Monitor mit digitalem Zwilling einer Vormontagelinie im ZF-Werk in Saarbrücken

Der digitale Zwilling der Vormontagelinie im ZF-Werk in Saarbrücken. Dadurch ist die Inbetriebnahme um etwa 30 Prozent schneller. - Bild: ZF Friedrichshafen AG

„Ich bin überzeugt, dass das Projekt nach Abschluss eine Lawine lostreten wird“ sagt Gerhard Schaller, Senior Manager Digitalisierung Fabrik bei ZF Friedrichshafen. Er spricht vom Durchbruch von Industrie 4.0 für Deutschland. Denn eine Open-Source-Middleware soll es ZF ermöglichen, die gesamte Produktion zu digitalisieren: von der Produktänderung über eine virtuelle Inbetriebnahme bis hin zur Produktionsausführung. Der Vorteil: Die gesamte Inbetriebnahme wird etwa 30 Prozent schneller.

Dabei arbeitet ZF projektbezogen mit dem Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern zusammen. Im Zentrum des Projekts steht die Open-Source-Middleware Eclipse BaSys, im Speziellen ist dann die Rede von BaSyx. Doch welche Ziele genau hat sich ZF damit gesetzt?

Produktion flexibler, schneller und kostengünstiger gestalten

„Es gibt zwei übergeordnete Ziele: Das erste ist, die Wandelbarkeit einer Produktion darzustellen. Betrachtet man nämlich den derzeitigen Umstieg innerhalb der Antriebstechnik auf Elektromobilität, dann ist eine wandelbare Produktion natürlich auch ein Key-Enabler“, betont Schaller.  Denn bei einer klassischen Industrialisierung bewege man sich in einem Zeitraum von drei Jahren.

„Doch durch die Systeme, die wir jetzt in Richtung ‚Plug and Produce‘ entwickeln, gehen wir davon aus, um etwa 30 Prozent schneller zu werden. Zudem ist der Markt auch immer volatiler und die Kundenanforderungen werden spezifischer. Dadurch – so unser zweites Ziel - wird auch eine immer schnellere Umsetzung erforderlich“, prognostiziert Schaller.

Wandelbarkeit als Basis für Umstrukturierungen

Wer auf Wandelbarkeit vorbereitet ist, der schafft laut Schaller auch die Umstrukturierung von einem klassischen Produkt zu einem neuen Produkt schneller. „Deshalb schauen wir auch stark auf die Digitalisierung, so dass von der Produktidee über ein Engineering von Produktionsanlagen und Inbetriebnahmen ein durchgängiger Prozess stattfindet“, betont der Senior Manager.

Ein Anlageprototyp stehe bereits im Werk in Saarbrücken. „Für solch eine Anlage, die wir früher mit konventioneller Technologie in Betrieb genommen haben, benötigten wir normalerweise 14 Tage, weil wir SPS-Programmierer brauchten und die Anlage integrieren mussten. Neulich haben wir dafür nur zehn Minuten gebraucht – dann ist die Anlage gelaufen“, zeigt sich Schaller begeistert.

Es handele sich dabei um einen ersten realisierten Prototyp. „Das ist eine Umstellung wie vom klassischen Nokia-Handy zum iPhone“, verdeutlicht er.

Neue Technologie vereinfacht Retrofitting erheblich

Laut Schaller wird es noch ein bis zwei Jahre dauern, bis ZF wirklich durchdigitalisiert ist – aber die ersten Anlagen werden bereits kurzfristig kommen. „Wir überlegen auch, ob wir ein Retrofitting mit dieser Technologie machen können. Denn ein Werk, das unter Volllast läuft, kann nicht mal so eben eine Anlage für drei Wochen stilllegen“, merkt Schaller an.

Demnach böten solche Technologien auch die Möglichkeit eine Anlage so vorzubereiten, um in einer möglichst kurzen Zeit ein Retrofitting von einer nicht flexiblen Linie auf eine flexible Linie umzusetzen.

Dazu ergänzt Schaller: „So etwas war zuvor überhaupt nicht möglich. Es klingt zwar ein bisschen wie Science Fiction – ist es aber nicht. Dieses Prinzip ist grundsätzlich in jeder diskreten Fertigung anwendbar – unabhängig von den jeweiligen Produkten.“

"Für solch eine Anlage, die wir früher mit konventioneller Technologie in Betrieb genommen haben, benötigten wir normalerweise 14 Tage. Neulich haben wir dafür nur zehn Minuten gebraucht", sagt Gerhard Schaller, Senior Manager Digitalisierung Fabrik bei ZF Friedrichshafen. - Bild: ZF Friedrichshafen AG

Was sich in Produktionsplanung und Produktion ändert

Was sich dadurch in der Praxis ändern wird, beschreibt Schaller wie folgt: „Kommt ein Kunde zu uns und möchte eine Designänderung haben, sind wir zwar auch heute in der Lage, mit digitalen Mitteln Dinge nachzuzeichnen. Doch hundertprozentig durchgängig bis zur Inbetriebnahme ist man aber im Grunde nicht.“

Schließlich setze ZF als großes Unternehmen nicht auf das eine System eines Anbieters, denn ein einziges System könne nie alles bieten. „Wir suchen nach offenen Systemen wie der Middleware BaSyx, denn damit erreichen wir die Durchgängigkeit der Systeme. So kann ich auf einen Kundenwunsch viel schneller reagieren, weil ich auf der gleichen Basis engineere und auch die Produktionsausführung mache“, freut sich Schaller, denn an dieser Stelle gebe es heute noch einen Systembruch, der viel Zeit koste.

Warum ein Wettbewerbsvorteil für deutsche Werke entsteht

Der Grund für die Weiterentwicklung bei ZF ist nachvollziehbar, wie Schaller erklärt: „Zeit ist Geld, wir sind wie gesagt etwa 30 Prozent schneller. Und ich glaube gerade für die deutsche Industrie ist dies ein wichtiger Faktor, denn wenn sie es schafft, auch mit innovativen Technologien noch eine Schippe draufzulegen – vor allem im Vergleich zu asiatischen Wettbewerbern – erreichen wir über einen Zeitvorteil auch mit deutschen Werken einen Wettbewerbsvorteil.“

Was durch BaSyx künftig einfacher und überhaupt möglich wird

Bisher Unmögliches wird jetzt laut Schaller ermöglicht, denn „wir können eine Anlage mit dieser Middleware abfragen beziehungsweise auslesen, was sie kann und macht. Will man so etwas hingegen heute wissen, muss man erst in Handbücher schauen und viele Telefonate führen“, weiß Schaller.

Dazu zieht er ein Beispiel aus der Getriebefertigung heran: Denn kommt ein Kunde mit einer Modifikation und fragt nach den Kosten, müssten viele Dokumente gesichtet werden, ob die Modifikation von der Anlage überhaupt umgesetzt werden kann. Angenommen es soll ein neues Bauteil hinzukommen, das mit einem Schrauber mit 40 Newtonmeter angezogen werden muss, muss der Bediener in die Spezifikationen der Anlage gucken und nachlesen, wo die technische Grenze von Geräten wie zum Beispiel dem genannten Schrauber liegen.

Maschine per Knopfdruck abfragen

„Doch in BaSyx sind die technischen Beschreibungen hinterlegt und ich kann die Anlage per Knopfdruck abfragen, ob das möglich ist oder nicht. Per Knopfdruck – und nicht über zig Telefonate oder durch das Studieren technischer Dokumentationen“, unterstreicht Schaller. Das ist laut dem Senior Manger die große Neuheit, denn „es gibt nämlich derzeit keine Anlagen, bei denen man per Knopfdruck durch das Betriebssystem der Anlage erfährt, was sie kann“, freut sich Schaller.

Das sei ähnlich wie bei Amazon Prime: „Wir können sofort sagen, was wann möglich ist – und nicht erst in drei Wochen. Das sind klare Wettbewerbsvorteile – auch für Hochlohnländer“, betont Schaller.

Middleware BaSyx: Vermittlung zwischen den Systemen

Thomas Kuhn, IESE. - Bild: Fraunhofer IESE

Wie das 'Basissystem für die unternehmensübergreifende Produktionsunterstützung' (kurz: BaSys überProd) genau funktioniert beschreibt Thomas Kuhn, Division Manager Embedded Systems, IESE:

„Basyx – und das ist das Besondere – vermittelt nicht nur zwischen Geräten einer Cloudplattform, denn das kann man im Prinzip überall kaufen. Sondern wir integrieren auch andere Artefakte wie MES- und ERP-Systeme. Unser Ziel ist es dann wirklich einen kompletten Datenraum zu schaffen, in dem alle Assets einen digitalen Stellvertreter haben, wo wir Teilmodelle nutzen, die dann selbstbeschreibend sind und Aspekte der Anlage beschreiben können.

 

Punkt-zu-Punkt-Architektur statt klassischer Automatisierungspyramide

Ganz wichtig dabei: Wir möchten weg von der klassischen Automatisierungspyramide, wo oben das ERP-System steht, unten sind die Geräte und dazwischen sind ganz viele Schichten, die aber nicht wirklich durchlässig sind. Wir möchten stattdessen zu einer Punkt-zu-Punkt-Architektur, wo jeder mit jedem kommunizieren kann und das ERP-System dann genau die Daten abrufen kann, die es gerade benötigt.

Warum ist das so wichtig? Wenn ich etwa einen Prozess dokumentieren möchte, dann muss ich wissen, wo gerade welches Produkt ist, welche Qualitätsdaten anfallen und wie ich diese Qualitätsdaten in dem digitalen Zwilling des Produkts ablegen kann. Ohne digitalisierten Fertigungsprozess funktioniert das einfach nicht.“

Digitalen Zwilling ohne Programmiererfahrung erstellen

Ein wesentlicher Vorteil sei auch, das Off-the-Shelf-Komponenten ein einfaches Aufsetzen von Digitale-Zwillinge-Umgebungen ohne Programmiererfahrung ermöglichen – und das standardkonform. Dazu erläutert Schaller: „Ein technisch Begabter, der klassische, grafische Systeme bedienen kann, wird dazu in der Lage sein, einen Produktionsprozess auch grafisch umzustellen. Es lässt sich im digitalen Zwilling auch in einer 3D-Ansicht betrachten, ob eine Umstellung überhaupt technisch möglich oder sinnvoll ist.“

Früher habe man noch SPS-Programmierer zu Rate ziehen müssen, wie der komplette Ablauf der ganzen Logik überhaupt sei. „Das ist heute alles grafisch über die so genannte Workflow Engine möglich, wo sowohl die ausführende als auch die Engineering-Ebene auf dieses gleiche Grundprinzip zurückgreifen“, verdeutlich Schaller weitere Vereinfachungen durch den Einsatz von BaSyx.

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