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Die Fabrik der Zukunft

„tomorrow“ stellt die sechs Trends vor, die das produzierende Zusammenspiel von Mensch und Maschine grundlegend verändern.

von Dr. Christian Heinrich  Dezember 2017

Mensch und Roboter arbeiten Hand in Hand

 

In einer kleinen Werkshalle im „Future Work Lab“ am Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO greift ein Roboter dem Menschen wortwörtlich unter die Arme: Die „Stuttgart Exo-Jacket“ ist ein sogenanntes Exoskelett, eine Art Jacke, die den Werksarbeiter bei seinen Bein- und Armbewegungen unterstützt, ihm somit hilft, Kraft zu sparen, und für die Muskeln belastende Bewegungen erleichtert. Das aus Carbon gefertigte Exoskelett ist nur eine von mehreren Entwicklungen, bei denen Maschinen und Roboter den Menschen nicht ersetzen, sondern ihn stärker und leistungsfähiger machen. Ein weiteres Beispiel, das sich im Future Work Lab in Stuttgart besichtigen lässt: ein intelligenter Arbeitstisch, der sich ganz auf den an ihm arbeitenden menschlichen Mitarbeiter einstellt, indem er die Höhe der Tischplatte von selbst anpasst und mit Lichtkegeln auf den jeweils nächsten Arbeitsschritt hinweist. Und dann ist da noch eine Art fliegender Diener, eine Drohne, die den Fabrik­arbeitern die jeweils benötigten Teile bringt. Bei all diesen Innovationen spielt auch das Thema Sicherheit eine wichtige Rolle. Bewegliche Produktionshelfer wie Drohnen oder Greifarme sind mit Kameras und Sensoren ausgestattet, um Menschen erkennen und ausweichen zu können. Mehr noch: Anhand der gesammelten Informa­tionen sollen die Maschinen auch menschliches Verhalten interpretieren können. Ein auf dem Boden liegender Körper deutet beispielsweise auf einen Notfall hin, der medizinisch versorgt werden muss – entsprechend wird Hilfe gerufen. Der Roboter, unser neuer Freund und Helfer.

Auch im Audi-Forschungsprojekt „Smart Factory“ sind Drohnen testweise im Einsatz

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neue Fabriken will

Schaeffler pro Jahr bauen. Die „Fabrik für morgen“ gilt dabei als Vorbild.

Setzt neue Maßstäbe: die Austausch fördernde und durch viel Glas lichtdurchflutete Architektur der Schaeffler-Produktionsstätte in Xiangtan

Eine Architektur, die verbindet, statt zu trennen

 

Die neue Produktionsstätte von Schaeffler im chinesischen Xiangtan, die 2019 in Betrieb genommen wird, ist angeordnet wie ein Schmetterling. Den Körper bilden das mittige Zentralgebäude und das angrenzende Material-Lager. An den Seiten angedockt sind die Flügel: vier Fertigungshallen, zwei auf jeder Seite. Alle Arbeiter betreten die Fabrik durch das Zentralgebäude. Ihr weiterer Weg führt sie über eine Art Rückgrat in einen der beiden Flügel. Das Zentralgebäude und das Rückgrat – beides zusammen bezeichnen die Konstrukteure von Schaeffler auch als Campus – sind für die Menschen Orte der Begegnung und der Kommunikation. Egal ob Führungskraft auf dem Weg ins Büro oder Arbeiter auf dem Weg zum Fließband – alle gehen ein Stück weit die gleichen Wege und können sich austauschen. Das mag selbstverständlich klingen, ist in vielen Fabriken heutzutage aber noch lange keine Realität. Doch diese den Austausch fördernde Architektur mit einem Campus ist nur ein Aspekt, mit dem die Schaeffler-Produktionsstätte in Xiangtan architektonisch neue Maßstäbe setzt. Bei der Konzeption des Campus hat man mit einem Feng-Shui-Berater zusammengearbeitet, um die lokale Kultur von Anfang an mit einzubeziehen. So öffnet sich beispielsweise der Haupteingang gen Süden, um die Energie des Flusses Lian Shui aufnehmen zu können. Außerdem hat man die Fabrik so konstruiert, dass die Mitarbeiter von fast überall nach außen sehen können – eine erhebliche Steigerung der Arbeitsplatzqualität. Manchmal bedeutet Zukunft eben einfach nur – mehr Tageslicht.

» Augmented Reality und autonome Roboter werden miteinander verschmelzen

Science-Fiction-Autor Bruce Sterling im Tech-Magazin „Wired“

15–20 %

Produktivitätssteigerung erhoffen sich Experten durch die Vernetzung von Maschinen in „Smart Factories“.

» Ein standardisiertes Versorgungsraster ermöglicht es uns, Maschinen schneller und unkomplizierter ans Netz zu nehmen

Stephan Böhnlein, Leiter Schaeffler-Fabrikplanung

Wieso, weshalb, warum? Der YouTube-Clip über die Schaeffler-Fabrik von morgen gibt Antworten

Fotos Schaeffler (10), Audi (2), Monty Rakusen/Getty (1)

Mehr als nur dreidimensional: Augmented Reality in Planung, Montage und Wartung

 

Wie wäre es, um eine Produktionsmaschine oder um ein fertiges Bauteil herumzugehen und es sich ganz genau anzusehen, bevor es überhaupt existiert? Genau das ermöglicht das Konzept der sogenannten Augmented Reality: Dabei erweitern Datenbrillen sowohl Konstrukteuren als auch Fabrikarbeitern wortwörtlich den Horizont. Sie projizieren zusätzliche Informationen und Objekte ins Blickfeld – passgenau dorthin, wo gerade notwendig oder erwünscht. Für den Konstrukteur bedeutet dies zum Beispiel, dass er in einem dargestellten Projekt realitätsnah prüfen kann, ob sich alle Bauteile zusammenfügen lassen und wie das Endprodukt im Detail aussieht. Es ist, wenn man so will, ein Blick in die Zukunft, der manche Fehlschläge und -konstruktionen vorhersagen und damit verhindern kann. Auch dem Arbeiter in der Fabrik kann die Datenbrille zu einer großen Hilfe werden. So können in dem Display Konstruktionsdaten mit dem realen Bild, das eine Kamera in der Datenbrille erfasst, abgeglichen und Abweichungen festgestelt werden. Die Symbiose von virtueller und „echter“ Realität: ein Gewinn für alle. Und wenn es doch mal ganz haptisch sein muss, dann ermöglicht die 3-D-Drucktechnologie ein rasches Anfertigen von Prototypen.

Produktionsprozesse über

Nacht anpassen

 

Fortschritt bedeutet Geschwindigkeit. Das gilt auch und insbesondere für die Produktion: Die Produktionszyklen werden immer kürzer, die technischen Entwicklungen immer kurzlebiger. Eine Produktionsstraße, die, einmal aufgebaut, jahre- oder gar jahrzehntelang die immer gleichen Dinge produziert – Vergangenheit. Deshalb müssen Fabriken heute und in Zukunft so flexibel wie möglich sein. Wie das in der Praxis aussieht, wird sich ab 2019 in der neuen Schaeffler-Produktionsstätte im chinesischen Xiangtan begutachten lassen. Die großflächigen Werkhallen dort sind mit einem engen Versorgungsraster ausgestattet. Modulartige Fertigungsanlagen mit Standardmaßen können so jederzeit ans Strom-, Wasser- und Datennetz angeschlossen und in Betrieb genommen werden. Durch dieses „Plug and Produce“ können auch bestehende Maschinen nach dem Tetris-Prinzip in neue Umgebungen verschoben und eingepasst werden – die Produktion wäre sofort einsatzbereit. Vieles deutet darauf hin, dass eine solche „modulare Montage“ das lange und starre Fließband-System künftig verdrängen wird. Die Flexibilität geht dabei so weit, dass eine Fabrik fast sprichwörtlich über Nacht auf ein völlig anderes Produkt umgestellt werden kann. Diese extreme Anpassungsfähigkeit trägt nicht nur der schnellen technologischen Entwicklung Rechnung, sie ermöglicht es auch, auf wirtschaftliche Trends und Anforderungen rasch und kostengünstig zu reagieren.

Smarte Vernetzung von Maschinen und Bauteilen

 

Einst waren sie stumme, tumbe Diener ohne Augen und Ohren. Heute entwickeln sich die Produktionsmaschinen auch durch die Digitalisierung immer mehr zu aufmerksamen und höchst wachsamen Partnern: Kameras erfassen die Umgebung und verhindern etwa Arbeitsunfälle, Mikrofone nehmen Geräusche auf und registrieren Störungen, andere Sensoren wie Laser messen Abstände, Volumen, Oberflächenformen oder Temperaturen. Der Datenaustausch zwischen den Maschinen lässt sie Arbeitswelten auf ganz neuen Ebenen erfassen. Sowohl die Maschinen selbst als auch Zentral­computer verbessern sich kontinuierlich darin, die Daten richtig zu interpretieren – das Erfolgsgeheimnis dafür ist eine intelligente Software. Um diesen Fortschritt voranzutreiben, kooperiert Schaeff­ler nicht nur mit Universitäten und Forschungseinrichtungen wie dem Fraunhofer-Institut. Kürzlich hat Schaeff­ler auch zu 100 Prozent die autinity systems GmbH übernommen. Das IT-Unternehmen hat sich auf Maschinendatenerfassung und -interpretation spezialisiert. Die „Smart Factory“ kann kommen? Nein, sie ist zu einem großen Teil schon da!

Big Data: Die Fabrik lernt von sich selbst

 

Es geht um die Nadel im Heuhaufen. Und warum wir sie künftig immer häufiger finden werden. Und was eigenständig ablaufende Lernprozesse von Fabriken damit zu tun haben. Der Heuhaufen, das ist Big Data (siehe „Smarte Vernetzung von Maschinen und Bauteilen“). Doch wer genau in die riesige Datenmenge schaut, die in der digitalisierten Fabrik anfällt, der findet tatsächlich zielgenau die berühmten Nadeln. In diesem Falle wichtige Zusammenhänge und Informationen, die das Produzieren verbessern können. Hochleistungscomputern gelingt dies schon heute; sie werten riesige Datenmengen aus, erkennen Zusammenhänge und können Ereignisse vorhersagen, auf die man sich vorbereiten kann. Ein paar Beispiele: Durch Sensoren und RFID-Etiketten ist der Materialbestand immer im Computer. Der Rechner lernt im Laufe der Zeit, wie viel tatsächlich verbraucht wird – so kann Material immer passgenauer bestellt werden. Verschleißbedingte Maschinenausfälle gehören auch bald der Vergangenheit an: Dank angesammelter Daten und Informationen von Sensoren können Wartungspläne optimiert und Teile ausgetauscht werden, bevor sie den Dienst quittieren. Fehler im Produktionsprozess kann die Fabrik der Zukunft ebenfalls selbstständig aufdecken: indem hinterlegte Maschinen-Soll­daten bei Auffälligkeiten mit den Istwerten zum Herstellungszeitpunkt automatisch abgelichen werden. In solchen Fällen zeigt die Fabrik der Zukunft eine Eigenschaft, die Menschen manchmal vermissen lassen: Sie lernt aus ihren Fehlern.

Vernetzte Maschinen sorgen in einer „Smart Factory“ für einen lückenlosen, autonomen und vollautomatisierten Materialfluss in der Produktion

» Vorgaben hatten wir viele. Die vielleicht wichtigste: Menschen zusammenzubringen

Andreas Fuchs, Leiter Programming beim Architekturbüro Henn, das die erste „Fabrik für morgen“ von Schaeffler geplant hat

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„tomorrow“ stellt die sechs Trends vor, die das produzierende Zusammenspiel von Mensch und Maschine grundlegend verändern.

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