Audis Produktionslabor: Wenige Cloudrechner statt Tausende Industrie-PCs
Statt Software in diversen Steuergeräten für Gurtstraffer und Airbag zu installieren, erhalten kommende Fahrzeuggenerationen eine zentrale Recheneinheit. Darüber lassen sich einzelne Funktionen im Auto per Update verbessern. Audi will diesen Ansatz – eine zentrale Steuerung – nun auch in seine Fertigung bringen. Der Autohersteller nennt das Edge Cloud 4 Production. "Es ist ein entscheidender Schritt zur IT-basierten Produktion" , sagt Audi-Produktionsvorstand Gerd Walker beim Besuch in Ingolstadt.
Heute stehen mehr als 10.000 Industrie-PCs entlang der Fertigungsstraßen und geben den Mitarbeitern ihre Arbeitsschritte vor, etwa welche Ausstattung in welches Modell kommt. An vielen Stationen bleibt allerdings Rechenleistung ungenutzt. Die Kombination aus PC und Monitor benötigt etliche Kabel und vor allem viel Energie. Bei Updates steht jeder Rechner für mindestens 45 Minuten nicht zur Verfügung.
Reißverschluss zwischen Disruption und Industriefertigung
"Halbierung der Fertigungskosten pro Fahrzeug, doppelte Geschwindigkeit bei Modellumrüstungen" , gibt Walker als Ziel für das interne Programm Vorsprung 2030 aus. In acht Jahren soll die Audi-Fertigung auf drei Millionen Fahrzeuge pro Jahr steigen. Im vergangenen Jahr waren es knapp 1,6 Millionen. Auf dem Weg sollen etliche Digitalisierungsprojekte, darunter die Edge Cloud, helfen(öffnet im neuen Fenster) .
Doch einen so radikalen Umbau startet man nicht im Herzen der Produktion. Um die Schritte auf diesem Weg zu verstehen, muss man einige Kilometer von Ingolstadt in ein Gewerbegebiet nach Gaimersheim fahren. Hier befindet sich seit 2012 das Production-Lab (P-Lab). Henning Löser und sein Team testen technische Innovationen und Ideen der Start-up-Welt auf ihre Einsatzfähigkeit in einer industriellen Umgebung. "Wir fungieren als Reißverschluss zwischen beiden Welten" , sagt Löser.
Erste Versionen der Edge Cloud 4 Production wurden in dieser Versuchshalle installiert. Inzwischen hat die Anwendung das Laborstadium verlassen und soll ihre Vorteile in der Praxis beweisen. Audi ist der weltweit erste Hersteller, der in einer taktgebundenen Fertigung auf eine zentrale Serverlösung setzt. "Bislang mussten wir Hardware kaufen, wenn wir neue Funktionen einsetzen wollten. Jetzt kaufen wir Applikationen nur noch als Software" , beschreibt Vorstand Walker den Vorteil.
Doch so stolz sich sämtliche Audi-Vertreter beim Besuch zeigen, so vorsichtig wagen sie die ersten Schritte. Als Praxistest dient nicht die Produktion in Ingolstadt, sondern die Kleinserienfertigung in den Böllinger Höfen bei Neckarsulm. Hier laufen der elektrische E-Tron GT und der klassische Sportwagen R8 auf einer Fertigungslinie.
Nur noch ein Kabel für Daten und Energie
Das "Edge" von Edge Cloud 4 Production beschreibt dabei den Standort der Server. Drei Großrechner stehen am Rande der Produktion, es handelt sich also um eine Vor-Ort-Cloud. Lösers Kollege zieht im P-Lab den Stromstecker eines Servers. Auf dem Thin Client wird der Ausfall direkt angezeigt, doch wenige Sekunden später wechselt der Monitor auf den verbliebenen Server und man sieht wieder die anstehenden Arbeitsschritte. In den Böllinger Höfen gibt es 36 sogenannte Takte, einzelne Arbeitsstationen, die ein Auto in der Montage durchläuft. Jede wird mit einem Thin-Client-Monitor ausgestattet.
Die Geräte beziehen sowohl ihre Daten als auch ihre Energie über das Ethernet-Kabel ( Power over Ethernet/PoE(öffnet im neuen Fenster) ). Die benötigte Rechenleistung stellen drei Server. Sie ermöglichen zudem ein zentrales und unterbrechungsfreies Aufspielen von Patches sowie Updates. "Wir nutzen die Böllinger Höfe als Reallabor, bevor wir uns an die Großserienfertigung wagen" , begründet Löser das Vorgehen.
5G-Netz für die Fertigung
Auf seiner Aufgabenliste steht als weiteres Projekt: der Aufbau eines 5G-Funknetzwerks. Audi hat dazu Lizenzen erworben, um ohne Provider ein eigenes Netz aufzubauen. "Es geht vor allem um die Steuerung der fahrerlosen Transportsysteme" , sagt Löser. Intern heißen sie FTS und bringen Bauteile wie von Geisterhand ans Fließband.
Auch im P-Lab umrunden uns bei der Demonstration laufend einige dieser FTS. WLAN hat sich aufgrund seiner Störanfälligkeit und des sinkenden Datendurchsatzes bei hohen Nutzerzahlen nicht bewährt. Darum setzt Audi auf 5G. Noch fehlen einige Bauteile, die den uRLLC-Standard ( Ultra Reliable and Low Latency Communications(öffnet im neuen Fenster) ) unterstützen. Ansonsten wäre Löser mit dem Projekt schon weiter. Die FTS sollen flexibel ihre Befehle erhalten und die Fahrwege entsprechend anpassen. Auch Updates werden dann kabellos auf die Transportsysteme übertragen.
Modulare Montage steigert die Effizienz
Diese flexible Steuerung ist wichtig für die modulare Montage. Sie ist ein weiterer Schritt, mit dem Produktionsvorstand Gerd Walker die Fertigung revolutionieren möchte. Das Fließband war für die industrielle Autofertigung vermutlich die wichtigste Erfindung. Doch bei Fahrzeugen mit vielen Ausstattungsoptionen stößt die lineare Herstellung mit festen Taktzeiten an ihre Grenzen.
"Die modulare Montage ist eine unserer Antworten auf die zukünftigen Anforderungen an die Produktion" , sagt Walker. In einer Werkshalle in Ingolstadt wird diese Zukunft getestet. Etliche FTS fahren mit Türinnenverkleidungen zu einzelnen Montagestationen. An jeder der sieben Stationen steht ein Mitarbeiter. Andere FTS bringen die benötigten Bauteile zu den jeweiligen Stationen.
Beeindruckendes Ballett rund um eine Montagestation
Eine Türinnenverkleidung ist ein gutes Beispiel für ein Bauteil mit großer Ausstattungsvarianz. Beispielsweise kann der Kunde ein integriertes Sonnenrollo bestellen. Doch diese Rollos werden nur in Hintertüren angeboten. An einem Fließband hätte der Mitarbeiter bei Vordertüren oder Türen für eine Coupé-Version, die keine Hintertüren hat, nichts zu tun. In der Halle fahren die FTS mit Vordertüren einen Bogen um die Station mit den Sonnenrollos.
Für die fahrerlosen Transportsysteme gibt es keine festen Routen. Sie bringen das Bauteil zu dem Mitarbeiter, der aktuell frei ist. Auch bei der Innenraumbeleuchtung und somit dem Kabelbaum in der Türinnenverkleidung gibt es Unterschiede. Die FTS mit den Materialkästen vollführen ein beeindruckendes Ballett rund um eine Montagestation. Jeweils der Kasten mit dem benötigten Kabelbaum nähert sich auf Greifweite dem Mitarbeiter. Danach entfernt sich das FTS wieder und wird durch ein anderes Fahrzeug mit anderen Bauteilen abgelöst.
Endmontage weiterhin am Fließband
"Die Endmontage eines Fahrzeugs wird weiterhin am Fließband erfolgen. Doch für die Vormontage einzelner Bauteile mit hoher Varianz ist die modulare Montage ein enormer Effizienzgewinn" , sagt Wolfgang Kern, Projektleiter Modulare Montage im P-Lab. Er schätzt die Produktivitätssteigerung bei einer Umstellung auf 20 Prozent.
Noch ist die Vormontage der Türinnenverkleidungen ein Testlauf. Hier werden exakt die Bestellungen abgearbeitet, die am Vortag die echte Produktion durchlaufen haben. Das ermöglicht eine Vergleichbarkeit. Doch in ein Auto werden die Türinnenverkleidungen aus dem Testlauf nicht eingebaut. Noch bis Jahresende wird getestet. Spätestens bis 2025 hofft Kern auf eine Integration der modularen Montage in der Serienfertigung.