Blaupause für die Smart Factory

Cyber Physical Production Systems in der Praxis

30.08.2019
Von   IDG ExpertenNetzwerk


In seinen beruflichen Stationen bei Siemens, Staufen AG, MT Aerospace und aktuell Detecon trug Dr. Walter Huber überwiegend die Verantwortung für strategische Veränderungen.

Im Laufe seiner beruflichen Tätigkeit hat er über 30 Industrie 4.0 Projekte umgesetzt und mehrere Firmen in Richtung Industrie 4.0 transformiert. Hierzu ist auch beim Springer Verlag das erste Buch mit dem Titel „Industrie 4.0 in der Automobilproduktion“ erschienen. Ein weiteres Buch mit dem Titel „Wie Technologien unsere Wirtschaft und unsere Unternehmen verändert“ erscheint ebenfalls beim Springer Verlag.
Modulare Fertigungskonzepte auf Basis von Cyber Physical Production Systems (CPPS) versprechen Produktivitätsgewinne und eine gesteigerte Wandlungsfähigkeit der gesamten Produktion. Patentrezept oder wiedermal nur leere Versprechungen?

Die Planung von Kundenaufträgen basierend auf einer klassischen Fließbandfertigung stößt mit der Losgröße Eins und der zunehmenden Produktkomplexität und -Variabilität immer mehr an ihre Grenzen. Produktionsinseln, wie sie unter anderem das Konzept Lean Production propagiert, schaffen zum Teil Abhilfe, nämlich in Hinblick auf die geforderte höhere Flexibilität. Modulare Fertigungskonzepte auf Basis von Cyber Physical Production Systems (CPPS) sind zusätzlich allerdings auch wandlungsfähig, das heißt, in einem gewissen Rahmen flexibel und leicht rekonfigurierbar, wenn breitere Produktänderungen bewältigt werden müssen.

Wegen der Vorteile der modularen Produktion arbeiten alle führenden deutschen Automobilhersteller und deren Zulieferer intensiv an solchen Konzepten.
Wegen der Vorteile der modularen Produktion arbeiten alle führenden deutschen Automobilhersteller und deren Zulieferer intensiv an solchen Konzepten.
Foto: Zapp2Photo - shutterstock.com

Flexibilität und Wandlungsfähigkeit

Für das bessere Verständnis, was die modularen Produktionssysteme ausmacht, zunächst mal eine Begriffsbestimmung: Flexibilität geht in Richtung Quantität, also das Reagieren auf Nachfrageveränderungen im Markt. Hier setzt auch die Inselfertigung aus dem Lean-Bereich ein. Eine höhere Produktionsmenge lässt sich erstmal über die Anzahl an Schichten regulieren. Weitere Ansatzpunkte sind die flexible Besetzung der einzelnen Produktionsinseln mit Mitarbeitern.

Wandlungsfähigkeit hingegen geht in Richtung Variabilität der Produktion, in unserem Sinne in Richtung der Produktvariation. Die Automobilhersteller beschäftigen sich in der heutigen Zeit notgedrungen mit dem Thema. Es gilt, die einzelnen Produktionsstandorte unabhängig von der Nachfrage nach einzelnen Modellen möglichst hoch auszulasten.

BMW beispielsweise kann in jedem seiner Werke jedes Modell fertigen - zumindest prinzipiell. Das BMW-Produktionssystem wurde in diese Richtung entsprechend optimiert. Mit dem Aufkommen der e-Mobilität stoßen aber diese Ansätze an ihre wirtschaftlichen Grenzen. Immer mehr Modellvarianten in Kombination mit konventionellem Antrieb, Hybrid- und e-Antrieb treiben den Produktionsverantwortlichen die Sorgenfalten auf die Stirn. Der Grund liegt unter anderem in den sehr unterschiedlichen Fertigungsschritten je Antriebsart.

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Punkt ist die Fähigkeit von Produktionsanlagen, auf neue Produkte zu reagieren. Stichwort: Time to Market. Auf Grund der immer kürzeren Produktlebenszeiten spielt diese Eigenschaft eine immer wichtigere Rolle für Unternehmen. Hier kommt nun die modulare Produktion - also das Aufbrechen starrer Linienstrukturen zugunsten modularer Arbeitsstationen - ins Spiel. Prozessketten inklusive logistischer Materialflüsse folgen in Echtzeit dem aktuellen Betriebszustand des Produktionssystems. Die Steuerung erfolgt mittels CPPS (also Cyber Physical Production Systems), auch als Cyber Manufacturing Systems (kurz CMS) bezeichnet.

Modulare Produktion ist längst keine Utopie mehr

Allerdings ist aktuell die Definition von CPPS/CMS noch etwas unscharf. Sie basieren im Wesentlichen auf CPS (also Cyber Physical Systems), deren Steuerung mittels dezentraler/zentraler Ansätze (vielfach aus der Cloud) erfolgt. Die modulare Produktion galt jahrelang als Utopie, respektive als Spielwiese für Universitäten und Forschungseinrichtungen. Dies hat sich mittlerweile geändert. Alle führenden deutschen Automobilhersteller und deren Zulieferer arbeiten intensiv an derartigen Konzepten.

Laut Audi lassen sich hiermit Produktivitätsgewinne von rund 20 Prozent realisieren. Wer nun als erster einen derartigen Ansatz erfolgreich umsetzt, verfügt nicht nur über einen wirtschaftlichen Vorsprung, sondern auch einen technologischen. Somit sind die Anstrengungen der Unternehmen verständlich.

Derartige Ansätze, wie auch andere Anstrengungen rund um die Smart Factory, finden seit geraumer Zeit Einzug in die jeweiligen Produktionssysteme und haben somit die Ebene der Pressemitteilungen schon lange verlassen. Dies gilt auch für die modulare Fertigung. Erste praktische Erfahrungen im produktiven Alltag sind bereits vorhanden.