Smart Factory Autofabrik der Zukunft: Flexible Produktion ist ein Muss

Eine kürzlich veröffentlichte Studie befasst sich mit Visionen rund um die Produktion von Autos. Darin wird unter anderem das Fließband von einer flexiblen und selbstorganisierenden Produktion abgelöst. Doch dafür muss zuerst ein Umdenken, nämlich weg vom Perlenketten-Prinzip, stattfinden.

Autohersteller müssen sich zunehmend mit der Thematik, wie die eigene Automobilproduktion in Zeiten immer größerer Variantenvielfalt und immer schnellerer Produktzyklen wettbewerbsfähig bleiben kann, auseinandersetzen. Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) hat sich nun dieser Frage gemeinsam mit der Strategieberatung Strategy& Deutschland angenommen. In der aktuellen Studie „At the end of the line – How automakers can embrace flexible production“ kommen die Autoren zu dem Schluss, dass die Lösung in einer intelligent vernetzten und sich selbst organisierenden Fertigung liegt.

In der Zukunftsvision bewegt sich die Karosse auf einem fahrerlosen Transportsystem durch die Fabrik. Dabei ist jeder Kurs individuell optimiert und verläuft zwischen den modularen, vielfältig einsetzbaren und ganzheitlich vernetzten Maschinen und Anlagen. Damit das gelingen kann, rückt an die Stelle der menschlichen Planung und Steuerung eine digitalisierte und KI-getriebene Selbstorganisation, die über das Werksgelände hinausgeht und sich somit über die komplette Lieferkette erstreckt.

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Perlenketten-Prinzip stößt an Grenzen

Zurzeit dominiert im Karosseriebau, in der Lackierung und in der Montage nach wie vor das Steuerungsprinzip der Perlenkette, das durchgängig bis hin zur „Just-in-Sequence“-Anlieferung umgesetzt wird. Dabei werden die einzelnen Bauteile in der Reihenfolge der zu fertigenden Fahrzeuge auf dem Montageband sortiert und anschließend montiert. „Die zunehmende Vielfalt von Fahrzeugtypen, -varianten und -derivaten bringt das Perlenketten-Prinzip aber an seine Grenzen“, erklärt Dr.-Ing. Olaf Sauer, der am Fraunhofer IOSB das Geschäftsfeld Automatisierung und Digitalisierung koordiniert. „Zum Beispiel kann der tatsächliche Arbeitsinhalt und -aufwand eines bestimmten Bearbeitungsschritts von Fahrzeug zu Fahrzeug stark schwanken – trotzdem muss für alle eine einheitliche mittlere Taktzeit gelten.“

Zukunftsmusik: Flexible Anlagen und modularisierte Fertigung

Der heutige Standard umfasst lediglich automatisierte Betriebsmittel, die auf spezielle Baureihen, Motorvarianten oder Montageumfänge ausgelegt sind. Sauer zufolge seien solche Anlagen zwar bei hoher Auslastung sehr effizient, würden aber zum Problem, wenn die Nachfrage wie beispielsweise zurzeit schwankt. Damit in Zukunft auch unter solchen Bedingungen eine kostengünstige Herstellung gewährleistet werden kann, braucht es – laut der Autoren - flexiblere Anlagen, universell einsetzbare Betriebsmittel und eine modularisierte Fertigung, die sich mit geringem Aufwand für neue Aufgaben umrüsten lässt. „Das umzusetzen ist natürlich anspruchsvoll – aber mit dem heutigen Stand der Technik möglich und wirtschaftlich lohnend, wie einige Beispiele beweisen, die wir in der Studie näher beleuchten“, sagt Sauer.

Die Umsetzung der Zukunftsvisionen geht jedoch auch mit bestimmten Herausforderungen einher. Nicht nur die permanente Lokalisierung und Online-Verfolgung der Karossen, Bauteile und Transportmittel muss bewerkstelligt werden, sondern auch die Simulation und die operative Steuerung des gesamten Systems. Jedoch existieren mit Verfahren wie verstärkendes Lernen und den skalierbaren Edge Cloud-Rechenzentren bereits die dafür notwendigen Grundlagen.

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Resiliente Lieferketten

Auch auf der Ebene der Lieferketten kann die Selbstorganisation helfen. Jedoch übergäben Zulieferer nur ungern die Planungshoheit und damit vertrauliche Informationen an einen zentralen Supply-Chain-Orchestrator, erklärt Sauer. Aus diesem Grund hat das Fraunhofer IOSB mit dem Smart Factory Web nun einen Markplatz zur flexiblen Auslastung weltweit vorhandener Produktionskapazitäten geschaffen. Dieser ist mit einem detaillierten Beschreibungsmodell für vorhandene Produktionsfähigkeiten verbunden und ermöglicht, konkrete Produktionsprozesse online zu überwachen.

„Selbstorganisation in einem Netzwerk aus Produktionsstätten und Lieferanten wird allerdings erfordern, systematisch Methoden der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens einzusetzen“, sagt Dr. Julius Pfrommer, Forschungsgruppenleiter am Fraunhofer IOSB. „Um KI-Methoden zu einem gut handhabbaren Werkzeug für Planungs- und Entwicklungsingenieure zu machen, muss allerdings noch eine gewisse Kluft überbrückt werden, die sich in der Praxis auftut.“

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