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Klick in die Zukunft

9.500 Kilometer trennen Ingolstadt und San José Chiapa. Der Sprung über den großen Teich gelingt trotzdem jeden Tag mehrmals. Denn während in Mexiko die Bauarbeiten erst begonnen haben, ist in Deutschland die digitale Fabrik fast fertig.

 Der Mexikaner Erick Lopez plant zusammen mit seinem deutschen Kollegen Volker Knoell das neue Presswerk in Mexiko
Der Mexikaner Erick Lopez plant zusammen mit seinem deutschen Kollegen Volker Knoell das neue Presswerk in Mexiko
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40 Tonnen schwere Werkzeuge stapeln sich in langen Reihen meterhoch. Der mexikanische Audi-Mitarbeiter Erick Lopez geht an ihnen vorbei. Vor einer der großen Pressen bleibt er stehen. Prüfend wandert sein Blick durch die Halle. An der Decke gleiten lautlos große Kräne an den Schienen entlang. Ob sie die Werkzeuge ungehindert zu den Metallpressen transportieren können? Als Planer ist Lopez für den reibungslosen Ablauf im neuen Presswerk am Audi-Standort im mexikanischen San José Chiapa verantwortlich. „Sehen Sie den großen Stahlträger hinten links? Der steht im Weg, da kommt das Werkzeug nicht vorbei“, erklärt Lopez. Grund genug, sich das näher anzusehen: per Mausklick, versteht sich. Denn noch existiert das Werk in Mexiko nicht – zumindest nicht in der realen Welt. Das Presswerk, das über Lopez’ Bildschirm flimmert, besteht derzeit nur aus Daten.

„Mit der digitalen Fabrik sind wir dem realen Bauvorhaben um Monate voraus“, sagt Meritxell Vilanova, Leiterin Informationsprozesse Fertigungsvorbereitung. „Noch vor der Grundsteinlegung starten wir mit der 3D-Visualisierung.“ Dafür werden in einem ersten Schritt die Gebäude und deren Koordinaten festgelegt – ganz wie in der realen Welt. Pixel für Pixel geht es dann an den virtuellen Aufbau. „Die digitale Fabrik stellt eine Vielzahl von Plattformen und IT-Systemen bereit. So kann das Werk bis ins kleinste Detail durchgeplant werden“, erklärt Vilanova: „Man kann sich das wie bei einem Hausbau vorstellen: Die digitale Fabrik liefert den Boden und die Werkzeuge, die Audi-Planer hingegen stellen die Architekten, Handwerker und Materialien.“ Am Ende kann man sich das Werk nicht nur von außen ansehen, sondern auch einen virtuellen Rundgang durch jedes einzelne Gebäude machen.

Klick in die Zukunft

Meritxell Vilanova, Leiterin Informationsprozesse Fertigungsvorbereitung, steht vor dem digitalen Werk in Mexiko

„Der Vorteil liegt auf der Hand. In 3D können die Planer Probleme schnell identifizieren und beheben, noch bevor der Bau begonnen hat“, so Vilanova. „Die virtuelle Fabrik ist ein Arbeitsinstrument, das den Planern verlässliche Daten liefert.“ Dafür ist allerdings eine sehr hohe Rechenleistung notwendig. Schon allein für die Außendarstellung der Gebäude, denn das Werk in Mexiko wird fotorealistisch in Echtzeit abgebildet. Bis zu 25 Mal pro Sekunde berechnet das System die Licht- und Schattenverhältnisse. Die anfallende Datenmenge ist so riesig, dass sie von einem einzelnen Computer nicht verarbeitet werden kann. Audi hat dafür eigens einen Rechencluster bauen lassen, der 11.520 Rechenkerne miteinander verknüpft. Zum Vergleich: Ein Highend- Notebook hat nur acht Rechenkerne. Über ein Glasfaserkabel werden die Daten mit einer Geschwindigkeit von zehn Gbit/s übertragen – 600 Mal schneller als bei einem DSL-Anschluss.

Nicht minder aufwendig ist die Ausplanung der jeweiligen Gewerke. Ob Karosseriebau, Lackiererei oder Presswerk – in jedem Gebäude müssen Stromtrassen, Wasser- und Luftdruckleitungen verlegt, Eingänge und Fenster geplant sowie Steckdosen und Sprinkleranlagen eingebaut werden. Erst dann werden die Anlagen und Werkzeuge in der virtuellen Matrix installiert.Täglich werden die Pläne neu überarbeitet und aktualisiert. „Durch die 3D-Betrachtung erkennen wir schnell, wo Kollisionen entstehen oder Versorgungszugänge fehlen“, erklärt Meritxell Vilanova. Zum Beispiel im Karosseriebau: Können alle Roboter mit Strom versorgt werden? Ist der Platz für die Anlagen ausreichend? „Durch unsere Systeme verknüpfen wir unsere eigenen Daten mit denen der Architekten und Ingenieure. Anlagen, Werkzeuge, Schutzzäune, Förderbänder. Ich kann auf Knopfdruck erkennen, wie alles zusammenspielt.“

In der weiteren Feinplanung werden dann Simulationen durchgeführt. Für jedes Gewerk stehen unterschiedliche IT-Tools bereit: Die Montageplaner simulieren beispielsweise, wie die einzelnen Elemente eines bestimmten Automobils in der Fertigung nacheinander verbaut werden. „Da zeigt sich dann etwa, dass ein Schraubpunkt verdeckt liegt und vom Arbeiter mit seinem Werkzeug nicht erreicht werden kann. Auf jede Kleinigkeit kommt es an“, sagt Vilanova. Auch die Bewegungsabläufe der Mitarbeiter werden virtuell dargestellt und nach ergonomischen Gesichtspunkten bewertet.

Klick in die Zukunft

Projektleiter Matthias Müller prüft gemeinsam mit seinem Kollegen Björn Heuschmann, der für Bauaufsicht und Infrastruktur zuständig ist, den Baufortschritt in San José Chiapa

Im Presswerk stehen bei der Planung besonders die Werkzeuge im Fokus. Sogenannte Tiefziehsimulationen sichern die Herstellbarkeit der Karosseriebauteile ab. Dabei „montieren“ die Planer virtuelle Werkzeuge in die virtuellen Pressen und beobachten, wie sich beim Pressvorgang die Blech- oder Aluminiumplatinen verformen. Alles am Monitor. Durch diese Simulation können die Planer erkennen, ob es zu Rissen oder Spannungen kommt.

Wenn 2015 die Produktion des Audi Q5 in Mexiko anläuft, wird die reale Fabrik das exakte Ebenbild der virtuellen sein. „Unser Ziel ist es, einen Produktionsstart virtuell zu simulieren und die Autos vom digitalen Band fahren zu lassen“, beschreibt Vilanova ihre zukünftigen Pläne. Für Matthias Müller, Projektleiter des Werks in Mexiko, ist die digitale Fabrik schon heute eine große Unterstützung: „Während die Bauarbeiten in San José Chiapa noch im vollen Gange sind, können wir dank der Technik bereits einen Blick in die Zukunft werfen.“

Unterschiede zur realen Welt können trotzdem nicht ganz ausgeräumt werden. „Der logistische Aufwand ist in der Realität um ein Vielfaches höher: 3.500 Container mit Teilen, Werkzeugen und Maschinen müssen von Europa nach Mexiko verschifft werden“, erkärt Müller. 1.750 Lkws sind nötig, um die Ware vom Hafen zum Werk in San José Chiapa zu transportieren – das entspricht einer 54 Kilometer langen Lastwagenschlange. Ganz anders in der digitalen Fabrik: Für die Anlieferung und den Aufbau der Anlagen genügen hier einfache Klicks mit der Maus.

Der Text ist im Audi-Technologiemagazin 2014 erschienen, das weitere spannende Einblicke in die verschiedensten Technologie-Themen bei Audi liefert.

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