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Mercedes-Benz „cubeTEC“

27.10.2017 Sindelfingen. Mit cubeTEC präsentiert Mercedes-Benz Cars zum ersten Mal den Rohbau der Zukunft sowie fünf weitere innovative Fertigungstechnologien.

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Die Teilnehmer des „ Handelsblatt-Autogipfels 2017“ erhielten einen exklusiven Einblick in die Verfahrensentwicklung der TECFABRIK, die Hightech-Zukunftswerkstatt im Mercedes-Benz Werk Sindelfingen. Die Daimler AG ist in diesem Jahr Hauptsponsor der Branchenveranstaltung mit 650 Teilnehmern.

„Wir revolutionieren mit cubeTEC den Rohbau in der Automobilindustrie und schaffen somit maximale Flexibilität“, so Markus Schäfer, Mitglied des Bereichsvorstands Mercedes-Benz Cars, Produktion und Supply Chain. „Das cubeTEC-Konzept ist unsere Antwort auf kurzfristigere Modellzyklen, die steigende Modellvielfalt und vor allem auf die Herausforderungen der Elektromobilität.“

Während die Karosserie-Einzelteile in einem traditionellen Rohbau durch verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel Schweißen, in einer starren Fertigungslinie zusammengefügt werden, lassen sich bei cubeTEC die einzelnen Stationen flexibel kombinieren und werden über ein fahrerloses Transportsystem (FTS) miteinander verbunden.

Durch die Flexibilität von cubeTEC können unterschiedliche Derivate einer Baureihe gleichzeitig gefertigt werden. Heute sind hierfür mehrere spezifische Produktionslinien nötig. In der cubeTEC-Anlage lassen sich somit sowohl Karosserien für herkömmliche Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor als auch für batterieelektrische Modelle produzieren, die aufgrund der Batterie eine angepasste Grundarchitektur benötigen.

Mercedes-Benz bringt bis 2022 mehr als zehn reine Elektro-Pkw auf den Markt. Die Modelle der Produkt- und Technologiemarke EQ werden in der Endmontage gemeinsam mit den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor auf einer Linie produziert. Mit cubeTEC schafft Mercedes-Benz Cars die Voraussetzungen für die Umsetzung der Elektrooffensive auch im Rohbau.

In der TECFABRIK hat Mercedes-Benz die Bereiche Design, Entwicklung, Vertrieb, Einkauf und Produktion intelligent vernetzt. Durch die enge Verzahnung der Bereiche bereits im Anfangsstadium der Entwicklung, kann der Reifegrad der Produkte schon früh maßgeblich beeinflusst werden.

Andreas Friedrich, Leiter Technologiefabrik MBC Aufbauwerke, Mercedes-Benz Cars, erklärt: „Die TECFABRIK bildet den Kern der Technologieentwicklung für die Produktion von Mercedes-Benz. Wir entwickeln und bringen standardisierte Produktionstechnologien in unsere Werke weltweit. Genauso haben wir die End-to-End Verantwortung für die Digitalisierung über alle Bereiche. Wir verbinden Technologien, Innovationen und die Einzigartigkeit unserer Mitarbeiter und schaffen damit optimale Prozesse in der Automobilindustrie.“

cubeTEC – das Konzept

Aktuell besteht der Rohbau bei Mercedes-Benz Cars im Wesentlichen aus hunderten von Schweiß- und Fügerobotern, die in einer festgelegten Reihenfolge nacheinander ihre Arbeit ausführen, bis die Rohkarosse fertiggestellt ist und in die Lackiererei geht.

Soll nun der Nachfolger einer Baureihe oder ein Derivat mit abweichenden Geometrien gefertigt werden, so muss gewöhnlich eine zweite Linie aufgebaut werden, die den spezifischen Anforderungen des Fahrzeugs gerecht wird. Beispielsweise werden andere Bauteile verbaut, damit sind andere Greifer notwendig. Auch die Fügetechniken sind speziell auf diese Karosserie ausgelegt. Große Unterschiede gibt es bei Architekturen für Elektrofahrzeuge. Statt eines Motors und Getriebes benötigt ein Elektrofahrzeug eine große und relativ schwere Batterie, die crash-sicher in den Fahrzeugboden integriert werden muss.

Durch das cubeTEC-Konzept wurde eine neue Möglichkeit entwickelt, Vorbau und Heckwagen im Rohbau flexibel zu fertigen. Mithilfe von modularen Rohbauzellen entsteht eine vollflexible Anlage. Ausgangspunkt ist ein sogenannter Supermarkt. Hier werden alle benötigten Teile für die verschiedenen Baureihen, ihre Derivate und Nachfolger zentral (und nicht mehr in unmittelbarer Nähe der Anlage) bereitgestellt. Diese werden über fahrerlose Transportsysteme (FTS) in einem ersten Schritt an sogenannte GEO-Stationen geliefert. In den GEO-Stationen werden die einzelnen Teile des Vorbaus oder Heckwagens in die richtige Position gebracht und schließlich so fixiert, dass die entstehenden Module und Komponenten weiterverarbeitet werden können. Zum Einsatz kommen zwei unterschiedliche GEO-Stationen. Eine Station mit verstellbaren „NC-Achsen“ hält die Einzelteile in der gewünschten Position, so dass sie durch Schweißroboter fixiert werden können. Damit ist es möglich, Bauteile unterschiedlicher Größe automatisch zu verarbeiten. Eine voll-flexible GEO-Station nutzt das sogenannte Jigless-Verfahren: Mehrere Roboter arbeiten zusammen. Je nach Bauteil holen sie sich die erforderlichen Greifer und halten bzw. drehen die Bauteile in eine optimale Fügeposition. Sind die Einzelteile schließlich in den GEO-Stationen fixiert worden, geht es über FTS weiter zu speziellen „Ausfüge-Cubes“, in denen schließlich die Feinarbeit – das Ausfügen – mit flexibler Anordnung der Fügetechnik durchgeführt werden kann.

Vorteile von cubeTEC

Durch zunehmende Flexibilität wird es möglich, Baureihen mit hoher Varianz in einer Rohbauanlage abzubilden. Mehrere parallele Fertigungslinien sind somit nicht länger notwendig, außer sie dienen der Volumensteigerung.
Die Anordnung der Cubes wird an den vorgegebenen Gebäudeflächen orientiert und ist somit flexibler.
Es entfallen starre und bodengebundene Geovorrichtungen.
Zudem besteht die Möglichkeit der Vollvernetzung der Cubes, um so die Vorteile von Big Data nutzen zu können.
Die Logistik wird durch eine Teilebereitstellung 4.0 mit Supermarktkonzept und FTS optimiert.
Um in der Karosserieproduktion auch die korrekte Reihenfolge der Fahrzeuge einzuhalten, wird eine Steuerung eingesetzt, die das Transportsystem, die Fertigungszellen und den Supermarkt verbindet. So kann visualisiert werden, in welchem Zustand sich die Anlage befindet und welches Modell in welcher Fertigungszelle bearbeitet wird.

Weitere Stationen in der TECFABRIK beim Handelsblatt Auto-Gipfel 2017

Die Mitarbeiter der TECFABRIK in Sindelfingen arbeiten an der Entwicklung innovativer Produktionstechnologien, die im Sinne von Industrie 4.0 die Produktion von morgen gestalten. Viele Anwendungen haben von hier bereits den Sprung in die Serienproduktion geschafft.

Das EU-Projekt AREUS erforscht eine energieeffiziente und energieflexible Automobilproduktion: Ein Gleichstromnetz versorgt Roboter mit grünem Strom, der teilweise wieder zurückgewonnen und zwischengespeichert wird.

Basis der Anlage bildet die direkte Nutzung von regenerativer Energie, die beispielsweise über Photovoltaikanlagen an den Produktionshallen gewonnen wird. Bei AREUS werden alle Prozesse von Wechselstrom auf Gleichstrom umgestellt. Die meisten elektrischen Verbraucher in den Anlagen der Automobilindustrie benötigen Gleichstrom – vom Rechner bis zur Antriebssteuerung für einzelne Elektromotoren, die den Roboterarm bewegen. Aus der „Steckdose“ kommt aber Wechselstrom, der erst umgewandelt werden muss. Mit AREUS wird die Energieversorgung der Industrieroboter von der heute üblichen Wechselspannung auf Gleichspannung umgestellt. Mit Gleichstrom versorgte Roboter können mit einem Batterie-Pack mobil und somit flexibel eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil: Ein Gleichstromnetz ist effizienter und robuster gegenüber Schwankungen in der Verfügbarkeit und Netzqualität, wie sie gerade für die regenerative Energieversorgung typisch sind.

Energie, die beim Abbremsen der Roboter in der Anlage entsteht, wird zurückgewonnen und nicht benötigte Energie kann gespeichert werden, um sie für einen späteren Bedarf flexibel abzurufen. Gesteuert wird AREUS durch intelligente Messtechnik, die jederzeit über den Energiebedarf und -status Auskunft gibt.

Das AREUS-Projekt wurde im September 2016 abgeschlossen. Die ersten Schritte hin zu effizienteren, auf Gleichstromtechnik basierenden Produktionsanlagen sind umgesetzt.

Eine weitere Innovation stellt das Pilotprojekt zum automatisierten Fahren in der Produktion dar. Zum offiziellen Anlauf der Luxuslimousine im Mercedes-Benz Werk Sindelfingen fuhr eine S-Klasse eigenständig und ohne Fahrer am Lenkrad in der Endmontage vom Band. Anschließend steuerte das Fahrzeug automatisiert den etwa 1,5 Kilometer entfernten Verladeparkplatz innerhalb des Werksgeländes an.

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Um das Ziel zuverlässig zu erreichen, kommt eine neu entwickelte und patentierte Technologie zum Einsatz. Kameras, Radar- sowie Ultraschallsensoren und eine leistungsfähige Software beschleunigen und bremsen das Fahrzeug selbstständig und halten zuverlässig die Spur. In einem Pilotversuch testet das Werk Sindelfingen aktuell eine mögliche Serienanwendung und die damit verbundenen Potenziale. Damit geht Mercedes-Benz den nächsten Schritt in der Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette. Mercedes-Benz nutzt Industrie 4.0 konsequent von der Entwicklung über die Produktion bis zum Kunden.

Bei allen Veränderungen durch die fortschreitende Digitalisierung steht der Mensch immer im Mittelpunkt. Seine Erfahrung, Kreativität und Flexibilität sind in der Automobilproduktion unersetzlich. Neue, innovative Technologien sollen ihn in seiner täglichen Arbeit bestmöglich unterstützen.

Ein Beispiel für einen solchen Smart Workplace bildet VaMoS. Das Variable Montagesystem steht für Mitfahrplattformen, auf denen sich ein Mitarbeiter mit seinem Werkzeug bandsynchron am zu produzierenden Fahrzeug mitbewegt. Mit der von Daimler entwickelten Technologie kann nicht nur die Ergonomie verbessert, sondern auch Fertigungszeit bzw. Wegezeiten der Mitarbeiter verkürzt werden.

Auch die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine spielt in der TECFABRIK eine entscheidende Rolle. Durch die Mensch-Roboter-Kooperation, lassen sich die kognitive Überlegenheit des Menschen und seine Flexibilität optimal mit der Kraft, Ausdauer und Zuverlässigkeit der Roboter verbinden. Heute wird ein Montageschritt in der Regel entweder von Mitarbeitern oder von Robotern erledigt. In Zukunft werden Menschen und Roboter direkt und ohne Schutzzäune miteinander kooperieren. Bei Mercedes-Benz sind bereits Mensch-Roboter-Kooperationen im Serieneinsatz.

Ein Beispiel ist der Einbau der Batterie in ein Hybridfahrzeug: Die Batterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge sollen so viel Reichweite wie möglich bieten und sind daher entsprechend groß und schwer. Das macht ihre Montage ins Fahrzeug schwierig. Ein teures, sperriges und unflexibles Handhabungsgerät, ähnlich einem Kran, unterstützte den Arbeiter bislang. Aufgrund ihrer Größe musste die Batterie zudem vor und nach dem Einfahren durch die Kofferraumöffnung gedreht werden, um eine Beschädigung am Kofferraumausschnitt zu vermeiden. Ein moderner mittelgroßer Roboter, gesteuert entlang einer „virtual rail“, verbaut die Batterie jetzt mit hoher Wiederholgenauigkeit ohne Drehung und vereinfacht so die Produktion. Dabei überwacht der Mitarbeiter mit seinen sehr guten visuellen Fähigkeiten den Arbeitsraum des Roboters und entfernt bei Bedarf in der Einfahrkurve hängende Kabel. Weil der Roboter schnell reagiert, wenn sein Bediener die Hand von der Steuerung nimmt, können Mensch und Maschine eng zusammenarbeiten.

Im Zuge der Hybrid-Offensive von Mercedes-Benz wurde diese Produktionstechnologie im Januar 2016 bereits im Werk Bremen für den Serieneinsatz eingeführt und 2017 auf drei Fahrzeugvarianten erweitert. Zu sehen ist die Anwendung am Beispiel der künftigen S-Klasse, die noch verhüllt erscheint, mit einem weiterentwickelten Greifsystem, bei dem die Batterie angesaugt wird. Durch Visualisierungen auf dem mitgeführten Programmiergerät (SmartPad) bekommt der Mitarbeiter zusätzlich Informationen zum Prozessablauf, Bahnfortschritt und aktuell notwendigen Aktivitäten angezeigt und erhält dadurch die Möglichkeit, mit dem Roboter zu kommunizieren und zu interagieren.

Die Vorteile sind eine schnelle Anpassung der Logistik, die Vereinfachung der Montage, ein Ersatz eines sperrigen Handhabungsgeräts, die Erhöhung von Qualität und Effizienz, die einfache Anpassung der Montageprozesse sowie eine Varianten- und Nachfolge-Flexibilität.

Auch Virtual Reality bietet vielfältige Potenziale in der Produktion, beispielsweise durch eine virtuelle Montage mit einem Avatar. Ähnlich einer Spielekonsole mit Bewegungssteuerung werden bei der virtuellen Montage täuschend echt Bauteile in einem Fahrzeug befestigt. Durch das Erproben mit dem Avatar können erfahrene Mitarbeiter einschätzen, wie sich die jeweilige Arbeit am besten bewerkstelligen lässt. Der Vorteil besteht in einer frühzeitigen Optimierung der einzelnen Montageschritte.

Über Industrie 4.0 bei Mercedes-Benz Cars

Industrie 4.0 steht bei Mercedes-Benz Cars für die Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette von der Konstruktion und Entwicklung über die Produktion, wo der Begriff seinen Ursprung hat, bis hin zu Vertrieb und Service.

Die Anforderungen der Kunden rund um den Globus werden immer vielfältiger. Während Mercedes-Benz noch in den 1970er Jahren die meisten Kundenwünsche mit wenigen Pkw-Grundmodellen abgedeckt hat, sind es heute 37 Mercedes-Benz-Modelle und in naher Zukunft werden es über 40 sein. So laufen beispielsweise im Werk in Sindelfingen praktisch nie zwei identische Fahrzeuge der S-Klasse vom Band. Hinzu kommt ein immer breiteres Angebot an Antriebsvarianten – neben Otto- und Dieselmotoren setzen sich Hybrid- und reine Elektroantriebe immer mehr durch. Und die Innovationszyklen werden immer kürzer.

Industrie 4.0 hilft dabei, flexibel auf diese Herausforderungen zu reagieren. Bei der Digitalisierung des ganzen Unternehmens bildet die „Smart Factory“ den Kern. Unsere Vision: In der Smart Factory sind Produkte, Maschinen und die gesamte Umgebung untereinander und mit dem Internet vernetzt. Durch die Integration der realen Welt in eine funktionale, digitale Welt kann ein sogenannter „Digitaler Zwilling“ erzeugt werden, der in Echtzeit eine Abbildung von Prozessen, Systemen und ganzen Fabrikhallen ermöglicht.

Fünf Hauptziele verfolgt Mercedes-Benz mit der Smart Factory:

Größere Flexibilität: Die Smart Factory ermöglicht eine schnellere Reaktion der Fertigung auf globale Marktschwankungen und auf veränderte, individuellere Nachfrage unserer Kunden. Die digitale Produktion erleichtert auch die Fertigung hochkomplexer Produkte.
Höhere Effizienz: Sinnvolle und wirtschaftliche Nutzung von Ressourcen wie Energie, Gebäuden oder Vorräten ist ein entscheidender Wettbewerbsfaktor. Eine durchgängig digitale Prozesskette bedeutet auch eine ständige Bestandsaufnahme: Bauteile sind jederzeit und überall identifizierbar. Anlagen sind von überall aus steuerbar.
Höhere Geschwindigkeit: Flexible Produktionsprozesse, vereinfachte Anpassung bestehender Produktionseinrichtungen sowie die Installation neuer Anlagen ermöglichen einfache und effizientere Fertigungsabläufe.
Attraktives Arbeitsumfeld: Aktive Interaktion von Mensch und Maschine verändert die Arbeitswelt in vielen Bereichen wie beispielsweise bei Qualifizierung und Ergonomie. Unter Berücksichtigung des demografischen Wandels ergeben sich neue Perspektiven bei der Gestaltung zukünftiger Arbeits- und Lebensmodelle, um Mitarbeiter aller Altersgruppen mit Hilfe von neuen Technologien und Prozessen sinnvoll einsetzen und unterstützen zu können.
Smarte Logistik: von der Fahrzeugkonfiguration und -bestellung des Kunden, über die Teilebedarfsermittlung und Beschaffung bis hin zur Produktion und Auslieferung werden Prozessschritte digital vernetzt. Visionär formuliert: „Ein bestelltes Fahrzeug wählt sich seine Produktionsstätte und Maschine selbst.“

Das Konzept der Smart Factory wird Baustein für Baustein im globalen Fertigungsnetzwerk von Mercedes-Benz umgesetzt.

Die TECFABRIK

Um auch in Zukunft die führende Rolle bei Produkten und Produktionstechnologien einzunehmen, hat Mercedes-Benz die Bereiche Design, Entwicklung, Vertrieb, Einkauf und Produktion über die TECFABRIK in Sindelfingen intelligent vernetzt. Durch die enge Verzahnung der Bereiche bereits im Anfangsstadium der Entwicklung, kann der Reifegrad der Produkte schon früh maßgeblich beeinflusst werden. Dabei spielt die durchgängige Digitalisierung eine wichtige Rolle: Sie schafft die Voraussetzungen für eine hochflexible Fertigung und die zunehmende Individualisierung der Fahrzeuge nach Kundenwunsch.

cubeTEC, Mensch-Roboter-Kooperation oder der Avatar sind nur einige von vielen Innovationen der TECFABRIK, die wegweisend für die Vision der Smart Factory sind.

Ein besonderer Teil der TECFABRIK ist die Hightech-Zukunftswerkstatt. Hier entstehen die Innovationen von morgen – von Softwareanwendungen bis hin zu autonomen Roboterzellen. Im Idealfall schaffen die Erfindungen von hier den Sprung in die Serienproduktion. Dann gibt es wieder Platz, um neue Ideen auszuprobieren.

Die große Fabrikhalle hat etwas von einem Hightech-Labor: An mehreren Stationen arbeiten und schrauben Ingenieure und Techniker an Zukunftsprojekten und beweisen ihren Pioniergeist. Sie bedienen kleine und mittelgroße Roboter, die Bauteile oder Komponenten greifen und Karosseriestopfen montieren. Dort werden systematisch Ideen generiert und erprobt. Im Idealfall entwickeln sie sich zu bahnbrechenden Erfindungen.

Handelsblatt Auto-Gipfel 2017

Handelsblatt Auto-Gipfel 2017

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