Fabrik mit virtuellem Doppelgänger

Die Fabrik der Zukunft ist flexibel, selbstorganisierend und besteht aus zwei Teilen: einem realen Werk und seiner virtuellen Zwillingsversion. Das berichtet Technology Review in einem 16 Seiten umfassenden Schwerpunkt seiner aktuellen Ausgabe 5/2009 (seit dem 16.4. am Kiosk oder portokostenfrei online zu bestellen).

Denn Experten warnen: Die herkömmliche Automatisierungstechnik hat sich in eine Sackgasse manövriert. Produktionsanlagen sind heute ein derart undurchdringliches Dickicht aus Datenformaten, Übertragungsprotokollen, Schnittstellen und Software-Hierarchien, dass sie in ihrer Komplexität kaum noch zu beherrschen sind. Das kann gut gehen, wenn es vor allem auf große Stückzahlen ankommt. Doch der Weltmarkt, in dem die deutschen Hersteller im harten Wettbewerb mit den Schwellenländern wie Indien, China, Brasilien oder Portugal stehen, stellt mittlerweile ganz andere Anforderungen. „Wir werden den Markt nicht über die Kosten zurückbekommen, sondern nur mit intelligenten, individualisierten Produkten und intelligenter Produktion“, sagt Professor Eckart Uhlmann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik in Berlin.

Vor allem zwei Trends sind es, die der herkömmlichen Massenfertigung das Wasser abgraben: größere Variantenvielfalt und kürzere Produktlebenszyklen.Weitere Sorgen bereitet die schwankende Nachfrage. Gefragt ist also eine Produktion, die schnell und flexibel auf den Markt reagieren kann. Mit konventioneller Technik geht das kaum noch. Große Hoffnungen setzen die Produktionsplaner daher auf die „Digitale Fabrik“ – eine virtuelle Abbildung aller Abläufe und Funktionen einer Anlage. Beim Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung in Magdeburg lässt sich besichtigen, wie ein solches Datenmodell zum Leben erweckt wird. Im „Elbe Dom“ – einer Kuppel mit 16 Metern Durchmesser und einer 6,5 Meter hohen Decke – projizieren sechs Laserbeamer maßstabsgetreue Modelle von Maschinen oder ganzen Fabrikanlagen an die Wände. Wer sich einen Overall mit optischen Markierungen überzieht, kann komplett in diese virtuelle Welt eintauchen. Zwölf Kameras erfassen anhand der Markierungen jede Körperbewegung und übertragen sie in Echtzeit ins Datenmodell.

Das Ziel ist es, Fehler frühzeitig zu entdecken. „Bei einem neuen Produkt kann der Mensch, der das Vorgängermodell zusammengebaut hat, zum Beispiel feststellen, ob sich das Teil überhaupt wie ursprünglich gedacht montieren lässt“, sagt Professor Michael Schenk, Leiter des Magdeburger Fraunhofer-Instituts. „Das lässt sich formal gar nicht simulieren.“ Schenks Fraunhofer-Kollege Uhlmann aus Berlin formuliert es so: „Wir wollen die Produktion schon optimiert haben, bevor das Produkt physikalisch entstanden ist. Wir können uns nicht mehr erlauben, in der realen Fabrik Fehler zu machen – die sind extrem teuer und verhindern, dass wir schneller am Markt sind.“

Beim Aufbau einer neuen Anlage sind digitale Fabrikmodelle schon weit verbreitet, besonders unter Auto- und Flugzeugherstellern. Doch ist die Produktion erst einmal angefahren, gerät die aufwendig erstellte Simulation meist auf irgendeiner Festplatte in Vergessenheit. Dabei wäre sie auch nach Abschluss der Planung ein wahrer Datenschatz. „Die Fabrik der Zukunft sind zwei Fabriken – eine reale und eine digitale“, sagt Fraunhofer-Institutsleiter Uhlmann. Die Vision dahinter: Ort und Zustand aller Werkstücke, Auslastung und Verschleiß der Werkzeuge, Einstellungen, Parameter und Störungen der gesamten Produktionskette einschließlich Lager, Montage und Vertrieb sollen in Echtzeit in einem virtuellen Modell abgebildet werden. Für Uhlmann ist das ein Schritt zur „selbstorganisierenden Produktion“, in der etwa Stanzen rechtzeitig und selbstständig Aufträge umleiten, wenn ihre Werkzeuge ausgetauscht werden müssen. (Gregor Honsel)/ (wst)