Nockenwelle an alle: ich bin okay!

Zukunft der Produktion | In Ilsenburg verschmilzt die physische Welt mit den Datennetzen zu einem cyber-physischen System.

Ilsenburg am Rand des Ostharzes. Eine große Halle in einem Industriegebiet. Roboter bewegen sich schwungvoll in Montagezellen, rot und grün blinken Kontrollleuchten, und zwischen gelben Linien sind Gabelstapler unterwegs. Mittendrin brennt ein Punktlaser codierte Informationen auf eine Nockenwelle. Ein scheinbar beiläufiger Prozess – für das Produkt ist es aber ein entscheidender Schritt in seinem jungen Leben. Und für thyssenkrupp Presta in Ilsenburg symbolisiert diese Kennzeichnung, wie man sich die Fertigung der Zukunft vorstellt. Hier hat diese Zukunft schon begonnen.

Kurz zuvor lagen die Einzelteile der Nockenwelle – Stangen und Nocken – noch in großen Boxen, die ebenfalls mit einem Strichcode versehen waren: Die codierten Nummern der Charge hatte der Vorlieferant darauf geklebt. Bevor die Einzelteile in die erste Zelle durften, wurde ihre Chargennummer in einem RFID-Chip auf dem kleinen Montagewagen gespeichert. Stahlstange sowie Einlass- und Auslassnocken verschwanden danach in einer hermetisch verschlossenen Montagezelle, wo sie von einem Industrieroboter „verheiratet“ wurden, wie man hier sagt. Danach saßen die Nocken im richtigen Winkel und Abstand zueinander unverrückbar auf der Welle. Dann folgte die Rissprüfung.

„Bis hierher wissen wir von der Nockenwelle nur, aus welcher Charge ihre Einzelteile stammen“, sagt Manfred Muster, Bereichsleiter Projektabwicklung. Noch ist sie ein Nobody – aber wenn keine Risse gefunden werden, erhält die Nockenwelle jetzt ihre Identität: Sie bekommt einen „Namen“ in ihre Flanke gelasert. In einem DataMatrix-Code (ähnlich wie ein QR-Code) trägt die Nockenwelle ab sofort und lebenslang Informationen mit sich wie Seriennummer, Zeichnungsnummer, Sachnummer und Kundenkennung. Sie hat jetzt einen Ausweis, denn namenlos geht es von hier aus nicht mehr weiter: Jede Nockenwelle muss sich bei der nächsten Maschine individuell anmelden. „So weiß die Anlage, ob das Produkt den richtigen Status hat und überhaupt auf dieser Anlage verbaut werden darf oder ob ein vorrangiger Prozessschritt fehlt“, sagt Muster.

In Ilsenburg verschmilzt auf diese Weise die physische Welt der Dinge mit den Datennetzen zu einem einzigen System, einem „cyber-physischen System“ – und genau so soll die Zukunft der industriellen Produktion aussehen. Voraussetzung ist, dass möglichst alle Elemente der Produktion einen Namen, eine Geschichte und eine Schnittstelle zum Web haben. Ziel ist die „intelligente Fabrik“ oder „Smart Factory“, die selbststeuernd, lernfähig und flexibel operiert. Dabei heißt Flexibilität unter anderem, dass auch kleine Losgrößen beherrscht werden, bis zur berühmten „Losgröße 1“. Das bedeutet: Weg von der Massenproduktion, hin zu individualisierten Produkten.

Warum Industrie 4.0 für den thyssenkrupp Konzern strategische Bedeutung hat, erklärt Dr. Karsten Kroos, Vorsitzender des Bereichsvorstands Components Technology und Mitglied im Vorstandskreis der deutschen „Plattform Industrie 4.0“: „In unserem Konzern gibt es eine Fülle von Anknüpfungspunkten für Industrie 4.0, nicht nur bei den Produktionsprozessen. Uns geht es um die Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette – von der Produktentwicklung bis zum Ende des Produktlebenszyklus. Wir werden mit Industrie 4.0 Methoden beispielsweise auch unser Energiemanagement verbessern, neue Lösungen für Wartung und Instandhaltung finden sowie Logistik und Service nachhaltig verbessern.

Ein schon sehr individuell hergestelltes Produkt ist das Auto, und entsprechend groß ist der Innovationsdruck in der Branche: Während nur 31 Prozent der Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau „intelligente“ Produktionsanlagen einsetzen, sind es bei Automobilzulieferern schon 80 Prozent – das geht aus einer Studie der Marktforschungsfirma Pierre Audoin Consultants hervor, die 2013 im Auftrag des IT-Dienstleisters Freudenberg IT erstellt wurde. „Automobilzulieferer müssen schon heute in der Lage sein, bei ihren Abnehmern eine bedarfssynchrone Produktion sicherzustellen“, heißt es dort. Bald wird das auch für viele andere Branchen gelten.

In Ilsenburg bekommt man schon einen Vorgeschmack davon. Dort reichen sich fünf große Industrieroboter in hohem Tempo Werkstücke, die gekühlt, erhitzt, ausgerichtet und verpresst werden. Die Mitarbeiter haben hauptsächlich eine Aufgabe: Sie horchen in die automatisch ablaufenden Prozesse hinein. Mit Barcode- oder Matrixcode-Scannern, mit RFID-Lesegeräten und Tablets mit Datenerfassungsmodulen. Was sie da kontrollieren, sind nicht einzelne Maschinen oder Prozesse, sondern das System. Und zwar ein ziemlich modernes.

Etwa 700 Mitarbeiter sind in diesem Werk damit beschäftigt, Nockenwellen zu „bauen“. Im Gegensatz zum Gießen oder Schmieden erlaubt das Bauen, verschiedene Materialien zu kombinieren und beispielsweise hochfeste Werkstoffe für die Nocken zu verwenden. Das Verfahren ist billiger, und man kann das Gewicht reduzieren – aber dafür ist die Fertigung komplexer. Einen Kilometer entfernt, in der neuen Fertigungsanlage von thyssenkrupp Valvetrain, werden komplette Module produziert, bei denen die Nockenwellen schon in die Zylinderkopfhaube integriert sind. Hier sind etwa 150 Mitarbeiter beschäftigt. In beiden Werken zusammen entstehen jährlich rund 120 Millionen Nockenwellen. Man ist Weltmarktführer.

In beiden Werken wird immer wieder der Code auf den Modulen überprüft, bevor sich der nächste Produktionsschritt anschließt. Und sofort fällt dabei die Entscheidung: Stop or go. „Es gibt verschiedene Ausschlusskriterien: NA, NIO oder ,keine Nummer‘“, sagt Muster. NA bedeutet „not applicable“, NIO „not in order“. Zur Demonstration vertauscht er eine Einlass- mit einer Auslassnocke. Postwendend weist die nächste Montagezelle das falsch vorsortierte Modul zurück: „NA!“

Jede Nockenwelle hat eine Identität und ist über eine Schnittstelle mit dem Netz verbunden, zudem besitzt sie auch ein Gedächtnis. Muster nennt die dahinter liegende Datenbank „Rezeptur“, und weil sie jederzeit aktuell zugänglich ist, lassen sich nachfolgende Prozessschritte einfacher modifizieren, um zum Beispiel bessere Fertigungstoleranzen zu erreichen. Montagelinien und Maschinen können jederzeit mit einer neuen „Rezeptur“ beeinflusst werden. Das ist Flexibilität im Sinne von Industrie 4.0.

 

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