Abschied vom Fließband

München. Die Automobilindustrie steckt in der Klemme: Um kostengünstig zu produzieren, ist sie auf einen hohen Automationsgrad angewiesen. Aber die klassische, starre Automation blockiert die immer wichtiger werdende Flexibilität. Beides unter einen Hut zu bringen, dürfte unweigerlich zum Abschied vom Fließband führen – und Konstruktionsprinzipien der Fahrzeuge verändern.

Erste Ansätze finden sich schon in der realen (Klein-)Serienproduktion. So hat Audi für die R8-Manufaktur zusammen mit dem Automatisierungsspezialisten Bär ein extrem flexibles Montagesystem entwickelt: Autonom und nicht an feste Fahrwege gebunden rollen fahrerlose Transportsysteme (FTS) durch die Halle und transportieren die R8-Karossen von Montagestation zu Montagestation.

Brauchen einzelne Fahrzeuge etwa für eine Individualisierung einen weiteren Montageschritt, kann die nötige Station abseits des üblichen Montagewegs aufgestellt und von den FTS angefahren werden.

Ist das schon die Produktion der Zukunft? "In diese Richtung könnte es gehen, aber mit noch mehr Freiheit als dort", sagt Peter Froeschle. Der Ingenieur hat viele Jahre bei Daimler in Entwicklung und Produktion gearbeitet und ist nun Vorstand und Geschäftsführer der Forschungsplattform "Arena2036". Die Abkürzung steht für "Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles in 2036" – dem Jahr des 150. Geburtstags des Automobils.

Arena2036 wird im Wesentlichen von Industriepartnern getragen, die eigene Projekte einbringen und gemeinsam mit Forschern von Instituten wie Fraunhofer und der Uni Stuttgart bearbeiten. Auf dem Stuttgarter Campus entsteht derzeit eine 35 Millionen Euro teure Forschungsfabrik, die Anfang 2017 in Betrieb gehen und Platz für über 200 Personen bieten soll. Arena2036 selbst verfügt nur über etwa ein halbes Dutzend Mitarbeiter.

Als einziger Automobilhersteller ist bisher Daimler in Arena2036 aktiv, als großer Zulieferer auch Bosch. "Mit zwei weiteren Automobilherstellern sind wir in Gesprächen" über die Mitarbeit, berichtet Froeschle.

Wie weit die Freiheit in der Produktion noch gesteigert werden soll, kann Froeschle auch schon sagen: Soweit, dass sich "die Produktionsmodule wie Logistik, Rohbau und Montage selbst organisieren – Sie geben als Input nur noch Art und Menge des Produkts ein." Das wäre die komplette Umsetzung von Industrie 4.0: Vernetzte Anlagen und Werkstücke handeln untereinander den optimalen Produktionsablauf aus. Davon ist die heutige Fertigung noch weit entfernt.

Ein erster Schritt in diese Richtung: Um mit Nachfrageschwankungen und immer mehr Produktvarianten besser umgehen zu können, "müssen wir unsere Produktion modularer gestalten", erläutert Andreas Friedrich, der die Technologiefabrik von Mercedes-Benz leitet, und Daimler im Projekt Arena2036 vertritt. Durch Hinzu- oder Abschalten und Austauschen von Produktionsmodulen, so Friedrich, könne dann schneller auf neue Produktvarianten reagiert und die Produktionsstückzahlen angepasst werden.

"Die größte Herausforderung ist die Wandlungsfähigkeit im Rohbau", sagt Froeschle, weil dort die kostenintensivsten Anlagen und Betriebsmittel zu finden sind, etwa Roboter oder Halterungen. Dort laute ein Ziel, Roboterzellen so zu gestalten, dass sie schnell und kostengünstig auf ein anderes Fahrzeugmodell umgerüstet werden können. Gerade hier könnte die direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter Verbesserungen bringen.

In Daimlers Aufgabenliste für Arena2036 sind Eckpunkte und Ziele für die Produktion der Zukunft klar definiert:

– Auflösung starrer Strukturen, beispielsweise durch autonome Flurtransportsysteme (FTS) statt fest am Boden installierter Fördertechnik,

– Anlagen mit gleitendem Automatisierungsgrad, die je nach Stückzahl und Lohnniveau jederzeit wirtschaftlich optimal arbeiten,

– Mensch-Maschine-Interaktion, also Anlagen, bei denen Mensch und Roboter ihren spezifischen Fähigkeiten entsprechend zusammenarbeiten und die

– Rekonfigurierbare Produktion: Anlagen, die sich einfach und schnell skalieren oder umbauen lassen.

Doch das alles ist nicht allein ein Produktionsthema. Für eine Flexibilisierung der Produktion dürfte auch eine neue Modularisierung der Fahrzeugkonstruktion nötig sein. Führt der Weg zurück zu einem Rahmen mit Antriebsstrang, der einfach unterschiedliche "Hüte" bekommt? Das hält Andreas Friedrich für zu trivial und mit dem Firmenmotto "das Beste oder nichts" für unvereinbar. "Aber es ist richtig, dass die Modularisierung vom Produkt und seinen Herstellprozessen einen möglichen Lösungsweg für die Zukunft darstellt", sagt Friedrich.

Das sieht auch Peter Froeschle so und erinnert daran, dass ein Projekt innerhalb von Arena2036 auch die Frage untersuche, welche Schnittstellen für die Aufteilung in Module sinnvoll sein könnten. Ein Ansatz in diese Richtung war bereits beim BMW i3 zu sehen, der aus Drive- und Life-Modul besteht.

Klar ist, dass künftig Fahrzeugentwickler und Produktionsexperten noch früher zusammenarbeiten müssen, um optimale Lösungen zu finden. "In enger Zusammenarbeit mit den Kollegen der Fahrzeugentwicklung achten wir darauf, dass zukünftige Produktmodule den Anforderungen der Produktionsmodule genügen – und umgekehrt", erläutert Andreas Friedrich.

Für Daimler bilden Arena2036 und die von Andreas Friedrich geleitete Mercedes-Benz-Technologiefabrik ein perfektes Paar: Arena2036 bilde "eine Art Vorentwicklung und damit einen Thementrichter", sagt Friedrich. Ein Teil der Themen werde direkt in die Technologiefabrik zur Umsetzung in Serienprozesse übernommen. "Aus dem anderen Teil werden wir nach dem Motto 'fail fast, learn fast' lernen und damit ebenfalls profitieren."

Schon jetzt finde ein Transfer statt: "Erste Planungsmethoden und Tools aus der Arena2036 nutzen wir in der Technologiefabrik schon heute", sagt Friedrich. Als Beispiel nennt er eine App, "die mit einer geeigneten Metrik die Wandlungsfähigkeit einer Anlage messbar und damit vergleichbar macht". Mit intuitiven Bedien- und Programmierkonzepten für Roboter, intelligente Vernetzung von Betriebsmitteln, autonomem Waren- und Werkstücktransport würden noch mehrere Industrie-4.0-Anwendungen folgen.