Prozessabläufe werden in Echtzeit visualisiert und Steuerungseingriffe so im Bedarfsfall möglich!
Die Produktion von Vorserienfahrzeugen in der Automobilindustrie stellt den Startpunkt für eine neue Fahrzeuggeneration dar. Der Ort dieser Erprobung ist das Vorseriencenter. Was passiert da genau? Technologische Innovationen werden getestet. Wie in einem Versuchslabor werden alle Produktionsprozesse bis zum finalen Anlaufen der Serie erprobt.
Komponenten- und Fertigungstechniken werden genauestens unter die Lupe genommen. Eines der Hauptziele der Vorserienentwicklung ist es, die Wirtschaftlichkeit der Produktion abzusichern. Vorüberlegungen zum Einkauf und der Logistik gehören daher ebenfalls zur Konzeptphase dazu.
In dieser Planungsphase wird überdeutlich, dass die Transparenz aller Ergebnisse und Entscheidungen der Schlüssel für den Erfolg und für die Einhaltung der exakten Zeitpläne ist.
Zielsetzung der Vorserienproduktion
Die Vorserienproduktion stellt die entscheidende Entwicklungsphase zwischen der Prototypenentwicklung und der Produktion eines Fahrzeugs in Serie dar. In der Vorserienproduktion werden alle prozessualen Anforderungen an die Serienproduktion getestet und auf Schwachstellen untersucht.
Analysiert werden auch die termingerechte Bereitstellung aller Bauteile, der technische Reifegrad der Fahrzeuge, die notwendigen Arbeitsplätze und Produktionsstationen, die Anpassung von Produktionswerkzeugen und die Schulung von Mitarbeitern. Die Vorserie stellt sicher, dass die Nullserie keine Anlaufschwierigkeiten bewältigen muss.
Aspekte der Vorserienproduktion
In der Vorserie werden alle Prozesse, die für eine termingerechte Produktion unabdingbar sind, definiert, getestet und freigegeben. Diese Aspekte gehören dazu:
- Strategie und Organisation des Serienanlaufs
- Management notwendiger Änderungen am Fahrzeug
- Überprüfung und Anpassung der Kosten
- Test und Konfiguration der Produktionssteuerung und der Werkzeuge
- Einbindung aller Lieferanten
- Management aller vor-, zwischen- und nachgelagerter Logistikprozesse
Folgende Fragestellungen werden untersucht:
- Welchen Reifegrad haben die Fahrzeuge?
- Sind die Verfügbarkeiten der Produktionsund Logistikanlagen gewährleistet?
- Stimmen die anvisierten Fertigungszahlen mit den vorhandenen Anlagenkapazitäten überein?
- Sind Lieferanten- und Dienstleisterverträge belastbar?
- Sind Qualifizierungsgrad der Produktions- und Logistikmitarbeiter deckungsgleich mit der Komplexität des zu fertigenden Fahrzeuges?
UWB-basierte Lokalisierung
UWB-basierte Lokalisierung seit Anfang 2020
Seit Anfang 2020 setzt der deutsche Automobilhersteller das neue UWB-Lokalisierungssystem K-RTLS von Kathrein Solutions im produktiven Betrieb der Vorserie ein. Alle Fahrzeuge der Vorserie sind mit Kathrein UWB-Transpondern gekenzeichnet.
In den Transpondern wurden erstmals verschiedene Wireless-IoT-Technologien kombiniert: Neben UWB sind auch UHF-RFID- und NFC-Interfaces integriert. Alle drei Technologien sind im Transponder via I²C mit dem RTLS-Controller verbunden. Der Transponder ist somit über unterschiedliche Technologien erfassbar.
Lokalisierung auf drei Etagen
Die Vorserie verfügt, wie später auch die Serienproduktion, über zahlreiche spezielle Arbeitsplätze. Alle Fertigungsstation sind auf dezidierte Tätigkeiten ausgelegt und Fahrzeuge müssen im Regelfall diese Arbeitsplätze in einer Sequenz durchlaufen. Zeitgleich müssen auch die zugehörigen Kommissionierwagen, mit den spezifisch für das Fahrzeug vorbereiteten Bauteilen, bereitstehen. Das Vorserienzentrum umfasst drei Etagen innerhalb eines Gebäudes. Fahrzeuge und Teilebereitstellungswagen für die Kommissionierung fahrzeugspezifischer Bauteile müssen exakt an ihren aktuellen Positionen erfasst werden.
„Die realisierte Lokalisierungstransparenz revolutioniert die Arbeit im Vorseriencenter. Die Technologie unterstützt maßgeblich dabei, Prozessabläufe nahezu in Echtzeit zu visualisieren und befähigt die Mitarbeiter steuernd einzugreifen – noch bevor zeitliche Abläufe und Zielsetzung Gefahr laufen, in Verzug zu geraten“, unterstreicht Emre Gürbüz die Vorteile der RTLS-Lösung.
Technologie
Hardware: RFID und RTLS
„Erreicht eine bereits teilweise aufgebaute, und mit einem UHF-RFID-Label getaggte, Fahrzeugkarosse das Vorseriencenter, wird die ID des Labels automatisiert mit dem UWB-Transponder ‚verheiratet‘. Ab diesem Zeitpunkt kann das Fahrzeug auf allen drei Ebenen des Vorseriengebäudes mit einer Genauigkeit von bis zu 30 Zentimetern exakt lokalisiert werden“, beschreibt Emre Gürbüz den RTLS-Prozess.
Zusätzlich zu den Fahrzeugen sind auch die Kommissionierwagen mit identisch kodierten Transpondern gekennzeichnet. Fahrzeuge und Teilebereitstellungswagen melden kontinuierlich und automatisch in Echtzeit ihre aktuelle Position. Ein intelligenter im Transponder integrierter Bewegungssensor stellt sicher, dass ausschließlich prozessrelevante Positionsänderungen übertragen werden. Über eine 256-Farben-LED erhalten Mitarbeiter optische Rückmeldungen über Kommunikation und Lokalisierungsvorgänge.
Software: IoT-Suite kontrolliert alle Prozesse
Alle Lokalisierungsinformationen laufen in der Kathrein CrossTalk IoT-Suite zusammen. Die standardisierte Software-Lösung CrossTalk ist das elementare Werkzeug, um den gesamten Prozessablauf im Vorseriencenter transparent zu gestalten. „CrossTalk meldet nicht nur alle relevanten Prozessschritte in das Backend-System des Vorseriencenters, es überwacht auch sämtliche Prozessabläufe.
So kann die IoT-Suite jederzeit Mitarbeiter in der Steuerung alarmieren, bevor Zeitvorgaben überschritten werden oder auch signalisieren, wenn freie Kapazitäten zur Verfügung stehen“, führt Emre Gürbüz aus.
K-RTLS
Das UWB-basierte RTLS von Kathrein Solutions besteht aus zwei Hardware-Komponenten: Transpondern und Nodes.
Die Transponder
Neben der Entscheidung, UWB als Wireless- Technologie zu nutzen, hat Kathrein Solutions beschlossen, die Transponder und Nodes für das K-RTLS komplett inhouse zu entwickeln und zu fertigen. Der Transponder ist gemäß Schutzklasse IP67 für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen vorgesehen. Unterschiedliche Adapter-Platten können genutzt werden, in die der Transponder einrastet. Damit erlangt der Kunde die komplette Freiheit bei der Kennzeichnung von Objekten.
Der Transponder verfügt über integrierte UHF-RFID- und NFC-Interfaces die via I²C mit RTLS-Controller verbunden sind.
Die RFID-Schnittstellen können verschiedene Funktionen in einer RTLS-Anwendung übernehmen. Über UHF kann der Transponder bei Bedarf in den Ruhemodus versetzt werden. Das steigert die Batterielaufzeit bei Nicht-Gebrauch oder bei Zwischenlagerungen im temporären Einsatz. Auch ohne Stromspar-Option kann die Batterie bei 1.000 Lokalisierungsevents pro Tag eine Lebensdauer von rund fünf Jahren aufweisen.
Die Nodes
Die Nodes sind ortsfeste Bezugsknoten für die kontaktlose Lokalisierung. Der Abstand zwischen den einzelnen Nodes kann bis zu 40 Meter betragen. Über ein eigenes Funk-Backbone- Netz können die Nodes untereinander kommunizieren. Vorteil für den Nutzer: Nur circa 25 Prozent der Nodes im Feld müssen über einen Anschluss an das Unternehmens- LAN verfügen.
In industrieller Umgebung mit Metall, Stahlbeton und weiteren massiven Hindernissen in der Umgebung, konnte Kathrein Solutions in realen Anwendungen Messungen durchführen und erreichte Lokalisierungsgenauigkeiten von bis zu dreißig Zentimetern.
