Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine in einer Produktion einer Smart Factory

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung: Problemstellung und Forschungsfrage
1.1 Ziel der Arbeit
1.2 Vorgehensweise - grobe Gliederung der Hausarbeit

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Digitalisierung
2.2 Industrie 4.0
2.3 Smart Factory
2.4 Digitale Zwillinge
2.5 Datenspeicherung

3 Industrie 4.0 & Smart Factory in der Automobilindustrie am Beispiel der
3.1 Die Interaktion von Mensch und Maschine am Arbeitsplatz
3.2 Herausforderungen
3.3 Chancen und mögliche Maßnahmen

4 Zusammenfassung & Fazit

5 Literaturverzeichnis

6 Anhang
6.1 Fragekatalog

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1:Die vernetzte Automobilproduktion (Quelle: interne Unterlagen E.GO)

Abbildung 2: Grundlagen der Industrie 4.0 bei der Next e.GO Mobile (Quelle: interne Unterlagen E.GO)

Abbildung 3: Qualitätssoftware (Quelle: interne Unterlagen E.GO)

Abbildung 4: Beispiel eines Stationsboard mit den einzelnen Montageschritten (Quelle: European 4.0 Transformation Center)

Abbildung 5: SCADA (Quelle: European 4.0 Transformation Center)

Abkürzungsverzeichnis

e.GO Next e.GO Mobile SE

FTF fahrerlose Transportsysteme

IoT internet of Things

MES Manufacturing Execution System

NOK NOT OKAY

RFID Radio Frequency Identification

1 Einleitung: Problemstellung und Forschungsfrage

Durch den Wandel der Welt wird die Digitalisierung immer weiter vorangebracht. In vie­len Bereiche hat die Digitalisierung große Innovationen hervorgebracht, besonders in der Automobilbranche, vom Fließband bis zu Robotern. Der Einfluss von Innovationen hat positive, aber auch negative Effekte. Nimmt man z.B. das Smartphone: Dieses ist ein wichtiger Bestandteil unseres Alltages geworden und hilft uns diesen zu bewältigen. Die negative Seite zeigt sich in der dauernden Erreichbarkeit durch das Smartphone, nicht nur telefonisch, sondern auch durch Emails oder WhatsApp Nachrichten. In der Industrie hat die Digitalisierung geholfen z.B. die Nachverfolgbarkeit der einzelnen Kom­ponenten, Inhaltstoffe oder Bauteile eines Produktes zu verbessern. Ziel ist es durch die Transparenz in den Herstellungs- und Produktionsprozessen der einzelnen Komponen­ten mögliche Folgekosten zu reduzieren. Die Automobilbranche ist von dieser Anforde­rung an Produkte zunehmend betroffen. Durch die anwachsenden Kundenanforderun­gen und Wünsche an Produktqualität ist der Druck an das Unternehmen und an ihre Mitarbeiter gestiegen. Die zunehmende Digitalisierung von Produktionsprozessen kann dabei helfen, dass die Mitarbeiter und das Unternehmen mit diesem Anstieg umgehen kann. Die Next e.GO Mobile SE ist ein typisches Beispiel für digitalisierte Produktions­prozesse. Die Daten werden zum Beispiel verwendet, um Ausfälle und Fehler durch frühzeitige Fehlererkennung zu vermeiden, oder aber im Schadensfall nachvollziehen zu können, auf welchem Bauteil das Problem beruhte. Die Mitarbeiter werden durch die Interaktion von Daten und Fakten unterstützt, aber auch sie bringen einen wichtigen Faktor mit. Eine Innovation in dieser Produktion sind die autonomen Schlagschrauber, die durch den automatischen Erhalt von Information im Prozessschritt das genaue Dreh­moment erhalten.

1.1 Ziel der Arbeit

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Produktion in einer Smart Factory. Als Bei­spiel wird die Next e.GO Mobile SE (später benannt mit e.GO) um die Untersuchung durchzuführen.

Die Frage, die gestellt wird ist, ob durch die zunehmende Digitalisierung und Technolo­gie ein Einfluss auf die Mitarbeiter eines Unternehmens besonders in der Produktion besteht?

1.2 Vorgehensweise - grobe Gliederung der Hausarbeit

Die Arbeit soll in vier Kapitel aufgeteilt sein, von denen sich die ersten beiden mit der Problemstellung und den theoretischen Grundlagen befassen. Im darauffolgendem Ka­pitel wird das Unternehmen und Abläufe erläutert. Außerdem sollen auf die Anforderun- gen an die Digitalisierung und die vorhandenen Möglichkeiten eingegangen werden be­ziehungsweise dargestellt werden und an welchen Stellen diese genutzt werden. Ab­schließend soll das Verhältnis zwischen Mensch und Maschine aufgezeigt werden. In diesem Zusammenhang werden die Herausforderungen, Chancen und Maßnahmen aufgezeigt. Zum Schluss erfolgt ein Fazit und eine Zusammenfassung.

2 Theoretische Grundlagen

Um für die Bearbeitung des Themas eine theoretische Basis zu schaffen, werden im Folgendem die Begriffe Digitalisierung, Digitale Zwillinge, Datenspeicherung, Industrie 4.0 und Smart Factory aufgenommen.

2.1 Digitalisierung

Digitalisierung hat je nach Bereich verschiedene Definitionen. Bendel (2020) meint die Digitalisierung die digitale Verbesserung von Produkten aber auch die Abbildung und Abwicklung von Informationen und Kommunikation. (Bendel, 2020, S.1) Laut Groß und Pfennig (2019) stellen die Digitalisierung als eine durch IT-Unterstützung Art Prozesse zu optimieren und gegebenenfalls neue Prozesse und Produkte zu erfinden dar. (Groß & Pfennig, 2019, S.38) Bei der Digitalisierung stehen der Kunde und seine Bedürfnisse im Mittelpunkt. Analoge Daten werden in digitale umgewandelt. Menschen und Ge­schäftsmodelle werden miteinander verbunden und vernetzt. (Hanschke, 2018, S.3)

Die Definitionen haben eins gemein nämlich die Betrachtung, dass Prozesse oder Sys­teme durch die Digitalisierung optimiert und neu entwickelt können. Demnach sind diese Betrachtungsweise und diese Definition für die Hausarbeit gut geeignet.

2.2 Industrie 4.0

Im heutigen Fokus steht in Verbindung mit der Digitalisierung der Begriff Industrie 4.0. Der Begriff Industrie 4.0 steht für Vernetzung aller Ressourcen, die an dem Produkt be­teiligt sind. Sie steht für schnellere, effiziente und flexiblere Fabriken und smarte Pro­dukte. Durch vernetzte Systeme ist die technische Grundlage geschaffen, damit an der gesamten Wertschöpfungskette, Maschine, Anlagen, Produkte und Menschen miteinan­der kommunizieren und kooperieren. (Hanschke, 2018, S.3) Kiem (2016) stellt fest, dass mit dem Begriff selbststeuernde Systeme gemeint sind, die zahlreiche Prozesse in der Industrie beeinflussen. Es ist die Verschmelzung von der physikalischen und virtuellen Welt. (Kiem, 2016, S.5)

2.3 Smart Factor

Da es sich bei der e.GO um eine Smart Factory handelt wird aus diesem Grund dieser Begriff in die Grundlagen hinzugefügt. Nach Kiem (2016) sind sogenannte „Smart Fac­tory“ Fabriken, die sensorbasiert und völlig autonom arbeiten, sodass Produktionspro­zesse automatisiert ablaufen. Der Faktor Mensch soll nur noch als Überwachungs­instanz dienen und das System soll die Schwachstellen und Handlungsfelder erkennen, kommunizieren oder sogar selbst lösen. Die Smart Factory ist in drei Teile aufgeteilt intelligente Produkte, intelligente Maschinen und die assistierenden Bediener. (Kiem, 2016, S.6) In einer Smart Factory werden Daten in alle Richtung zielgerichtet verstreut und verarbeitet. Ziel ist die Erfassung aller relevanten Prozess- und Bewegungsdaten in einem Unternehmen und außerhalb dessen. (Zillmann, 2016, S. 9)

Die vernetzte Automobilproduktion

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1:Die vernetzte Automobilproduktion (Quelle: interne Untertagen E.GO)

In der Abbildung 1 sind die Funktionalitäten oder Bereiche einer Smart Factory zu sehen, da alle Aufgaben synchron erfolgen und in Echtzeit kommunizieren. Außerdem geben alle Prozessschritte den nachfolgenden Schritten Befehle, welche Aufgabe abgearbeitet werden muss. Die Darstellung stellt im Wesentlichen dar, dass die Produktion die aktu­ellen Daten vorliegen hat und das zu jeder Zeit, um Veränderungen entgegen zu wirken.

2.4 Digitale Zwillinge

Nach dem Interview mit Herrn zeigt sich, dass in den letzten Jahren die Bedeutung des Digitalen Zwilling besonders in der Fertigung von Fahrzeugen eine große Rolle spielt. Durch diesen können Daten abgelesen werden von der Fertigungsdauer bis hin zur Teileverfolgung. (^^| persönliche Kommunikation, 20.02.2021) Aus diesem Grund wird dieses Thema in die Grundlagen hinzugefügt. Diese Aussage stimmt mit der Definition nach Hanschke (2018) überein. Der digitale Twin oder auch digitaler Schatten genannt, ist ein virtuelles Abbild von einem Produkt oder einer Anlage. Durch den Aus­tausch von Daten durch einen Sensor, können Produktfehler in der Entwicklungsphase erfasst werden, modifiziert und optimiert werden. Dadurch kann in der ganzen Produkti­onskette eine Effizienzgewinnung stattfinden. (Hanschke, 2018, S.357)

2.5 Datenspeicherung

Das Thema Big Data hat in Deutschland noch Nachholbedarf im Vergleich zu anderen Ländern. Der Begriff Big Data wird in der Literatur als Erhebung, Speicherung und Aus­wertung von Massendaten mittels Digitalisierung verstanden. (Otte, Wippermann & Otte, 2020, S.14) Nach Hanschke (2018) ist der Begriff Big Data nichts anderes als das Da­tenmanagement, sprich das Planen, Gestalten, Überwachen und Steuern von Informa­tion in Organisationen. (Hanschke, 2018, S.355) Big Data Erfolge können nur dort ent­stehen, wo Entscheidungen nicht durch das Bauchgefühl entschieden werden sondern durch Daten. (Dorschel, 2015, S.15f) Der Mehrwert für Unternehmen kann neben einer effizienten Datenstruktur folgende generieren:

- Schnellere und bessere Entscheidungen,
- Senkung der Risiken durch Prognoseinformationen,
- Produktdifferenzierung mittels Echtzeit Bereitstellung der Kundendaten. (ebd., 2015, S.18)

Für eine solche Datenspeicherung ist es von enormer Wichtigkeit eine dafür ausgelegte Infrastruktur vorzulegen. Am Beispiel der e.GO erkennt man den Aufbau einer solchen Infrastruktur. In der Abbildung 2 zeigt sich inwieweit Daten übermittelt, verarbeitet und analysiert werden. Aus der untersten Ebene erfolgt die Datensammlung bis zur obersten Ebene den Devices, wo neben den Prozessschritten und Arbeitsanweisungen auch Feh­ler dokumentiert werden können. Es wird deutlich, dass aus vielen verschiedenen Rich­tungen Informationen zusammengetragen werden. Es geht in der Automobilbranche so­weit, dass von einzelnen Komponenten des Fahrzeuges Daten gesammelt und ausge­wertet werden können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Grundlagen der Industrie 4.0 bei der Next e.GO Mobile (Quelle: interne Unterlagen E.GO)

3 Industrie 4.0 & Smart Factory in der Automobilindustrie

Die e.GO will saubere Elektroautos herstellen, die für jedermann bezahlbar sind. Dieses Ziel ist nur erreichbar, wenn die Herstellungsprozesse in der Fabrik so präzise und effi­zient wie möglich ablaufen. Diese Idee wäre eine echte Innovation in der Automobilbran­che. Die wichtigste Rolle spielt der Informationsfluss. Die Serienproduktion komplexer Maschinen wie eben die neuartigen Elektroautos erfordert digitale Übertragungsraten in Echtzeit, ein für die individuellen Anforderungen entwickeltes Internet of Things-Netz und größtmögliche Sicherheit. ( , persönliche Kommunikation, 20.02.2021) Die von Vo­ dafone und Ericsson zur Verfügung gestellten 5G-Technologien verwandeln eine kon­ventionelle Autofabrik in ein digitales Werk der Industrie 4.0. (Maas,19.6.2019) Doch wie funktioniert die Smart Factory bei der e.GO. Der Produktionsablauf vom Produktionsstoff bis zu einem fertigen Auto sieht wie folgt aus. Die Materialien werden bei Ankunft in die Produktionshalle durch RFID (Radio Frequency Identification) Technologie erfasst und jedes Material erhält seine individuelle ID. Dadurch ist eine automatische Identifizierung möglich und das in Echtzeit. Die fertigen Body Frames werden aus dem Werk 2 geliefert. Diese selbsttragende Karosserie ist auch eine Eigenentwicklung der e.GO. Dadurch können Herstellungskosten und Lieferkosten gespart werden. Die Body Frames werden auf sogenannte fahrerlose Transportsysteme (FTF) befördert, die extra für die Produk­tion entwickelt worden sind. Dadurch entfällt ein Bau eines Fließbandes. Das FTF fährt von Station zu Station, wo je nach Prozessschritt die Komponenten von Menschen mit Hilfe von smarten Werkzeugen zusammengebaut werden. Die Werkzeuge müssen nicht eingestellt werden, da sie ihre Informationen von einem zentralen Rechner erhalten. Die Daten jeder Schraube werden gespeichert und bei Fehlfunktionen zu der verantwortli­chen Abteilung geschickt. Nachdem das Fahrzeug zusammengebaut wurde, erfolgen diverse Prüfungen wie z.B. der Brems- oder Dichtungstests. Auch in Puncto Qualität ist die e.GO auf den neuesten Stand. Im sogenannten „Qualitätstunnel“ kann durch eine spezielle Software der Firma PTC mögliche Fehler auf dem Exterieur oder Interieur ge­nau dokumentiert und markiert werden. Diese Information gelangt sofort in die anderen Systeme. Man verspricht sich dadurch eine Reduzierung der Bearbeitungszeit von 45 min auf 10 min. (HPE,2020,01:24) Wie in Abbildung 3 dargestellt erfasst die Software die Karosserieteile einzelnen und erkennt z.B. Unebenheiten im Lack oder misst die Länge der Spaltmaße. Durch die grünen radialen Markierungen wird die Korrektheit der Bauteile angezeigt. Laut PTC (2020), ist diese Software, die erste ihrer Art und dadurch eine richtige Innovation.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Qualitätssoftware (Quelle: interne Unterlagen E.GO)

Die letzte Station ist die Nacharbeit. Dort werden mögliche Fehler, fehlende oder be­schädigte Teile nachgearbeitet. Durch die Transparenz der Daten, weiß das System an welchen Fahrzeug, welche Nacharbeit getätigt werden muss und kommuniziert dies an der jeweiligen Nacharbeitsstation.

3.1 Die Interaktion von Mensch und Maschine am Arbeitsplatz

Die Interaktion von Mensch und Maschine hat verschiedene Formen. Für die Hausarbeit wird nur der Produktionsarbeitsplatz betrachtet. Nach Buhr (2015) sind Menschen die Treiber von technischen und sozialen Innovationen. Sie sind die Mitgestalter, Erzeuger und Nutzer der Innovationsprozesse. (Buhr, 2015, S.2) Das bedeutet, dass Menschen trotz des hohen Anteils von Digitalisierung nicht komplett ersetzt können zum jetzigen Zeitpunkt. In der Industrie 4.0 spielen sie eine große Rolle, da sie die Grenzen der Tech­nik kompensieren durch ihre Flexibilität, Kreativität und Intuition. Die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine zeigt sich auch als Vorteil für die Produktivität, Wirtschaft­lichkeit und Zuverlässigkeit eines Unternehmens.

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