Innovationstag der SmartFactory

Die vierte Revolution in der Produktion

21. Oktober 2022, 5:50 Uhr | Heinz Arnold
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Mit Production Level 4 entwickelt SmartFactory-KL eine flexible Fertigungsumgebung, die die Produktion von Grund auf revolutionieren wird. Was heute bereits möglich ist, war auf dem Innovationstag in Kaiserslautern live zu sehen.

Wir müssen die Produktion vollkommen neu denken, genau das ist das Ziel von Production Level 4«, sagt Prof. Martin Ruskowski, Vorstandsvorsitzender der SmartFactory Kaiserslautern. Wie das genau funktioniert, welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, um die eigene Produktion auf Production Level 4 (PL4) vorzubereiten, das zeigte die SmartFactory-KL auf ihrem diesjährigen Innovationstag.

Dazu fanden sich nicht nur die Mitgliedsunternehmen wie Daimler Trucks, Harting, PILZ, TÜV SÜD, Fujitsu oder IBM ein, sondern unter anderen auch Vertreter der IDTA, der Plattform Industrie 4.0 und des BMWK. Dass so viele Experten aus unterschiedlichen Branchen dabei waren, verwundert nicht, denn der Informationsbedarf rund um PL4 ist groß. Immerhin will die SmartFactory Kaiserslautern mit diesem Konzept über Industrie 4.0 – das Grundkonzept stammt aus dem Jahr 2011 – noch hinausgehen.

Was das bedeutet, konnten die Besucher in Kaiserslautern am konkreten Beispiel der Fertigung eines Modell-LKW live verfolgen. Hier wird ein LKW aus Noppensteinen produziert. Das Führerhaus und ein Windabweiser entstehen über 3D-Druck – und zwar in den jeweils bestellten Farben. Der Auflieger kann je nachdem über Fräsen und Bohren oder über 3D-Druck in verschiedenen Farben und Varianten hergestellt werden – geschlossen als Container oder oben offen mit unterschiedlich großen gefrästen Taschen und unterschiedlichen Bohrungen. Dann wandern die verschiedenen Teile zur Endmontage, wo der LKW zusammengebaut wird. Das alles geschieht auftragsspezifisch – Losgröße 1 ist kein Problem.

Die Fertigung geschieht allerdings nicht auf einer Produktionsstraße bzw. einem Fließband, sondern auf Produktionsinseln, die teilweise weit auseinanderliegen und sich für einen bestimmten Auftrag zu einem Produktionsnetzwerk konfigurieren.
Der Grundgedanke dahinter ist die »Shared Production«. »Wenn ein Unternehmen heute einen Auftrag erhält, dann muss manuell eruiert werden, ob alle Maschinen vorhanden sind, die dafür erforderlich sind, oder ob Kapazität zugekauft werden muss«, so Ruskowski. »Wir wollen eine digitale Plattform aufbauen, in der Maschinen mit ihren jeweiligen Skills, also ihren Fertigkeiten, hinterlegt sind. Wird ein Auftrag in diese Plattform eingegeben, dann melden sich die Maschinen, die über die entsprechenden Skills verfügen. Entsprechend dem Auftrag entsteht dann ein Produktionsnetzwerk, innerhalb dessen ein Teil beispielsweise in Berlin, ein anderes vielleicht in Frankreich gefertigt wird, um dann hier zum Endprodukt montiert zu werden.«

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Geezer Volkan
Projektleiter Dr. Volkan Geezer stellte auf dem Innovationstag der SmartFactory KL das neue Projekt »Twin4Trucks« vor. Hier werden die Prinzipien von Production Level 4 erstmals in realen Fertigungsumgebungen zum Einsatz kommen.
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Was das in der Praxis bedeutet, war in der SmartFactory-KL in Kaiserslautern zu sehen, wo diese Vision bereits konkrete Formen annimmt: Im SmartFactory-Lab arbeitet die Produktionsinsel »Java« (alle Produktionsinseln sind sinnigerweise nach Inseln im Meer benannt). Derzeit werden hier USB-Sticks montiert, auf ihre Qualität überprüft und dann mit Daten betankt. Künftig werden dort aber auch einige Teile des Modell-LKW produziert werden. Damit soll gezeigt werden, dass Produktionsinseln in Zukunft fähig sein werden, mehrere Produkte parallel herzustellen.

Wer die Produktionsinsel »Milos« besuchen will, muss 500 m zum Standort der TU Kaiserslautern spazieren, wo diese Insel aufgebaut wurde. Dort arbeitet ein Kuka-Roboter, der fräsen und bohren kann. Er fertigt die Auflieger und entscheidet selbstständig je nach Auftrag, ob er fräst oder bohrt. Die Produktionsinsel »Milos« symbolisiert also im Rahmen der Shared Production den externen Dienstleister, der im Auftrag Teile produziert.

Tatsächlich kann die SmartFactory-KL bereits mit Partnern in der realen Welt zusammenarbeiten. So lieferte beispielsweise ein niederländisches Unternehmen auf der Hannover-Messe 2022 lasergeschnittene Teile zu. Dieses einmalige Ökosystem wächst derzeit sehr schnell, so Ruskowski.

»Kuba«, die dritte Produktionsinsel, liegt im DFKI-Lab rund 50 m von »Java« entfernt. »Kuba« ist die Zentraleinheit. Hier stehen die Module, die die verschiedenen Teile wie Rahmen, Führerhaus, Windabweiser und Auflieger zusammenführen und die Endmontage des LKW durchführen. Sie sind in Form einer Acht angeordnet und so aufgestellt, dass sie sich leicht austauschen lassen, was die Fertigung flexibel macht. Wichtig ist, dass das Ein- und Ausschleusen der Teile reibungslos funktioniert.

Dr. Martin Ruskowski
Prof. Martin Rukowski, Vorstandsvorsitzender der SmartFactory-KL Kaiserslautern: »Im Rahmen von Production Level 4 entsteht entsprechend dem Auftrag ein Produktionsnetzwerk, innerhalb dessen ein Teil beispielsweise in Berlin, ein anderes vielleicht in Frankreich gefertigt wird, um dann auf der Produktionsinsel »Kuba« im DFKI-Lab zum Endprodukt montiert zu werden.«
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Interessant ist, dass in der Endmontage auch ein Handarbeitsplatz integriert wurde. Soll die Automatisierung denn nicht den Menschen in der Produktion überflüssig machen? »Die komplett automatisierte und völlig menschenleere Fabrik war zu Anfang von Industrie 4.0 ein großes Missverständnis«, erklärt Ruskowski. Komplexe Aufgaben könnten Roboter nicht übernehmen, jedenfalls nicht zu vernünftigen Preisen. »Deshalb sind Handarbeitsplätze kein Rückschritt, sondern das Gegenteil!« Denn Maschinen und KI könnten sich allein nicht weiterentwickeln, der Mensch werde in der Produktion immer ein wesentlicher Faktor sein: »Mit unserem PL4-Demonstrator zeigen wir hier vor Ort: Wir sind so flexibel, dass wir sowohl Menschen als auch Maschinen optimal in den Arbeitsablauf integrieren können. Ohne Menschen wird die Produktion nie funktionieren.«

Ein wesentlicher Aspekt wurde bisher noch gar nicht erwähnt: der Transport der Teile, die für die Fertigung in den verschiedenen Stationen erforderlich sind. »Der Transport wurde bisher vernachlässigt, denn Produktion und Logistik werden in den Firmen traditionell getrennt betrachtet«, sagt Ruskowski. Der Roboter der Produktionsinsel »Milos« wird zum Beispiel mit einem Automated Guided Vehicle (AGV) beliefert. »Die Logistik und die Produktion bringen wir jetzt zusammen, das ist ein weiteres wesentliches Element von PL4.«


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