, dass der digitale Wandel unsere Branche grundlegend verändern wird. Das gilt für die Methoden, nach denen wir unsere Fahrzeuge entwickeln, planen und bauen. Das betrifft die Art, wie wir mit unseren Kunden in Kontakt treten. Und nicht zuletzt wird der digitale Wandel an unseren Produkten selbst erfahrbar.

Markus Schäfer, Bereichsvorstand Mercedes-Benz Car, Produktion und Supply Chain Management

Labor für neue Lösungen

Wer Kunden auch zukünftig überzeugen will, muss nicht nur exzellente Produkte liefern. Mindestens ebenso wichtig sind schnelle, flexible und individuelle Lösungen. Schon heute laufen in Sindelfingen praktisch nie zwei identische Fahrzeuge der S-Klasse vom Band. Auch die Vielfalt an Antriebsvarianten nimmt zu. Wie lassen sich solche komplexen Aufgaben effizient lösen? Die Zukunft der Produktion gehört der intelligenten Vernetzung von Mensch, Maschine und industriellen Prozessen. All diese Aspekte verdichten sich bei Mercedes-Benz in einer Vision: der Smart Factory.

Fünf Hauptziele verfolgt Mercedes-Benz mit der Smart Factory:

Die Smart Factory ermöglicht eine noch schnellere Reaktion der Fertigung auf globale Marktschwankungen und veränderte, noch individuellere Nachfrage der Kunden. Die digitale Produktion erleichtert auch die Fertigung immer komplexerer Produkte.

Effiziente Nutzung von Ressourcen wie Energie, Gebäuden oder Vorräten ist ein entscheidender Wettbewerbsfaktor; eine durchgängig digitale Prozesskette bedeutet auch eine ständige Inventur: Bauteile sind jederzeit und überall identifizierbar. Anlagen sind von überall aus steuerbar.

Flexible Produktionsprozesse, vereinfachte Anpassung bestehender Produktionseinrichtungen sowie die Installation neuer Anlagen ermöglichen einfachere und effizientere Fertigungsabläufe. Dies erlaubt kürzere Innovationszyklen, Produktinnovationen können schneller in mehr Baureihen gebracht werden (time-to-market).

Aktive Interaktion von Mensch und Maschine auch über neue Bedienoberflächen verändert die Arbeitswelt in vielen Bereichen wie beispielsweise Qualifizierung und Ergonomie. Unter Berücksichtigung des demografischen Wandels ergeben sich neue Perspektiven bei der Gestaltung zukünftiger Arbeits- und Lebensmodelle.

von der Fahrzeugkonfiguration und -bestellung des Kunden, über die Teilebedarfsermittlung und Beschaffung hin zur Produktion und bis zur Auslieferung. Visionär formuliert: „Ein bestelltes Fahrzeug sucht sich seine Produktionsstätte und Maschine selbst.“

Reale und digitale Welt verschmelzen

Dank vollständiger Vernetzung aller Beteiligten untereinander und mit dem Internet kann die „Smart Factory“ die reale Welt in eine digitale integrieren. Ein „Digitaler Zwilling“ bildet in Echtzeit Prozesse und Systeme ab – sogar ganze Fabrikhallen. Technische Machbarkeit wird so am Rechner geklärt, lange bevor der Serienanlauf startet. Systematisch treibt Mercedes-Benz den Wandel hin zur vollvernetzten Produktion voran. Viele innovative Verfahren sind bereits eingeführt, beispielsweise der 3D-Druck oder Virtual Reality.

 

Einsatz beim Rapid Prototyping (z.B. Sand-Gussformen für die Motorenherstellung), Schutzhauben (z. B. für Werkzeuge in der Mensch-Roboter-Kooperation), Werkzeuge (z. B. Greifelemente)

Maschinen unterstützen ihre Benutzer: Bei Leichtbaurobotern kann z.B. die Bahn durch „Vormachen“ generiert werden. Dabei führt der Werker den Roboter während die Maschine die Bahn lernt.

Künstliche Intelligenz

Weltweite Verfügbarkeit von Produktionsdaten: So können zum Beispiel die deutschen Leadwerke weltweit auf die Produktionsdaten in allen anderen Werken des jeweiligen Netzwerks zugreifen und sogar die dortigen Roboter neu programmieren.

Die digitale Vision der Produktion

Schon 2015 hat Mercedes-Benz konkret gezeigt, in welche Richtung die Kompassnadel zeigt: Das Forschungsfahrzeug „Concept IAA“ wurde nahezu vollständig digital entwickelt und gebaut – in nur zehn Monaten. Designer und Konstrukteure haben sich dafür von Anfang an vernetzt. Ihr „Arbeitsmaterial“: ein dynamisches, dreidimensionales Datenmodell. Um zum Beispiel die Aerodynamik-Funktionen zu optimieren, haben die Ingenieure am Rechner rund 300 Strömungsvarianten durchgerechnet.

Mensch, Robo

Das Beispiel zeigt: Eine zentrale Rolle wird künftig die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine spielen. Wie können hier verantwortungsvolle Lösungen aussehen? Der Mensch wird immer kognitiv überlegen bleiben – und daher auch in der Fabrik der Zukunft die Federführung behalten. Wo es für Menschen zu schwer oder zu gefährlich wird, übernimmt der Roboter. Beispiel: der Verbau von mehr als 100 Kilogramm schweren Hybridbatterien. Dabei agieren Mensch und Maschine schon heute „Hand in Hand“. Mensch-Roboter-Kooperationen (MRK) eröffnen somit auch neue Chancen für ein ergonomisches und altersgerechtes Arbeiten.

Fabrik im Fokus der Forschung: ARENA2036

Die Umstellung der Produktion bei Mercedes-Benz wird auch wissenschaftlich begleitet: Das Projekt „Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles“ (ARENA2036) nimmt auf einem Forschungscampus in Stuttgart Zukunftsthemen der Branche unter die Lupe. Im Fokus stehen hochgradig modulare Produktionskonzepte, unterstützt von MRK-Lösungen (Mensch-Roboter-Kooperation). Was es mit der Jahreszahl auf sich hat? Ganz einfach: 2036 wird das Automobil 150 Jahre alt. Eine große Feier ist garantiert – inklusive Rückblick auf Erreichtes. Diesen Meilenstein haben sich die Forscher als Orientierungs- und Zielpunkt gesetzt.

Die Industrieroboter erlernen das Energiesparen

Innovative Technologien, Tools und Algorithmen für die nachhaltige Robotertechnik der Zukunft entwickeln – so lautet das Ziel des AREUS („Automation and Robotics for European Sustainable Manufacturing“) Projekts. Bei dem 2013 gestarteten Projekt haben Forscher und Ingenieure Bausteine für eine energieeffiziente Automobilproduktion der Zukunft entwickelt. Die Grundidee: Ein Gleichstromnetz versorgt Roboter mit grünem Strom, der teilweise wieder zurückgewonnen und zwischengespeichert wird.

Da die Automobilbranche die meisten Roboter einsetzt, soll natürlich auf eine energieeffiziente Nutzung der Roboter geachtet werden. Genau daran arbeitet AREUS. Alle elektrischen Verbraucher in der Anlage benötigen Gleichstrom – auch die Roboter. Diese läuft allerdings alles über Wechselstrom aus der „Steckdose“. Ein Gleichstromnetzwerk wäre weit effizienter.

Und so funktioniert der Prototyp einer Roboterzelle neuen Typs der AREUS-Experten: Vier Roboter agieren auf einem neun mal neun Meter großen Karree - eine komplette Produktionsanlage auf Basis der Gleichstromtechnik. Sie bezieht Solarstrom aus der eigens installierten Photovoltaikanlage, kann überschüssige Energie speichern, ist aber auch ans externe Wechselstromnetz angebunden. Und sie läuft: die Roboter stellen bereits Bauteile her.

Das AREUS-Projekt lief im September 2016 aus, wie es der Zeitplan vorsah. Die Forscher und Ingenieure haben erreicht, was sie sich vorgenommen hatten: Die ersten Schritte hin zu effizienteren, auf Gleichstromtechnik basierenden Produktionsanlagen sind getan. Im Vergleich zu heute dürften die beschriebenen Zukunftstechnologien noch einmal Effizienzgewinne von mindestens 10 bis 20 Prozent ermöglichen, so die Prognose. Bis dahin ist allerdings noch ein gutes Stück Weg zurückzulegen. Im Juli 2016 begann daher das Folgeprojekt „DC-INDUSTRIE“. Der Fokus: Es sollen Konzepte für die industrielle Energieversorgung über ein intelligent gesteuertes Gleichstromnetz erarbeitet werden.

Digitaler Vertrieb – mit dem Kunden vernetzt

Schon heute ist klar: Der digitale Wandel endet nicht am Werkstor. Auch über die Produktion hinaus nutzt Mercedes-Benz die Chancen der Vernetzung, um individueller auf die Wünsche der Kunden einzugehen - vor allem im Vertrieb: Dort setzen wir verstärkt auf die Digitalisierung aller Kanäle, sowohl in der Kundenansprache als auch in den Funktionen Verkauf und Service. Mit „Mercedes me“, der zentralen Anlaufstelle für alle Dienstleistungen im Internet, erleben Kunden die Vorteile der Konnektivität. Zu den jüngsten Innovationen des Portals gehört der „Lifestyle-Konfigurator“. Das Prinzip: Der Kunden gibt seine Vorlieben in Bezug auf Sport, Essen oder Wohnen an – und bekommt ein Mercedes-Modell vorgeschlagen, das ihm sicher gefallen wird. Auch die Kundenbetreuung wird smart.

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