Pictures of the Future Herbst 2002
Die Digitale Fabrik – Interview DaimlerChrysler
"Bis 2005 haben wir alle wesentlichen Eckpfeiler der Digitalen Fabrik"
Interview mit Emmerich Schiller
Dr. Emmerich Schiller (36) ist Leiter der Abteilung Digitale Produktionsplanung und Projektleiter Digitale Fabrik bei DaimlerChrysler in Sindelfingen bei Stuttgart. Seit fünf Jahren arbeitet der gelernte Wirtschaftsingenieur bei dem Automobilkonzern, zunächst als Assistent der Werksleitung im Werk Rastatt, später in der Produktionsplanung Mercedes-Benz PKW. Zuvor entwickelte er an der Universität Karlsruhe Verfahren, die heute in der Digitalen Fabrik zum Einsatz kommen
Sie nannten unlängst auf einem Automobil-Forum die Digitale Fabrik die dritte Revolution in der Autoindustrie. Was verstehen Sie unter diesem Begriff?
Schiller: Bildlich gesprochen ist die Digitale Fabrik für mich das Pendant zum Digitalen Fahrzeug. Genauso wie ein CAD-Modell (Computer-aided Design) das Fahrzeug in all seinen Bestandteilen digital darstellt, muss die Digitale Fabrik die spätere Fabrik in all ihren Komponenten samt deren Zusammenspiel beschreiben. Erst wenn das digitale Fahrzeug die Digitale Fabrik erfolgreich durchlaufen hat, wird es für die reale Fabrik freigegeben. Die Digitale Fabrik ist also das virtuelle Abbild der realen Fabrik auf Basis eines integrierten Datenmodells – was eine durchgängige Anwendung digitaler Planungsmethoden entlang der gesamten Prozesskette von der Entwicklung über die Produktionsplanung bis hin zur Serienfertigung ermöglicht.
Was ist an diesem Konzept so revolutionär?
Schiller: Der wesentliche Vorteil liegt in der engen datentechnischen Verzahnung von Produktentwicklung und Produktionsplanung. Die Digitale Fabrik ist die logische Fortführung von CAD-Anwendungen in der Fahrzeugentwicklung. Dort werden heute schon oft Entscheidungen getroffen, für die früher noch Hardware, also z.B. Prototypen, erforderlich waren. In der Digitalen Fabrik setzt die Produktionsplanung den digitalen Prozess nahtlos fort. Ihr integriertes Datenmodell bildet das Rückgrat, auf dem funktionale Bausteine wie die 3D-Simulation oder die klassische Zeitanalyse aufsetzen können.
Was unterscheidet das Konzept der Digitalen Fabrik von dem des Computer Integrated Manufacturing (CIM), das lange diskutiert, aber offenbar nie realisiert wurde?
Schiller: Ich denke nicht, dass CIM gescheitert ist. Vielleicht war jedoch die erste Euphorie zu groß und die geweckten Erwartungen überzogen. Doch bei der durchgängigen Nutzung von Daten – das war und ist ja Ziel von CIM – haben wir sicher einen großen Schritt nach vorne gemacht. Auch sind wichtige Teilaspekte von CIM bereits zur Normalität geworden. Und eines haben wir aus der CIM-Diskussion auf jeden Fall gelernt: Ein so grundlegender Eingriff in Abläufe und Arbeitsweisen kann nicht allein aus der Sicht der Informationstechnik betrachtet werden. Vielmehr müssen organisatorische, technologische und auch personelle Aspekte gleichermaßen berücksichtigt werden. Alles in allem bin ich mir sicher, dass wir die Digitale Fabrik realisieren werden. In ein paar Jahren wird sie genauso selbstverständlich sein, wie dies CAD im Entwicklungsbereich heute schon ist.
Wann startete Ihr Projekt bei DaimlerChrysler, und was sind die Ziele?
Schiller: Ende 2000 haben wir das Projekt Digitale Fabrik aufgesetzt, mit dem Ziel, datentechnische Insellösungen zu verbinden und fehlende Funktionalitäten zu ergänzen. So mussten bislang oft Daten mit viel Aufwand über diverse Schnittstellen zwischen den Systemen ausgetauscht werden. Dies wird sich nun ändern. Dank der zentralen Organisation bündeln wir zahlreiche Aktivitäten. Auch werden neue Funktionalitäten die planerische Arbeit unterstützen. Wir wollen weg von einer reinen Datenverwaltung hin zu echter Planung aufgrund dieser Daten. Ein wesentlicher Baustein ist bereits realisiert: Bei DaimlerChrysler werden Fahrzeugdaten mit Hilfe eines Produktdatenmanagement-Systems (EDM) verwaltet. Doch anders als Produktdaten lassen sich Prozessdaten der Produktionsplanung – also etwa Roboterprogramme – bis heute nur eingeschränkt abbilden. Das EDM-Konzept muss weiterentwickelt werden, bis wir ein integriertes Datenmodell von der Entwicklung über die Planung bis in die laufende Produktion und eventuell darüber hinaus in den Vertrieb und After-Sales-Bereich haben.
Wie funktioniert das in der Praxis?
Schiller: Lassen Sie mich das Beispiel von vorhin aufgreifen. Das Digitale Fahrzeug durchläuft die Digitale Fabrik. In der Montage sieht dies heute etwa so aus: Im Rahmen von DMU-Untersuchungen (Digital Mock-up) wird das Fahrzeug vollständig virtuell zusammengebaut: Es wird also überprüft, wie und in welcher Reihenfolge die einzelnen Teile montiert werden können. Gleichzeitig lassen sich die Montagezeit oder die nötigen Werkzeuge bestimmen. Wichtig ist vor allem die enge Zusammenarbeit zwischen Entwickler und Produktionsplaner, um Verbesserungen diskutieren zu können: Habe ich z.B. den Freiraum, um den Montageort optimal zu erreichen, also z.B. an die Schraube zu gelangen? Auf dieser Basis werden dann automatisch Montagelinien gestaltet, das Fabriklayout beschrieben und anschließend die Fertigungshalle in der digitalen Welt geplant. Dies erfolgt lange, bevor der erste reale Prototyp gebaut wird.
Roboter in der Automobilproduktion: Schon lange vor ihrem realen Einsatz werden künftig alle ihre Aktivitäten in der Digitalen Fabrik getestet
Können Änderungen in Virtual-Reality- Daten direkt in Konstruktionsdaten umgewandelt werden? Bislang kosteten diese Nichtkompatibilität und der Zwang zur Datenkonvertierung ja enorm viel Zeit.
Schiller: Die schnelle Planung und Bewertung von alternativen Fertigungs- und Konstruktionskonzepten ist eine zentrale Zielsetzung der Digitalen Fabrik. Wenn ein Produktionsplaner Verbesserungsvorschläge macht, muss gegebenenfalls der Entwickler die Konstruktionsdaten anpassen. In der Vergangenheit hat er dazu einen Änderungsauftrag mitgenommen und die Daten dann bearbeitet. Die Digitale Fabrik ermöglicht nun durch ihre einheitliche Datenbasis Änderungen noch während eines gemeinsamen Treffens direkt und wesentlich schneller vorzunehmen. Das erhöht die Flexibilität und reduziert das Investitionsrisiko, denn lange bevor Hardware aufgebaut wird, können Änderungen durchgeführt und bewertet werden. Natürlich funktioniert dies nur dann, wenn auch unsere externen Partner, z.B. der Lieferant der Anlage, eingebunden sind.
Führt dann die Digitale Fabrik letztendlich auch zu Kosteneinsparungen?
Schiller: Ja, mit der DV-technischen und prozessualen Integration wollen wir erhebliche Potenziale erschließen – nicht nur bei den Kosten, sondern auch bei Qualität und Zeit. Unsere Erfahrungen haben gezeigt, dass damit Probleme viel früher erkannt und mit weniger Aufwand gelöst werden können. Das Ergebnis sind deutlich höhere Reifegrade von Anfang an und folglich steilere Produktionsanläufe sowie weniger Änderungsschleifen im Gesamtprozess. Weniger Korrekturschleifen bedeuten einen schnelleren Markteintritt, wobei wir länger auf Kundenanforderungen oder Produktinnovationen reagieren können.
Können Sie den Nutzen quantifizieren?
Schiller: Für die Durchführung unseres Projektes haben wir einen detaillierten Business Case erstellt. Die ersten Effekte, die wir heute erzielen, zeigen, dass die damaligen Annahmen auch belastbar sind. Doch die Digitale Fabrik ist nicht nur eine wirtschaftliche, sondern auch eine strategische Entscheidung. Wie heute kein Automobilhersteller mehr in der Lage ist, neue Produkte ohne CAD zu entwickeln, gilt dies zukünftig auch für die Digitale Fabrik. Die hohe Variantenvielfalt von Fahrzeugen führt z.B. dazu, dass häufig mehrere Modelle über die gleiche Montagelinie laufen. Derart komplexe Planungsszenarien sind nur mit digitaler Unterstützung beherrschbar. Wir gehen davon aus, dass sich die Produktionsplanungszeit um bis zu 40 % verringern lässt – bei gleichzeitiger Steigerung der Planungsqualität. Kürzere Entwicklungs- und Produktionsplanungszeiten haben wiederum geringere Gesamtkosten zur Folge.
Was wurde bisher schon realisiert?
Schiller: Sehr weit sind wir in der Fabrikplanung. Fabriken wie das im Bau befindliche Werk in Kölleda (Thüringen) werden bei uns vollständig in 3D geplant. Dieses neue Werk wird einen internationalen Benchmark setzen, sowohl im Hinblick auf die Geschwindigkeit bei Planung und Realisierung wie bei den Kosten. Aber auch anderswo setzen wir erste Workflows erfolgreich um. Selbst bei der neuen E-Klasse, die geplant wurde, bevor es ein Projekt Digitale Fabrik gab, wurden digitale Methoden schon intensiv eingesetzt. Die Umsetzung ist jedoch bei weitem noch nicht abgeschlossen. Dies liegt sowohl an der noch fehlenden Softwarefunktionalität und der noch nicht vollständigen Integration der Systeme, wie an der Weiterentwicklung und Anpassung unserer Planungsprozesse und Arbeitsabläufe an die neuen Möglichkeiten.
In der Digitalen Fabrik wird nicht nur das Produkt – hier ein Auto – digital simuliert, sondern auch das Zusammenspiel aller Prozesse, die für seine Herstellung notwendig sind. Basis ist ein integriertes Datenmodell
Bis wann soll die Digitale Fabrik vollständig umgesetzt sein?
Schiller: Bei unserem Roll-out bearbeiten wir im Wesentlichen vier Stoßrichtungen:
? In allen Planungsprozessen verankern wir Standards und Produktionsprinzipien, die dann in den Software-Modulen der Digitalen Fabrik abgebildet werden. Damit können in der Produktionsplanung ganze Hallen, Fertigungslinien oder Rohbauanlagen aus standardisierten Bausteinen gebaut werden.
? Alle relevanten Daten über Produkt, Prozess und Ressourcen werden erfasst und über ein Datenmanagement verwaltet. Derartige Systeme führen zu einer starken Vernetzung zwischen Entwicklung und Planung. Dabei werden die Daten nicht mehr über Schnittstellen ausgetauscht, sondern es wird ein gemeinsamer Datenbestand verwaltet, auf den alle Beteiligten Zugriff haben. So haben etwa Änderungen in der Produktionsplanung eine sofortige Rückkopplung in die Entwicklung zur Folge und umgekehrt.
? Wir vernetzen alle internen und externen Beteiligten über Workflows, damit sie ihre Aufgaben digital erledigen können.
? Die Ausführung von Routineaufgaben in der Planung wird automatisiert, um den Planern mehr kreativen Freiraum zu lassen. Denn viele Daten lassen sich bei einer digitalen Planung automatisch aus vorhandenen Daten generieren. Alles in allem lässt sich die Digitale Fabrik gut mit dem Einsatz von CAD in der Entwicklung vergleichen: Dort hat die Umsetzung 10 bis 15 Jahre gedauert, und selbst heute wird noch permanent weiterentwickelt. Von dieser Vorleistung profitieren wir. Ich glaube daher, dass wir nicht so lange brauchen und bis 2005 die wesentlichen Eckpfeiler der Digitalen Fabrik realisieren können. Dann wird keine Produktionsanlage mehr entstehen, ohne vorher völlig digital abgesichert zu sein.
Jede Medaille hat aber bekanntlich zwei Seiten. Wo liegen die Grenzen der Digitalisierung von Abläufen und Prozessen?
Schiller: Nach dem heutigen Stand der Technik wird z.B. eine virtuelle Simulation den realen Test auf absehbare Zeit nie ganz ersetzen. Bei sicherheitsrelevanten oder kritischen Themen – ob am Produkt oder in einer Fabrik – wird auch zukünftig real getestet werden. Simulation kann aber, wenn sie gezielt eingesetzt wird, die Anzahl der realen Tests drastisch reduzieren – wie wir dies in vielen Fällen bereits heute erfolgreich tun.
Wann, schätzen Sie, wird die Digitale Fabrik state of the art sein – in der Automobilindustrie und in anderen Branchen?
Schiller: Stand der Technik wird die Digitale Fabrik frühestens ab Mitte oder Ende dieses Jahrzehnts sein. Nach meiner Einschätzung arbeiten heute praktisch alle Automobilhersteller an ihrer Umsetzung. Allerdings unterscheidet sich das Vorgehen bei der Implementierung erheblich. Dies ist zum Teil eine Philosophiefrage, zum Teil aber auch eine Frage der Investitionsbereitschaft. Darüber hinaus setzen insbesondere Anlagenlieferanten, etwa für Rohbaulinien, oder Engineering-Dienstleister auf diese neue Technologie. Einen weiteren Schwerpunkt gibt es in der Luft- und Raumfahrt. Hier ist die Notwendigkeit klar, denn im Flugzeugbau muss bereits der erste Prototyp fliegen, sonst gibt es bald keine freiwilligen Testpiloten mehr.
Und was kommt nach der Digitalen Fabrik? Wie wird die vierte Revolution in der Automobilindustrie aussehen?
Schiller: Das ist ein Stück weit wie Kaffeesatzlesen. Aber ich glaube, dass insbesondere die Elektronik die Automobilindustrie grundlegend verändern wird. Hierauf müssen sich die produzierenden, aber auch die planenden Bereiche einstellen. Weitere Herausforderungen resultieren aus neuen Werkstoffkonzepten, neuen Ansätzen zur aktiven und passiven Sicherheit – etwa dem Fußgängerschutz – sowie der wirtschaftlichen Beherrschung kleiner Stückzahlen. Denn bei allen Automobilherstellern sind viele neue Varianten hinzugekommen. Die Folge sind zusätzliche Fahrzeuge, aber mit niedrigeren Stückzahlen je Baureihe. Eine derart höhere Modularisierung verlangt mehr Flexibilität einer Fertigungsanlage – bei gleichzeitig minimiertem Aufwand für den Umbau. Aber hierfür wird eine etablierte Digitale Fabrik hervorragende Dienste leisten.
Das Interview führte Sylvia Trage