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Intelligente Fertigung in der Automobilindustrie: Die Lösung heißt MES

September 22, 2020

Intelligente Fertigung in der Automobilindustrie: Die Lösung heißt MES

Zur Überwachung der Produktion von Kraftfahrzeugen und Kfz-Spezialteilen gelten besondere gesetzliche Verordnungen. In den Vereinigten Staaten sind vor allem zwei Regulierungsbehörden wichtig: die zivile US-Bundesbehörde für Straßen- und Fahrzeugsicherheit (National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA) und die US-Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency, EPA). Die EPA überwacht die Fahrzeugemissionen.

Zu den wichtigen Bestimmungen für die amerikanische Automobilindustrie gehören:

  • Das TREAD-Gesetz. Das im Jahr 2000 verabschiedete TREAD-Gesetz (Transportation Recall Enhancement, Accountability and Documentation) wurde im Zusammenhang mit Todesfällen aufgrund von fehlerhaften Firestone-Reifen beim Ford Explorer verabschiedet.
  • 49 CFR Chapter V Part 573 – Haftung für Mängel, Non-Compliance und Berichte (Defect and Non-Compliance Responsibility and Reports)
  • 49 CFR Chapter V Part 577 – Mängel- und Non-Compliance-Meldung (Defect and Noncompliance Notification)
  • 49 CFR Chapter V Part 579 – Informations- und Kommunikationsberichte über potentielle Mängel (Reporting of Information and Communications about Potential Defects)
  • 49 CFR Chapter V Part 583 – Meldungen zum Gesetz über die Kennzeichnung von Kraftfahrzeugen (Automobile Labeling Act Reports). Demnach sind Hersteller verpflichtet, alle amerikanischen und kanadischen Autoteile zu kennzeichnen.

Obwohl die meisten Spezialautoteile nicht direkt durch einen US-Sicherheitsstandard abgedeckt sind, unterliegen sie dennoch der NHTSA-Aufsicht. Die Hersteller, Händler und Installationsbetriebe dürfen kein Produkt in Verkehr bringen oder installieren, welches die Konformität eines Fahrzeugs, das einem bundesweiten Sicherheitsstandard entspricht, willentlich beeinträchtigen würde. Dies wird als "das Verbot des Unwirksammachens" bezeichnet (make inoperative prohibition). So ist es beispielsweise illegal, farbige Glühbirnen in Verkehr zu bringen, bei denen die Farb- und Leistungsanforderungen der nationalen Beleuchtungsnorm nicht erfüllt werden. Ein Automobilhersteller muss außerdem die NHTSA benachrichtigen, wenn bei einem Autobauteil ein sicherheitsrelevanter Defekt festgestellt wurde. Die NHTSA wird dann mit dem Hersteller eine geeignete Korrekturmaßnahme, wie zum Beispiel eine Kundenbenachrichtigung und einen eventuellen Rückruf, erarbeiten. Die NHTSA ist zudem befugt, ihre eigenen Sicherheitsprüfungen vorzunehmen und kann bei der Nichteinhaltung von Sicherheitsnormen sowie anderen Vorschriften Bußgelder verhängen.

Auf internationaler Ebene ist ein Aufsichtsorgan WP.29 tätig. Das UNECE World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations (WP.29) ist ein internationales Gremium für die Harmonisierung von Rechtsvorschriften für Kraftfahrzeuge, welches im institutionellen Rahmen des UNECE-Binnenverkehrsausschusses angesiedelt ist. Drei UN-Abkommen bilden den rechtlichen Rahmen, der es den an den WP.29-Sitzungen teilnehmenden Mitgliedsländern erlaubt, regulatorische Rechtsinstrumente im Bereich Kraftfahrzeuge und Kraftfahrzeugausrüstung national zu etablieren.

Das UN-Reglement enthält Bestimmungen zur Sicherheit und Umweltverträglichkeit; Leistungsanforderungen und Testverfahren; sowie regelmäßige technische Inspektionen der im Einsatz befindlichen Fahrzeuge.

Automarkt: Originalhersteller und Zulieferer

Das nachstehende Diagramm ist ein gutes Beispiel für die Komplexität der Automobilindustrie, die einen Gesamtumsatz von 3 Billionen Dollar ausweist, über 1.622 Unternehmen umfasst und über 2,6 Millionen Menschen beschäftigt. 1,7 Billionen Dollar trägt alleine die Zulieferer-Branche bei – das entspricht in etwa der Hälfte des Gesamtwertes der Autoindustrie.

Auch wenn Originalhersteller (OEM) z.B. die Endmontagebetriebe wie Ford, GM, Tesla usw. – zu namhaften Unternehmen gehören, sind gerade ihre Zulieferer für die Zuverlässigkeit und Qualität des Kfzs von entscheidender Bedeutung. Dies zeigt auch, warum das Supply-Chain-Management in dieser Industriesparte so wichtig ist der Domino-Effekt eines defekten Bauteils auf einer Ebene allein kann sich in der Endmontage als schwerwiegend herausstellen. Ein einziges Fahrzeug besteht aus über 30.000 Teilen! Es liegt also in der Verantwortung der OEMs, die Vertrauenswürdigkeit ihrer Lieferanten durch strenge Qualitätssicherungsmaßnahmen zu überprüfen, um so eventuelle Mängel der verbauten Bauteile zu minimieren.

Intelligente Fertigung in der Automobilindustrie

Laut McKinsey (Unternehmens- und Strategieberatung) hat die Umsetzung regulatorischer Anforderungen sowie weitere Verbesserungen, wie ESP (elektronisches Stabilitätsprogramm/Stabilitätskontrolle), Airbags, Steigerung der Kraftstoffeinsparung und Gewichtsreduzierung die Fertigungskosten, zwischen 1998-2011 um 3-4 Prozent pro Jahr erhöht. Es wird erwartet, dass jüngste Umweltauflagen die durchschnittlichen Fertigungskosten bis 2015 um weitere 6 Prozent und bis 2020 sogar um 16 Prozent erhöhen werden. Ein Gewinnrückgang pro Fahrzeug wurde darüber hinaus als Gesamteffekt verzeichnet, wobei die Fahrzeughersteller diesen Rückgang (aktuell) jedoch bewältigen konnten. Dies ist aufgrund der Effizienz- und Qualitätsverbesserungen um 3 bis 4 Prozent pro Jahr möglich.

Die treibenden Kräfte des Wandels der Automobilindustrie wurden noch in 2016 von McKinsey zusammengefasst:

  • Neue Geschäftsmodelle (Mobilität, datengestützte Dienste) definieren den Autobesitz und die Autonutzung neu
  • Wachstumsrückgang von 4 auf 2 Prozent bis 2030, bedingt durch Carsharing und sog. E-Hailing (App-basierte Taxi- und Fahrdienste)
  • Marktwachstum im Bereich der Fahrzeuge, die für einen bestimmten Einsatz optimiert sind (z.B. für Carsharing oder Stadtverkehr/ Ballungsräume)
  • Autonomes Fahren (schätzungsweise 15 Prozent der bis 2030 verkauften Neuwagen werden völlig autonom sein)
  • Einsatz von Elektrofahrzeugen
  • Ein multidimensionaler Wettbewerb für etablierte Automobilhersteller - Mobilitätsdienstleister (Uber), Technologieanbieter (Apple, Google) und spezialisierte Autohersteller (Tesla, usw.) verändern die Marktdynamik
  • Unternehmen sind gefordert, Partnerschaften zu stärken, ihr Leistungsangebot zu transformieren (nicht nur Verkehrsmittel, sondern Mobilitätsdienste) und den Wandel voranzutreiben (Cyber-Sicherheit, Datenschutz, fortlaufende Produktupdates/Einführung neuer Produkte), um auf die neue Disruption reagieren zu können.

Smart Manufacturing oder intelligente Fertigung wird definiert als vollintegrierte, kollaborative Fertigungssysteme, die auf sich ändernde Anforderungen und Bedingungen innerhalb der intelligenten Fabrik, des Lieferantennetzwerkes und hinsichtlich der Kundenanforderungen in Echtzeit reagieren. Smart Industry ist ein Synonym für Industrie 4.0 oder die vierte industrielle Revolution, in welche Smart Manufacturing oder intelligente Fertigung eingeordnet wird.

Die Bedeutung der intelligenten Fertigung ist für die Industrie enorm: Der weltweite Markt für intelligente Fertigungssysteme wurde 2019 auf 215,8 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird von 2020 bis 2027 voraussichtlich eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 11,8 Prozent erreichen (viermal so hoch wie das Wachstum der Automobilindustrie selbst).

Intelligente Fertigung umfasst unterschiedliche Aspekte; die vier wichtigsten davon sind:

  • Leistungsfähigkeit hinsichtlich Produktionsgüter
  • Leistungsfähigkeit hinsichtlich Personal (Arbeitskräfte)
  • Leistungsfähigkeit hinsichtlich Informationen (Big Data/Analytics)
  • Produktleistung (Qualität)

Die Fertigung deckt die gesamte Lieferkette ab — was bedeutet, dass der Fokus nicht nur bei den Originalherstellern oder Zulieferern selbst liegt, sondern auch ihre erweiterte Wertschöpfungskette mitberücksichtigt. Lieferanten, Kunden und Logistikpartner gehören alle zu den Aspekten der Lieferkette, die einer Berücksichtigung und Optimierung bedürfen.

Das Ziel der intelligenten Fertigung ist die Optimierung der Fabrikleistung mithilfe der Industrie-4.0-Technologien, wie beispielsweise maschinelles Lernen/KI, Big Data, Analytics sowie AR/VR, bei gleichzeitiger Einbeziehung der bestehenden Qualitäts-Initiativen wie Lean Production und OEE.

Intelligente Fertigung ist MES

Die Aufgabe, eine Grundlage für Smart Manufacturing zu schaffen, erscheint angesichts der unterschiedlichen Komponenten und der Komplexität dieser verschiedenen Lösungen möglicherweise eher gewagt. Der einfachste Weg dahin ist eine Plattform, die diese Schlüsseltechnologien enthält und somit Transparenz schafft, fundierte Entscheidungen zur Optimierung trifft und die Industrie-4.0-Technologien problemlos integrieren kann.

Die Leistungsverbesserung der Lieferkette spielt aufgrund der für diese Branche typischen, geringen Gewinnmargen eine zentrale Rolle. Autozulieferer und Automobilhersteller müssen sämtliche Verluste in ihrer Lieferkette ausschließen, um so ihre Kosten zu senken, unabhängig davon, ob sich diese Kosten aus dem eigentlichen Fertigungsprozess oder aus der erweiterten Wertschöpfungskette herleiten.

Ein wichtiger Aspekt ist die Einhaltung von Good Manufacturing Practices, wobei die Sicherstellung einer angemessenen Dokumentation von der Eingangskontrolle bis zur Auslieferung der Produkte ist ein Aspekt der Transparenz. Die Sicherstellung einer angemessenen Dokumentation von der Eingangskontrolle bis zur Auslieferung der Produkte ist ein Aspekt der Transparenz.

Die Erfüllung dieser übergeordneten Systemanforderungen kann durchaus als eine gewaltige Aufgabe erscheinen, insbesondere wenn eine Lösung die Kombination aus Altsystemen, Insellösungen und benutzerdefinierten Anwendungen abdecken sollte. Wir haben dieses Thema bereits in unserem Blog-Artikel über 6 Gründe, warum Sie keine eigene Software entwickeln sollten, angesprochen. Es gilt auch für dieses Szenario.

Der zentrale Vorteil von MES (Manufacturing Execution Systems) ist die Abdeckung der Anforderungen einer Branche durch umfassende Funktionalität der Lösung. Es gibt spezielle MES für Lebensmittel- und Getränke-, Öl- und Gas-Industrie oder - wie in diesem Fall - für komplexe diskrete Montage. In jeder Branche gelten für die Handhabung von Lagerbeständen, Arbeitsanweisungen, Personalmanagement, Geräte- oder Betriebsmittelwartung besondere Verfahren. Entspricht das von Ihnen gewählte MES nicht den Anforderungen, so werden Sie viel Zeit damit zubringen, sein Modell an Ihren Prozess anzupassen. Aus diesem Grund sollte ein MES eingesetzt werden, welches folgende Merkmale aufweist:

  • Zuverlässige Arbeitsauftragsabwicklung
  • Integration in Unternehmensanwendungen, wie PLM (für die Bau-/Konstruktionsdaten) und ERP (für die kunden- und bestandsbezogenen Fertigungsanforderungen)
  • Qualitätsprüfung (in-line, at-line, off-line - während der Fertigung, nach einem Fertigungsschritt und nach dem Fertigungsende) und SPC
  • Personalmanagement (einschließlich Arbeitsanweisungen, AR/VR-geführte Interaktion, Zertifizierungen und Erfassung von E-Signaturen zur Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen)
  • Integrierte Business-Intelligence (Performance-Dashboards, Echtzeit-Statistiken)
  • Datenplattform als Schnittstelle für den Zugang zu Echtzeit-Daten aus den IoT- und Automatisierungssystemen

Ein leistungsfähiges MES bietet außerdem noch viele weitere Funktionalitäten. Die Erstellung eines Datenmodells der Fabrik bildet die Grundlage für die Rückverfolgung/Genealogie, die für das Qualitäts- und Rückrufmanagement entscheidend ist. Eine offene Datenarchitektur stellt sicher, dass die Integrationen, die zur Transparenz, Systemaktualisierung und Interoperabilität mit anderen Einrichtungen und Systemen in der Fertigung benötigt werden, bei Änderungen in Ihrem Unternehmen fortlaufend problemlos aktualisiert werden können. Ein kompetenter MES-Anbieter verfügt zudem über ein Ökosystem von Partnern, sowohl im Technologie- als auch im Service-/Beratungsbereich. So wird sichergestellt, dass Ihr Unternehmensprojekt seine ursprünglichen Ziele hinsichtlich intelligenter Fertigung heute und in der Zukunft erreichen wird.

Die englische Originalversion dieses Artikels von Maryanne Steidinger (veröffentlicht am 28. August 2020) finden Sie hier.


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Five Ways Medical Device Industry Leaders Maintain their Manufacturing Edge
by Julie Fraser, Iyno Advisors
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