Digitalisierung : Wie Bosch Rexroth auf 200.000 Varianten beschleunigt

Die „Fabrik der Zukunft" sei weder eine Vision für die ferne Zukunft noch ein menschenleerer Neubau voller Roboter, heißt es bei Bosch Rexroth. Als Beispiel führt der Hersteller sein neu umgerüstetes Elektronikwerk in Lohr an, einem kleinen Städtchen in Unterfranken im Nordwesten von Bayern.

Dieses Werk stellt Servomotoren und Antriebsregelgeräte mit integrierter Steuerungsfunktion her. Dabei geht es um Leiterplattenbestückung, Montage, Qualitätstests. Heute produziert Bosch Rexroth hier nach eigenen Angaben "eine nahezu unbegrenzte Variantenzahl ohne Rüstzeiten" - unterstützt von digitalen Systemen.

Dieses Werk, heißt es im Konzern, zeige, wie eine bestehende Fertigung erst durch die Einführung eines Produktionssystems und dann durch die schrittweise Vernetzung aller Produktionsmittel zu einer "Fabrik der Zukunft" werden könne.

Die Vernetzung passiere mit Hard- und Softwaremodulen sowie auf eigenen Systemen des Herstellers. Danach würden alle Kennzahlen zur Produktivität, Qualität, Liefertreue und Transparenz ständig besser werden, so die Ansage des Konzerns. Rund 200.000 Varianten seien es, die heute in kleinen Losgrößen produziert werden können.

Eine Herausforderung für die Nutzung von Echtzeitdaten im Produktionsumfeld sind Bestandsmaschinen, die auch nach jahrzehntelangem Einsatz ihre Aufgaben effizient erfüllen, aber nicht oder nur mit hohem Aufwand direkt vernetzbar sind. „Jeder Eingriff in ältere Steuerungen erzeugt einen enormen Aufwand und blockiert die Maschine für die Produktion", so Joachim Hennig, der technische Werkleiter am Standort.

Hier hat Rexroth mit seinem IoT Gateway eine Lösung entwickelt, die Maschinen ohne Eingriffe in die Steuerung nachträglich vernetzt. Sie besteht aus einer Kompaktsteuerung mit offener Software und einem mikromechanischen Sensorpaket von Bosch. Das IoT Gateway erfasst sensorisch Betriebszustände, wertet sie aus und sendet die Daten weiter.

Nach Angaben von Rexroth sei der Vorteil dabei, dass zur Inbetriebnahme des Gateways keine SPS-Kenntnisse notwendig seien. Betriebselektriker vernetzen damit Maschinen innerhalb weniger Stunden. Dies sei eine deutliche Ersparnis zu mehr als einer Mannwoche bei konventionellen Lösungen mit SPS-Programmierung.

In dem Zusammenhang lobt der Hersteller auch andere Softwareprodukte seines Hauses. Diese würden es ermöglichen, direkt auf Daten innerhalb der älteren Steuerungen zuzugreifen, ohne dass dafür die Steuerungen umprogrammiert werden müssten.

Dies ermöglicht nachfolgend eine erweiterte Datenauswertung. So berechnet eine einfache, von den Projektbeteiligten selbst programmierte Software auf einem IPC in Echtzeit die Bauteilreichweite bei der Leiterplattenbestückung und damit den zu erwartenden Maschinenstillstand.

„Bei uns steuert das Produkt die Fertigung, anders könnten wir die nahezu unbegrenzte Varianz nicht so einfach und elegant beherrschen", erläutert Joachim Hennig. „Dazu haben wir die gesamte Fertigung mit allen neuen und alten Maschinen vernetzt und mit unseren IT-Systemen verbunden, in Summe sind das über 2.000 vernetzte Devices."

Eine Basis wurde bereits ab 2007 mit der Einführung des Bosch Production Systems gelegt. „Das Ziel war es, eine stabile und robuste Fabrik zu schaffen, in der Störungen kaum noch durchschlagen und wettbewerbsrelevante Kenngrößen sich laufend verbessern. Mit der Vernetzung erreichen wir jetzt einen neuen Level durch eine bis dahin nicht mögliche Transparenz", so Mark Leverköhne, Leiter Technische Funktionen in Lohr-Wombach.

Der Fertigungsprozess beginnt bereits mit der Bestellung. Zu jedem Kundenauftrag wird als erster Schritt ein virtuelles Abbild oder digitales Duplikat der bestellten Komponenten erzeugt. Dieses enthält alle technischen Spezifikationen und wird mit einer individuellen Serialnummer, einer Art Personalausweis, versehen. Diese Serialnummer begleitet die Komponenten von nun an lebenslang.

Im Verlauf der Fertigung wird das reale Erzeugnis anhand des virtuellen Abbildes nachgebaut und die entsprechenden Prozessparameter sowie Prüfprogramme automatisch richtig geladen. Das Ergebnis: Rüstzeit Null. Sämtliche Bearbeitungsschritte und Prüfungsergebnisse sowie Serialnummern verbauter Unterkomponenten werden von den Stationen in übergeordnete Systeme zurückgespeichert. Am Ende entspricht das digitale Duplikat in der Software exakt der physischen Variante, was eine hohe Traceability als auch eine hervorragende Basis zur Fertigungsoptimierung ermöglicht.

Um die Serialnummer-Fertigung konsequent umzusetzen wurden zweitausend Geräte mit dem Manufacturing Execution System und untereinander vernetzt. Das Spektrum reicht von Bestückungsautomaten bis hin zu Druckern für die Typenschilder. Der reibungslose Ablauf hängt stark davon ab, dass alle vernetzten Geräte voll funktionstüchtig und online sind. „Wir überwachen sämtliche Geräte live und bei Störungen an einem Gerät erhält die Instandhaltung sofort eine entsprechende Meldung", beschreibt Dr. Mark Leverköhne die Absicherung der Produktivität entlang des gesamten Wertstroms.

Die Leiterplattenbestückung in dem Rexroth-Werk ist extrem variantenreich und es erfolgt eine 100-Prozent Prüfung aller bestückten Produkte. Durch die hohe Varianz war es bislang schwierig, Abweichungen schnell zu erkennen und systematisch auszuwerten. Darum forderte die Werkleitung vor allem die Einführung schneller kurzer Regelkreise.

Eine Software wertet jetzt die Ergebnisse der verschiedenen Testeinrichtungen online aus und zeigt ebenfalls mit einer Ampellogik, ob es eine Häufung von Fehler-Meldungen für den jeweiligen Teststand oder die geprüfte Materialnummer an allen Testständen gibt. Der erste Level der Fehleranalyse und -eingrenzung kann direkt am Wertstrom erfolgen. Die Bediener können damit viel schneller reagieren und Gegenmaßnahmen einleiten, ohne erst auf weitere Fachleute zu warten oder Vorgesetzte hinzuzuziehen.

Durch die Einführung von Industrie 4.0 in kleinen überschaubaren Schritten hätten die Mitarbeiter die Entwicklung zur Fabrik der Zukunft unmittelbar in der täglichen Arbeit mitbekommen, heißt es von der Presseabteilung des Unternehmens.

Die Mitarbeiter bekommen demnach Unterstützung durch die Erstellung von 3D-Online Bauvorschriften für die Montagelinien, die sie parallel zu den einzelnen Werkstücken abrufen können. Gleichzeitig seien einige Dokumentationspflichten entfallen.

"Wichtig ist, dass für die Mitarbeiter der Nutzen von Neuerungen schnell greifbar ist", meint dazu Mark Leverköhne, Leiter Technische Funktionen.Dabei sei der Fokus nicht auf Kontrolle der Mitarbeiter zu legen, sondern auf deren Unterstützung. Nur so erreiche man die notwendige Akzeptanz.

"Schon in kurzer Zeit werden drahtlose Kommunikation und autonome, vernetzte Transportsysteme Einzug halten. Immer transparentere Wertströme werden sich flexibler ordnen lassen bis hin zu dem Stand, dass sich das Material selbstständig den Weg durch die Fabrik sucht und kostengünstige Sensoren sowie fortschreitende Rechenleistung selbstlernende Systeme ermöglichen", so Joachim Hennig.

Im Werk Lohr-Wombach stellt Bosch Rexroth Servomotoren und Antriebsregelgeräte mit integrierter Steuerungsfunktion her. Das Spektrum der Prozessschritte reicht von der automatisierten Leiterplattenbestückung über reine Montagetätigkeiten bis hin zu automatisierten Qualitätstests. Rund 200.000 Varianten werden in kleinen Losgrößen produziert, dabei sind sowohl moderne Montagelinien als auch ältere Fertigungseinrichtungen aus dem Bestand miteinander über ein MES vernetzt.

(red)