Die Schaufensterfabrik: Digitalisierung in der Industriemotoren-Produktion

Digitalisierung im Manufacturing erlebbar zu machen und eine möglichst individuelle und gleichzeitig gut anpassbare Produktion auch für kleine Stückzahlen zu erreichen, waren die Ziele des Getriebe- und Antriebstechnikherstellers SEW Eurodrive beim Bau der Schaufensterfabrik im nordbadischen Graben-Neudorf bei Bruchsal.

Die Schaufenstermanufaktur für Industriegetriebe in Graben-Neudorf vereint Labor und Showcase unter einem höchst produktiven Dach: Einerseits erforscht der Betreiber SEW Eurodrive hier die Einsparpotenziale und Herausforderungen, die sich aus der Digitalisierung ergeben, und macht die Ergebnisse sofort für sich selbst nutzbar. Andererseits will man das so gewonnene Know-how auch den eigenen Kunden vermitteln und zugänglich machen, die ebenjene Industrie-4.0-Lösungen aus dem eigenen Hause kaufen wollen. Eine lebendige Case Study also, die zusätzlich noch zu Forschung und Produktivität beiträgt.

91 % der deutschen Industrieunternehmen planen digitalisierte Produktionsanlagen

Das Potenzial für den Vertrieb solcher Lösungen ist riesig: 91 % der deutschen Industrieunternehmen planen oder betreiben laut der Unternehmensberatung PwC vollständig digitalisierte Manufacturing-Anlagen, wobei heute lediglich 6 % schon über solche Anlagen verfügen. Durchschnittlich 3,3 % ihres Jahresumsatzes werden deutsche Industrieunternehmen in den nächsten fünf Jahren ins Thema Digitalisierung und Industrie 4.0 investieren. Unterm Strich entfällt dabei rund die Hälfte sämtlicher Ausrüstungsinvestitionen auf Digitalisierungsmaßnahmen. Umso wichtiger ist es somit, in der konkreten Planungsphase auf entsprechendes Know-how und Praxiserfahrungen zurückgreifen zu können. 

Das seit 1931 bestehende Familienunternehmen SEW Eurodrive hat dieses riesige Geschäftspotenzial schon sehr früh erkannt. Schließlich ist man nicht nur an der Erstellung neuer Anlagen (hier vor allem Getriebe und Motoren sowie Frequenzumrichter für die Industrie) tätig, sondern übernimmt auch Retrofitting und Überarbeitung für bestehende Anlagen – ein Thema, bei dem meist auch Digitalisierung und IoT-Fähigkeiten nicht außen vor bleiben. Die Nordbadener haben sich daher vor einigen Jahren zum Bau einer Schaufensterfabrik entschlossen – nicht als abgeschlossenes Projekt beziehungsweise komplett fertig gestellte Anlage, sondern eher als entwicklungsfähiges Work-in-Progress-Modell.

Fraktaler und modularer Aufbau der Fabrik

Ziel der Schaufensterfabrik war es, die vorhandenen IT-Strukturen in der Produktion so abzubilden, dass eine effizientere Montagetätigkeit möglich wird. Einerseits mit der Maßgabe, immer kleinere Stückzahlen (im Optimalfall Losgröße 1, also individuell gefertigte Einzelstücke) zu realisieren, andererseits aber auch, um die reibungslose und effiziente Kollaboration zwischen cyberphysikalischen Systemen (Robotern) und menschlichen Arbeitern sicherzustellen. Möglich wird das mithilfe mehrerer Small Factory Units, also kleinteiligen Arbeitsbereichen, in denen Mitarbeiter Werkstücke individuell anhand von Vorgaben fertigen. Dieser modulare Aufbau der Fabrik ermöglicht das einfache und kostengünstige Anpassen von Workflows, was sich als Vorteil für eine solch experimentelle Produktion herausgestellt hat.

Im Rahmen einer One-Piece-Flow-Fertigung betreut ein Mitarbeiter individuell und über weite Teile der Produktion einen Auftrag. An die Stelle eintöniger Fließbandarbeit mit einzelnen wiederkehrenden Handgriffen tritt also das Abarbeiten von unterschiedlichen (größeren) Aufträgen auf Kanban-Basis. Dabei wird dem Arbeiter mithilfe von Identifikations- und Leitsystemen visualisiert, welche Teile in welcher Ausführung einzubauen sind. Ein Vorarbeiter koordiniert und überwacht dabei datengetrieben die jeweilige Produktion, ein Monitoring mit Ausgabe entsprechender Kennzahlen ist durch den hohen Grad an Automatisierung und Kennzeichnung der Werkstücke jederzeit möglich.

Autonome Lastenfahrzeuge verbessern die Intralogistik

Zum Einsatz kommen zudem – auch ein echter Effizienzgewinn im Rahmen der Digitalisierung – mobile Assistenzsysteme und interaktive Handlungsanweisungen auf Augmented-Reality-Basis, die den Mitarbeitern mittels Tablets gerade bei brandneuen Aufträgen oder im Problemfall eine Montagesequenz zeigen können. Das sorgt für ein geringeres Fehlerpotenzial und zeigt zudem gegebenenfalls Nachschulungsbedarfe auf (etwa wenn ein bestimmter Montageschritt überdurchschnittlich häufig angefragt wird).

Für die optimale Logistik sorgen selbstfahrende, mit einer Vielzahl an Sensoren ausgestattete Wägelchen, die wie von Geisterhand getrieben an aufgemalten Linien entlang durch die Werkhalle fahren und alle Stationen mit den passenden Werkstücken und Teilen versorgen. Die sonst übliche Zwischenkommissionierung (und die damit verbundenen Kosten) wird so eingespart. Die Anlage erkennt weitgehend autark, wo welche Materialnachschübe erforderlich sind. Mithilfe dieser selbstfahrenden Logistikassistenten werden fertige Getriebe zur Endabnahme gebracht, mit Öl befüllt, auf Funktion geprüft und schließlich zur Lackierung gebracht. Anschließend geht’s zur Etikettierung und dann hinaus in die weite Welt zum Kunden, also in den Versand. Die Etikettierung wiederum erfolgt ebenfalls automatisiert anhand der Daten aus der Produktion– über eine entsprechende Seriennummer und Codierung verfügt das Produkt ja bereits.

Digitale Visualisierung: Kosten sparen, Fehler vermeiden

Bereits vor dem Bau (oder Umbau) der Anlage lässt sich der gesamte Betrieb mithilfe von GPS und Visualisierung simulieren. Das verhindert teure Fehlplanungen und erlaubt schon in dieser frühen Phase die Optimierung der Produktionsabläufe. Zudem können bei gänzlich neuen Anlagen die Mitarbeiter bereits an diesem digitalen Zwilling geschult werden, sodass nach Fertigstellung der Anlage keine teuren Produktionstage für Schulungsprozesse erforderlich sind. Gerade bei großen Industrieanalagen, wie sie in der Chemie, bei Automotive oder in der Energiewirtschaft üblich sind, bedeutet das Einsparungen im hohen sechsstelligen Bereich – für jeden Tag, den die Anlage früher produziert.

Kürzere Lieferfristen und effizientere Prozesse

Gebracht hat all das eine Vielzahl von Verbesserungen und Effizienzsteigerungen: SEW Eurodrive spricht von einer Wertschöpfungssteigerung von bis zu 30 % aufgrund von Lean Production und Prozessoptimierung. Der ROI einer solchen Anlage dürfte in der Praxis im Zeitraum von drei bis fünf Jahren erreicht sein – je nachdem, wie nachhaltig und weitreichend ein solcher digitaler Ansatz umgesetzt wird. Was noch hinzukommt und sich vor allem im Zusammenhang mit der Kundenzufriedenheit und -bindung bemerkbar macht, sind kürzere Lieferzeiten aufgrund der individualisierten Produktion: Statt wie sonst üblich bis zur nächsten Produktionscharge im schlimmsten Fall mehrere Wochen warten zu müssen, ist nun eine quasi taggleiche Produktion zumindest theoretisch möglich.

Das positive Bild runden die Erfahrungen in der Zusammenarbeit zwischen Robotern und Menschen ab: Der Roboter wird als zuarbeitender Kollege, der die körperlich schwere Arbeit übernimmt, verstanden, nicht als Konkurrent um den eigenen Arbeitsplatz. Das hat auch damit zu tun, dass die Arbeitsprozesse keine kleinteiligen Fließbandaufträge sind, sondern eine individuelle Produktion, für die auch in Zukunft Fachkräfte benötigt werden. Die Schaufensterfabrik in Graben-Neudorf ist somit aufgrund ihres Win-win-Charakters ein echter Best Practice Case, der schon von Unternehmen aus dem In- und Ausland besucht und studiert wird.

Was Unternehmen mit der Digitalisierung erreichen können, ist gerade im Manufacturing stark vom Einzelfall abhängig: Eine Greenfield-Anlage ist mit einer zu überarbeitenden Brownfield-Anlage nicht vergleichbar, ein Massenprodukt nicht mit variantenreichen Spezialprodukten. Hinzu kommen die unterschiedlichen Branchen mit ihren jeweils spezifischen Anforderungen in Sachen Zertifizierung, Safety und Security. Insgesamt erhoffen sich laut aktueller Zahlen von PwC diejenigen Unternehmen, die in die Digitalisierung ihrer Produktionsanlagen investieren, vor allem eine erhöhte Effizienz in der Fertigung (98 %), effizientere Strukturen durch ein lokales Manufacturing (75 %) sowie kürzere Reaktionszeiten auf Kundenwünsche und Mengenschwankungen (74 und 70 %). All diese Vorteile sind mit der stringenten und nachhaltigen Umstellung der Fertigungsstrukturen und -workflows durchaus zu erzielen.

So gehen Sie die Anlagenoptimierung im Manufacturing an:
  • Analysieren Sie die eigenen Produktionsprozesse, und prüfen Sie, welche Schritte durch Digitalisierung effizienter werden können. Technologien wie die datengetriebene vernetzte Sensorik, die Fertigungsqualität mithilfe von VR und AR sowie die Mensch-Maschine-Collaboration können hier wertvolle Effizienzgewinne erbringen.
  • Vor allem Unternehmen, die an verschiedenen Orten vergleichbare Produktionsstraßen betreiben, über eine große Zahl an Produktvarianten verfügen und eine komplexe Warenlogistik koordinieren, werden von den Vorteilen der Digitalisierung besonders profitieren können.
  • Digitalisierung ist ein langfristiger Change-Prozess und eine Frage der Unternehmenskultur. Gerade den beteiligten Mitarbeitern, die zunächst mehr die Risiken für sich und ihren Arbeitsplatz sehen, müssen die Potenziale aufgezeigt werden. Hierfür ist es wichtig, dass mindestens eine C-Level-Führungskraft das Digitalisierungsthema „mit Leben füllt“ und in die Belegschaft trägt.