Auch wenn es auf den ersten Blick so wirkt – es ist keine Szene aus einer Hollywood-Produktion, sondern das Ganze spielt sich in der Automobilfertigung bei Magna Steyr in Graz ab: Geräuschlos schweben Drohnen durch eine Logistikhalle, erfassen und scannen selbstständig die Materiallabels im Lagerbereich und gleichen sie mit dem Lagerbestand ab. „Autonome Inventur“ heißt das Forschungsprojekt im Werk des austro-kanadischen Automobilzulieferers. Die Drohnen sind indoor-gesteuert, fliegen anlassbezogen und autonom innerhalb geregelter Prozesse und führen auch Ad-hoc-Recherchen durch.

Die Smart Factory ist eines der zentralen Innovationsthemen bei Magna Steyr. Durch die digitale Vernetzung verschiedener Unternehmensbereiche und den Einsatz von „intelligenten“ Anlagen und Systemen kann das Unternehmen seine Effizienz und Produktivität steigern und gleichzeitig schneller, präziser und flexibler auf individuelle Anforderungen seiner Kunden reagieren. Smart-Factory-Anwendungen sind bei Magna Steyr längst keine Theorie mehr, sondern werden bereits in den Produktionsablauf integriert.

Sonderstatus im Magna-Konzern

Innerhalb des Magna-Konzerns, dessen Hauptsitz in Kanada liegt und für den an 317 Produktions- und 102 Engineering-Standorten weltweit rund 155.000 Menschen arbeiten, ist Magna Steyr mit mehr als 10.000 Mitarbeitern eine von sieben Tochtergesellschaften. Der Magna-Steyr-Standort in Graz ist nicht nur der größte Standort von Magna weltweit, sondern auch der einzige, an dem Fahrzeuge produziert werden.

Als Auftragsfertiger hat das Unternehmen bisher mehr als drei Millionen Fahrzeuge, aufgeteilt auf 23 Modelle, gefertigt. Bereits seit 1979 wird die Mercedes-Benz G-Klasse am Standort gefertigt, seit 1. März 2017 läuft auch der neue BMW 5er von den Grazer Fertigungsbändern. Ab dem ersten Quartal 2018 wird Magna zudem im Auftrag von Jaguar Land Rover das erste Elektroauto der britischen Traditionsmarke, den Jaguar I-PACE, in Graz produzieren.

Franz Weghofer, Technischer Projektleiter Smart Factory, ist bei Magna Steyr unter anderem für die Weiterentwicklung der Vision der Smart Factory verantwortlich. „Das Smart-Factory-Team darf querdenken – interdisziplinäre Kreativität ist erwünscht“, schmunzelt er. Und die ist in Graz weit gediehen: Selbstlernende Roboter, fahrerlose Transportsysteme und viele Big-(Smart-)Data-Anwendungen erlauben schon jetzt pilothaft individuellere Fertigungsmethoden. In dieser agilen Fabrik der Zukunft kommunizieren Mensch, Ressourcen und Produkte in Echtzeit miteinander. Best-Practice-Wissen soll im Produktionsumfeld sowohl Mensch als auch Maschine sofort digital zur Verfügung stehen. Dadurch kann Magna Steyr eine effiziente und flexiblere Produktion sicherstellen und die steigende Nachfrage nach individuellen Produkten in der Fertigung besser erfüllen.

„Die absehbaren Trends der Automobilindustrie erfordern für die daraus resultierende ständig zunehmende Variantenvielfalt eine agile und wandlungsfähige Fabrik, um diese Komplexität zu beherrschen“, so Weghofer. Wichtig ist ihm dabei die begriffliche Unterscheidung: „Die Basis für die Smart Factory bildet unsere Digital Factory, die den kompletten Produkt- und Fertigungslebenszyklus von der virtuellen Fahrzeugentwicklung über die digitale, virtuelle Planung aller Fertigungsschritte bis hin zur realen Umsetzung in der Fahrzeugproduktion darstellt.“ Auf diese Weise werde eine durchgängige Datenbasis über alle Technologien hinweg geschaffen – ein virtuelles Spiegelbild der realen Fabrik.

Transparenz durch den digitalen Zwilling

„Ein wichtiges Thema der Smart Factory ist Transparenz“, betont Weghofer. „Nur wenn in Echtzeit ermittelt werden kann, was in der Prozesskette vor sich geht, besteht die Möglichkeit zur raschen Intervention. Durch den Echtzeitaustausch von Informationen können Wertschöpfungsprozesse auch in Echtzeit unterstützt werden.“ So geben Maschinen ihren Wartungswunsch gleich direkt an die zuständige Stelle oder den Lieferanten weiter. Auch in der Logistik gibt es für die smarte Fabrik Möglichkeiten, die Effizienz und Durchgängigkeit weiter zu steigern.

Gleichzeitig verfolgt Magna Steyr einen holistischen Ansatz: Lieferanten sollen frühzeitig ins Boot geholt und digital in die Fertigungsprozesse eingebunden werden. Die virtuelle Abbildung des gesamten Produkt- und Fertigungslebenszyklus von der Fahrzeugentwicklung bis zur Umsetzung in der Produktion sowie die enge Vernetzung aller Daten werden eine intelligente Fertigung ermöglichen, die sich schnell, flexibel und individuell den sich verändernden Anforderungen anpassen wird. Was dabei herauskommt, wenn sich Prozesse selbst regeln, Roboter mit Menschen arbeiten und ein virtueller Zwilling die Datendrähte zieht, wird in Graz gut ersichtlich.

Effiziente und agile Prozesse sind ein wichtiger Bestandteil der Smart Factory. Die Integrationsdauer von neuen Fahrzeugprojekten ist eine der größten Herausforderungen. Um diese zu meistern, setzt das Werk auf „virtuelle Absicherung“, wie Franz Weghofer es nennt. Darunter versteht man die virtuelle, simulative Inbetriebnahme von Fertigungsbereichen im virtuellen Modell der digitalen Fabrik. Das bedeutet Risikominimierung für Anläufe und die Übernahme der Simulationsergebnisse in das Betreibermodell. Effiziente Prozesse erfordern auch eine durchgängige Prozess- und IT-Systemlandschaft, die alle relevanten Daten aus der Planung, Produktion, Logistik und Qualität bis zur Auslieferung der Fahrzeuge erfasst und transparent zur Verfügung stellt.

Auf Basis dieser Digital Factory, einem „virtuellen Zwilling“ der realen Fabrik, lassen sich im Werk Prozesse in Echtzeit steuern. Der Clou: Innerhalb der laufenden Produktion kann Magna Steyr auf eventuell erforderliche Veränderungen reagieren. Das Unternehmen verkürzt damit nicht nur seine Anlaufphasen, es lebt das Prinzip der Agilität. Eine digitale Raffinesse, die einen wesentlichen Wettbewerbsfaktor darstellt.

Kollaboratives Miteinander von Mensch und Maschine

Wie sehr die Smart Factory die Montage verändert, dafür hat Weghofer sofort ein Beispiel: kollaborierende Roboter. Diese können von den Mitarbeitern für spezielle Prozesse angelernt werden und müssen nicht mehr aufwendig programmiert werden. Kollaborierende Roboter können entweder als „intelligente Manipulatoren“ oder zur Unterstützung der Mitarbeiter als sogenannte „dritte Hand“ in Kooperation oder Kollaboration eingesetzt werden.

Ab 2017 werden die ersten Roboter die Montagemitarbeiter unterstützen. In den neuen Projekten werden in Learning-Lines erprobte Operationen komplett ohne Zaun erfolgen. Ein Leichtbau-Roboter übernimmt dabei ergonomisch schwierige Tätigkeiten, während sich der Mitarbeiter auf anspruchsvollere Aufgaben konzentriert.

Die Umsetzung dieser Projekte erfolgt in drei Schritten: Evaluierung der Technologie, danach prototyphafte Erprobung in einer Learning-Line und schließlich die Ausrollung in die Serienfertigung. Damit diese Zusammenarbeit reibungslos funktioniert, wacht der digitale Zwilling über die notwendige Verzahnung der Prozesse in Echtzeit. „Mithilfe eines simultanen Informationsflusses zwischen Mensch und Maschinen werden die Mitarbeiter besser durch den Fertigungsprozess geführt“, so Weghofer. Besonders wichtig dabei ist, die Mitarbeiter so früh wie möglich einzubinden, um eine eventuell vorhandene Grundskepsis durch die gemeinsame Vorbereitung und Umsetzung von Use-Cases auszuräumen.

Was ist also das „Smarte“ an der Smart Factory von Magna Steyr? Für Weghofer ganz klar: das Miteinander von Mensch und Maschine. Die Maschinen müssen sich den Menschen anpassen und nicht umgekehrt. „Wir setzen neue Technologien dort ein, wo sie nachweislich Sinn machen“, so der technische Projektleiter. Während Roboter also bei ergonomisch schwierigen, monotonen Tätigkeiten helfen, stellt der virtuelle Zwilling die nötigen Informationen zu den Arbeitsschritten zur Verfügung. Geschulte Handlungen und langjährige Erfahrung sind wiederum die Beiträge des Menschen in diesem Konstrukt. Ein nahtloses Zusammenspiel dieser beiden Welten ist schlussendlich das, was Magna Steyr zu einer Smart Factory macht.

Intelligente Gebinde und autonome Fahrzeuge

Um effizienter arbeiten zu können, brauchen die Montagemitarbeiter die zu verbauenden Teile möglichst in Griffweite. Um diesen idealen Montageprozess zu unterstützen, ist die Logistik gefordert, die für die Fahrzeuge optimalen Konzepte einer Bandanstellung von Teilen und Teileanlieferung sicherzustellen. „Dazu müssen die Steuerungstools zwischen Fertigung und Logistik sehr eng verzahnt und aufeinander aufbauend sein“, so Weghofer. Die Möglichkeit, mehrere Varianten virtuell gegenüberstellen zu können, reduziert nicht nur die Gehwege der Mitarbeiter, sondern ermöglicht die Optimierung der gesamten Inbound-Prozesse.

Autonome, fahrerlose Transportsysteme werden verstärkt in den Hallen den nötigen Nachschub an Teilen sichern. Hindernisse auf den Transportrouten werden von den fahrerlosen Transporteuren automatisch erkannt und Routeninformationen in Echtzeit kommuniziert.

Auch der Einsatz von intelligenten Gebinden ist geplant. „Die Gebinde werden ihren Inhalt automatisch erkennen können und in Zukunft sogar selbst nachbestellen“, so Weghofer. Dass der Mensch sich an die Präsenz von maschinellen Helfern gewöhnen muss, ist in Graz längst Gewissheit. Das Zeitalter der papierlosen Logistik ermöglicht durch den Einsatz von „Smart Labels“ eine bessere Visualisierung, Steuerung und Überwachung.

Big (Smart) Data Analytics und IT-Sicherheit

Big (Smart) Data Analytics ist in Graz definitiv ein Paradigmenwechsel in der Prozessoptimierung. „Wir arbeiten sehr intensiv mit Forschungspartnern an einer Vielzahl von Projekten. Wir haben beispielsweise sämtliche Materialbewegungen aller Projekte über mehrere Jahre analysiert, um daraus Optimierungspotenziale abzuleiten“, erklärt Franz Weghofer. „Es ist einfacher, aus den tatsächlich gelebten Prozessen Rückschlüsse auf Optimierungspotenzial zu ziehen, als dies über aufwendige Schleifen zu Prozessverbesserungen zu tun. Auffälligkeiten können so leichter erkannt werden.“

Im Bereich Painted Body verfolgt Magna Steyr denselben Ansatz. Für die Optimierung von Lackprozessen wurde ein kognitives, sich selbst optimierendes System umgesetzt. Über Sensorik aus der bestehenden Infrastruktur werden die erforderlichen Daten erfasst und die Korrelationen und der Einfluss auf die Lackqualität errechnet und gesteuert.

Eine große Herausforderung im Big-Data-Umfeld ist die Bereitstellung und Aufbereitung der Daten. Für die IT ist es ein Balanceakt, die Zugänglichkeit zu Daten zu ermöglichen und dabei gleichzeitig die notwendige Datensicherheit zu gewährleisten. Einerseits sollte die gesamte Wertschöpfungskette über die relevanten Informationen verfügen, andererseits gilt es, die Geheimhaltung und Kundenanforderungen auf höchstem Niveau zu halten.

Null-Fehler-Philosophie in der Produktion

Die Philosophie der Null-Fehler-Produktion verfolgt das Unternehmen seit vielen Jahren mit Lean-Management-Methoden. Das bisherige Ziel war es, eine vollkommene Transparenz der Fertigungsprozesse zu schaffen. Als neue Zielsetzung kommt hinzu, dass diese Transparenz durch Sensorik und intelligente Datenaufbereitung wesentlich verbessert werden soll, um künftig auch in Echtzeit und vorausschauend genutzt werden zu können.