Die Managementberatung Detecon hat Montageprozesse in der Automobilindustrie untersucht und aktuelle Trends benannt. Demnach arbeiten beispielsweise zukünftig Mensch und mobile Roboter ohne Schutzzäune zuammen, unterstützen digitale Assistenzysteme wie Datenbrillen in Echtzeit bei der Arbeit und ermöglicht ein durchgängiger Datenaustausch die synchrone Echtzeit-Abbildung aller Vorgänge in der virtuellen und realen Welt.

Bild: Detecon International GmbH

Bei der Montage von Fahrzeugen gibt es noch immer viel Handarbeit zu erledigen. Das ändert sich zusehends, denn immer mehr digitale Helfer ziehen in die Fabrikhallen ein. Im Rahmen der Analyse ‚Future Production – Automobilproduktion 2020‘ hat die Managementberatung Detecon innovative Anwendungen aus Forschung und Praxis untersucht. Die Berater zeigen darin die wichtigsten Digitaltrends in der Montage und nennen gleichzeitig die digitalen Fähigkeiten, die für den Einsatz dieser Technologien nötig sind.

Die Cobots kommen: Hand in Hand mit dem Roboter

Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und die Echtzeitvernetzung der Fabrik machen es möglich: Die Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) wird Realität. Kollaborative Roboter – sogenannte Cobots – lernen in kurzer Zeit selbstständig neue Arbeitsschritte und die jeweilige Interaktion mit dem humanen Kollegen. Beide arbeiten auf engem Raum zusammen, ohne durch Schutzzäune getrennt zu sein. Cobots können multifunktional eingesetzt werden – vom Anreichen einzelner Teile, über die Maschinenbeschickung bis hin zur eigenständigen Montage. Das entlastet den Mitarbeiter bei repetitiven Tätigkeiten.

Die Roboter werden mobil und navigieren selbstständig durch die Montagestraße. Sie kommen dort zum Einsatz, wo herkömmliche Roboter aufgrund ihrer Größe, Unbeweglichkeit und geringer Schutzmechanismen bisher ausgeschlossen waren. Das eröffnet riesige Effizienzpotenziale in der Montage. Hier liegt der Automatisierungsgrad bisher bei maximal 20 Prozent, während dieser bei anderen Produktionsschritten bereits bis zu 90 Prozent beträgt. „Diese enge Mensch-Roboter-Kollaboration erfordert absolut zuverlässige Sicherheitsmechanismen“, sagt Uwe Weber, Managing Partner und Automobilexperte bei Detecon.

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Assistenzsysteme: Das digitale Vier-Augen-Prinzip

Auch mobile digitale Assistenzsysteme gehören bald zum Arbeitsalltag in der Automobilmontage. Tablets kommen schon heute verstärkt zum Einsatz, Datenbrillen und intelligente Sensorhandschuhe werden stationäre Monitore und Anzeigen ersetzen. Für Arbeitsanweisungen – etwa zur individuellen Konfiguration des Fahrzeugs – muss der Mitarbeiter den Blick dann nicht mehr vom Werkstück abwenden. Im Anschluss erhält er Feedback zur Arbeitsausführung: Animierte Balkendiagramme oder Tachometer zeigen dem Montagearbeiter den aktuellen Status und seine Leistung im Produktionsverbund. Das ermöglicht einen schnelleren Ablauf der Montage und senkt die Fehlerquote.

„Damit die Mitarbeiter digitale Assistenzsysteme nicht als Kontrolle ihrer Arbeitsleistung empfinden, ist eine sinnvolle Auswahl der erzeugten Daten und der sensible Umgang mit personenbezogenen Daten sehr wichtig“, so Weber. „Der Sicherheitsaspekt erstreckt sich nicht nur auf die operative Steuerung der Mensch-Roboter-Kooperation. Er betrifft auch die Sicherheit der zahlreichen Daten, die von Cobots und Smart Devices in der vernetzten Montage erzeugt werden.“

Die reale Fabrik bekommt einen virtuellen Zwilling

Änderungen in den Abläufen wurden bisher noch am realen Fließband geprobt. Jetzt spielen Montagearbeiter neue Arbeitsschritte oder Modellwechsel vor der Produktionsumstellung in einer virtuellen Umgebung durch. Das steigert die Effizienz – Modellwechsel und Produktionsumstellungen können so schneller antizipiert werden.

Die nächste Stufe der Virtualisierung steht bereits vor der Markteinführung: die synchrone Echtzeit-Abbildung aller Vorgänge in der virtuellen und realen Welt. „Schon bald wird die gesamte Fabrik einen digitalen Zwilling bekommen, mit dem sie sich permanent über den aktuellen Soll-Ist-Zustand austauscht. Beide kalibrieren sich gegenseitig“, so Dr. Steven Vettermann, Geschäftsführer von Prostep iVip. Der Verein bündelt die Interessen von Fertigungsindustrie, IT-Anbietern und Forschung und treibt die virtuelle Fabrik im branchenübergreifenden Konsortialprojekt ‚Synced Factory Twin‘ voran.

„Das ermöglicht erstmals den übergreifenden und geschlossenen Informationsaustausch zwischen Entwicklung, Planung und Produktion und sorgt dafür, dass die vorhandenen Informationen zum richtigen Zeitpunkt und am richtigen Ort zur Verfügung stehen. Kapazitätsänderungen, Unterbrechungen und Störungen können dann zum Beispiel schon bei der Planung der Montagearbeiten berücksichtigt werden“, sagt Vettermann. „Das senkt die Maschinenanlaufzeiten und ermöglicht schnellere Durchlaufzeiten. Außerdem können die Ressourcen flexibler eingesetzt werden.“

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Hoher Nutzenfaktor der Digitalisierung für die Montage

„Roboter und Mensch, unterstützt durch digitale Assistenzsysteme, bilden in der Automobilproduktion 4.0 eine hilfreiche Symbiose“, so Uwe Weber. „Gerade in der Montage entfaltet die Digitalisierung dabei einen hohen Mehrwert.“ Gesundheitsbedingte Mitarbeiterausfallzeiten durch Wiederholungstätigkeiten ließen sich reduzieren. Gleichzeitig liefen die Prozesse in der vernetzten Montage schneller und reibungsloser.

„Insgesamt sollten sich digitale Prozessketten in der Automobilfertigung durch Agilität, Skalierbarkeit, Mobilität, Modularität, Re-Kombinierbarkeit und Lernfähigkeit auszeichnen. Dazu sind komplexe digitale Fähigkeiten und ein tiefgreifendes Verständnis für ihr Zusammenwirken nötig“, sagt Uwe Weber.

Detecon hat in der Analyse ‚Future Production – Automobilproduktion 2020‘ die digitalen Handlungsfelder für jeden Fertigungsschritt identifiziert. Für die Montage heben die Berater ‚Cyber-physische Systeme‘, ‚Risiko und Vertrauen‘, ‚Digitales Informationsmanagement‘ und ‚Digitales Prozessmanagement‘ als besonders erfolgskritisch hervor.

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