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Bosch Rexroth Die I4.0-Fabrik in der Schneewittchenstadt

Redakteur: Jürgen Schreier

Die Fabrik der Zukunft beherrscht eine nahezu unbegrenzte Variantenzahl - und das komplett rüstzeitfrei! Dank kompletter Vernetzung sind im Bosch-Rexroth-Werk in Lohr-Wombach über 200.000 Varianten machbar. "Hauseigene" I4.0-Hardware- und Software hilft dabei.

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Die „Fabrik der Zukunft“ ist kein menschenleerer Neubau mit futuristischen Maschinen und Anlagen. Vielmehr wird sie in den Produktionshallen von heute in die Praxis umgesetzt.
Die „Fabrik der Zukunft“ ist kein menschenleerer Neubau mit futuristischen Maschinen und Anlagen. Vielmehr wird sie in den Produktionshallen von heute in die Praxis umgesetzt.
(Bild: Bosch Rexroth)

Die „Fabrik der Zukunft“ ist keine Zukunftsvision mehr. Es gibt sie schon. Bestes Beispiel dafür ist das Elektronikwerk von Bosch Rexroth in Lohr-Wombach. in der "Schneewittchenstadt" im Spessart produziert der Automatisierungstechnik-Hersteller - unterstützt von digitalen Systemen eine nahezu unbegrenzte Variantenzahl ohne Rüstzeiten - kundenangepasste Servomotoren und Antriebsregelgeräte mit integrierter Steuerungsfunktion.

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Die Basis dafür bilden "hauseigene" Industrie-4.0-Hardware- und Software-Lösungen. Damit keine Missverständnisse aufkommen: Bei der hochflexiblen Bosch-Rexroth-Fabrik handelt es sich um keinen Neubau auf der grünen Wiese, sondern um klassisches Brown-Field-Projekt mit jeder Menge Bestandsmaschinen.

Und genau diese Bestandsmaschinen stellen eine besondere Herausforderung für die Nutzung von Echtzeitdaten im Produktionsumfeld dar. Diese Maschinen erfüllen auch nach jahrzehntelangem Einsatz ihre Aufgaben effizient, sind aber aber nicht oder nur mit hohem Aufwand direkt vernetzbar. „Jeder Eingriff in ältere Steuerungen erzeugt einen enormen Aufwand und blockiert die Maschine für die Produktion“, umreißt Joachim Hennig, Technischer Werkleiter im Werk Lohr-Wombach der Bosch Rexroth AG, die Herausforderung.

IoT Gateway vernetzt Maschinen ohne Eingriffe in die SPS

Um diese Klippe zu umschiffen hat Rexroth mit seinem IoT Gateway eine Lösung entwickelt, die Maschinen ohne Eingriffe in die Steuerung nachträglich vernetzt. Das IoT Gateway besteht aus einer Kompaktsteuerung mit offener Software und einem mikromechanischen Sensorpaket von Bosch. Es erfasst sensorisch Betriebszustände, wertet sie aus und sendet die Daten weiter. Ein besonderer Vorteil: Zur Inbetriebnahme des IoT-Gateways von Rexroth sind keine SPS-Kenntnisse notwendig.

Betriebselektriker vernetzen damit Maschinen innerhalb weniger Stunden. Im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit SPS-Programmierung spart man bei der Nutzung der IoT-Gateway-Lösung mehr als einer Mannwoche an Arbeitsaufwand. Andere Software-Lösungen von Rexroth ermöglichen es, direkt auf Daten innerhalb der älteren Steuerungen zuzugreifen, ohne dass dafür die Steuerungen umprogrammiert werden müssen. Dies ermöglicht nachfolgend eine erweiterte Datenauswertung. So berechnet eine einfache, von den Projektbeteiligten selbst programmierte Software auf einem Rexroth IPC in Echtzeit die Bauteilreichweite bei der Leiterplattenbestückung und damit den zu erwartenden Maschinenstillstand.

Das Produkt steuert die Fertigung

„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 2000 vernetzte Devices.“ Eine gute Basis hat man 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“, hebt Dr. Mark Leverköhne, Leiter Technische Funktionen bei Bosch Rexroth in Wombach, hervor.

Fertigungsprozess beginn bereits mit der Bestellung

Der Fertigungsprozess startet 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 digitalen Duplikats nachgebaut. Die entsprechenden Prozessparameter sowie Prüfprogramme werden 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. Das ermöglicht eine hohe Traceability und stellt eine sehr gute Basis zur Fertigungsoptimierung dar.

Variantenvielfalt erfordert Echtzeitinformation

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 hauptsächlich 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 Bosch-Rexroth-Manager Leverköhne die Absicherung der Produktivität entlang des gesamten Wertstroms.

Die Leiterplattenbestückung in dem 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, was die Forderung nach der Einführung schneller kurzer Regelkreise aufkommen ließ.

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 auf weitere Fachleute zu warten.

Die Fabrik der Zukunft ist keineswegs menschenleer

Entgegen populärer Vorstellungen über Industrie 4.0 ist die Fabrik in Lohr keineswegs menschenleer. Im Gegenteil: Die Beschäftigten haben die schrittweise Einführung der vernetzten Fertigung aktiv miterlebt und mitgestaltet. Heute erhalten die Beschäftigten eine optimierte Unterstützung durch die Erstellung von 3D-Online Bauvorschriften für die Montagelinien, die sie parallel zu den einzelnen Werkstücken abrufen können. Gleichzeitig sind zahlreiche, bislang Dokumentationspflichten auf Papier entfallen. Das reduziert auch den Anteil nicht wertschöpfender Tätigkeiten deutlich.

„Bei jeder Neuerung müssen wir immer wieder den Nutzen hinterfragen und bei der Umsetzung in kleinen Schritten vorgehen“, betont Leverköhne, wobei für die Mitarbeiter der Nutzen von Neuerungen schnell greifbar sein müsse. Ausgangspunkt ist für ihn dabei, dass der Fokus nicht auf Mitarbeiter-Kontrolle liegt, sondern auf der Mitarbeiter-Unterstützung. Nur so erreicht die Vernetzung die notwendige Akzeptanz, ist der Leiter Technische Funktionen sicher.

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