End-to-End-Transparenz in der Stoßfängerproduktion

RFID ist Backbone der Bauteile-Produktion bei Rehau

Global agierender Automotive-Zulieferer setzt mit dem Advanced RFID Lifecycle vollumfänglich auf RFID für die totale, prozessübergreifende Transparenz

End-to-End-Transparenz in der Stoßfängerproduktion

Was im RAN-Projekt vor über acht Jahren als Pilot gestartet wurde, ist heute das Rückgrat der digitalen Transformation der Produktion bei Rehau in allen Werken: RFID. Sämtliche Prozessschritte von der Herstellung, über die Lackierung, die Montage, die Einlagerung bis zur Just-in-Sequence-Auslieferung von Stoßfängern, Schwellern und Heckspoilern an nahezu sämtliche namhafte Automotive-OEMs wie Porsche, Volkswagen, Daimler, PSA oder Audi, sind nachvollziehbar transparent auf Basis von RFID.

In welchem Umfang RFID heute bereits die Arbeitsprozesse trotz steigender Variantenvielfalt und der Fertigung in Losgröße eins optimiert, darüber sprach RFID im Blick mit Andreas Schuster, Head of BIM Production Execution Automotive, Rehau. Da die Digitalisierung ein fortwährend andauernder Prozess ist, wirft Andreas Schuster sowohl einen Blick auf das Erreichte als auch auf kommende Herausforderungen.

Jan Phillip Denkers
Jan Phillip Denkers
Chefredakteur
Lüneburg bei Hamburg, Deutschland

Vom Insel-Piloten zum unternehmensweiten Rollout

2010 testete Rehau gemeinsam mit Siemens eine RFID-Lösung zur Verwaltung von Stoßfängern in der Einlagerung. Die Tests im RAN-Projekt sollten das Potenzial zur Schaffung transparenter Prozesse aufzeigen. Rückblickend scheinen die ersten Technologie- Piloten erfolgreich gewesen zu sein.

Heute sei die RFID-Technologie der Backbone in der smarten Fertigung in allen Rehau- Werken, so Andreas Schuster: „Unser übergeordnetes Ziel, eine vollumfängliche Transparenz und Nachverfolgbarkeit eines jeden Prozessschrittes auf Einzelteilebene, konnte zu 100 Prozent erreicht werden. Jedes Teil hat seinen individuellen Lebenslauf. Die mit dem Lebenslauf verknüpften Daten sind die Basis für umfassende Analysen im Qualitätsmanagement, die Optimierung von Bearbeitungsschritten, die Montagesteuerung und vieles mehr.“

Analoge Prozesse sind Vergangenheit

„Was uns antreibt, ist die Digitalisierung. In der Zukunft wird immer weniger Platz für analoge Prozesse vorhanden sein“, sagt Andreas Schuster und erläutert, weshalb die digitale Transformation einen hohen Stellenwert in der Entwicklung von Rehau einnimmt:

„Wir produzieren zum Teil dokumentationspflichtige Teile, bei denen entweder aus gesetzlichen Gründen oder auf Anforderung von Kunden lückenlos nachgewiesen werden muss, wann und wie sie hergestellt wurden. Das betrifft jedes Teil, das in irgendeiner Form Auswirkung auf Leib und Leben von Verkehrsteilnehmern haben kann, wie beispielsweise der Fußgängerschutz durch Stoßfänger. Hier muss Rehau als Hersteller lückenlos nachweisen, dass alle Teile korrekt und den Vorgaben gemäß zusammengebaut wurden. Diese Daten müssen dann 15 Jahre vorgehalten werden.“

Steigende Varianz und Losgröße eins treiben an

Neben der zum Teil verpflichtenden Dokumentation ist die hohe Variantenvielfalt der Stoßfänger, Schweller und Heckspoiler in Losgröße eins ein starker Treiber der digitalen Transformation, wie Andreas Schuster erklärt: „Rehau ist Just-in-Sequence-Lieferant nahezu sämtlicher namhafter Automotive-OEMs. Umfangreiche Anforderungen müssen erfüllt werden, um im vereinbarten Zeitfenster direkt an die Produktionslinie des Kunden liefern zu können.

Das RFID-Label jedes Bauteils wird mit dem individuellen Kundenauftrag verknüpft, sodass an jeder Bearbeitungsstation der Montage der Endzustand abgesichert ist. Das Bauteil wird identifiziert und dem Mitarbeiter wird detailliert dargestellt, was zu tun ist, welche Sensoren beispielsweise im Stoßfänger verbaut werden sollen.“

Um die Variantenvielfalt in Zahlen darzustellen gibt Andreas Schuster folgendes Beispiel: „An einem der größeren Produktionsstandorte werden rund 1.200 Stoßfängerpaare pro Tag gefertigt. Hier könnte zwei Wochen durchproduziert werden, ohne dass ein einziger Stoßfänger zweimal identisch mit sinnvollen Kombinationen hergestellt wurde.“ Dieser Fall trete in der Praxis kaum auf, zeigt aber plakativ die mögliche Varianz.

Der Advanced RFID Lifecycle bei Rehau

Mit dem Advanced RFID Lifecycle – dem RFID-Lebenslauf – eines jeden Bauteils hat Rehau ein IT-System konzipiert, das sämtliche Daten aus dem Lebenszyklus eines Teils bis hin zum Versand an den Kunden speichert.

„IT-seitig entsteht ein Bauteil wenige Sekunden nachdem es physisch im Spritzguss gefertigt wurde. Ein Applikator kennzeichnet jedes Bauteil automatisch mit einem UHF-RFID-Label. Die Label werden im Tamp-Blow-Verfahren per Luftstoß auf das Produkt geschossen, ohne Gefahr zu laufen, die Produktoberfläche zu beschädigen. Ab diesem Moment ist der Weg des Produktes lückenlos nachvollziehbar. Jede erdenkliche Frage kann datenseitig exakt beantwortet werden:

  • Mit welcher Maschine und welchen Parametern wurde es gefertigt?
  • Wann und von wem wurde es kontrolliert? Wann wurde es eingelagert?
  • Wann ist es in die Lackierung gegangen?
  • Auf welcher Position ist es lackiert worden?
  • Welche Lackcharge wurde verwendet?

Jedes Detail wird gespeichert. Die RFID-Daten werden mit sämtlichen Prozessdaten verknüpft.“

Welchen Wert die Datenerfassung auf Basis von RFID im Zusammenspiel mit sämtlichen Prozessdaten für die Produktion und die Prozessoptimierung haben kann, erläutert Andreas Schuster exemplarisch an gleich drei Beispielen.

1. Qualitätsoptimierung: Positionserkennung in der Lackieranlage

Im Regelfall hängen die Stoßfänger übereinander auf einem speziellen Ladungsträger, auf dem die Teile durch die Lackieranlage befördert werden. Mittels der RFID-Label an jedem Bauteil ist es möglich automatisch zu erkennen, auf welcher Position es sich auf dem Schlitten befindet. Ein RFID-Gate am Eingang der Anlage erfasst sämtliche auf dem Ladungsträger befindlichen Bauteile. Mit Hilfe einer von Rehau entwickelten Software wird die Lesehäufigkeit zwischen den Gate-Antennen und den Labeln berechnet und so die exakte Position bestimmt.

„Sollten Probleme im Prozess wie Kratzer oder eine verminderte Lackierqualität auftauchen, lassen sich im Zusammenspiel mit der Auswertung der Positionsdaten mögliche Muster erkennen und es kann bestimmt werden, ob die Probleme immer bei einer bestimmten Charge oder Position auftreten. Das beschleunigt die Fehlersuche und -behebung – wie beispielsweise die Neukonfiguration eines Lackierroboters – enorm“, berichtet Andreas Schuster.

2. Null Fehler in der Montage

Sobald ein Bauteil zur Montage an einen der Arbeitsplätze gelangt, wird es bei Auflage an der Station durch eine dort verbaute RFIDAntenne ausgelesen. Unmittelbar werden nicht nur dem Werker sämtliche zum Bauteil und dem entsprechenden Kundenauftrag gespeicherten Bearbeitungsschritte detailliert angezeigt, auch sämtliche Maschinen werden automatisch parametriert, so Andreas Schuster:

„Diese RFID-basierte Automatisierung ermöglicht es dem Mitarbeiter, sich komplett auf die Montage zu konzentrieren. Das reduziert nicht nur Fehler, sondern auch die Bearbeitungszeit. Zum Vergleich: Allein um bestimmte Aussparungen für Komponenten in einen Stoßfänger zu schneiden, bedarf es mitunter der Voreinstellung von bis zu 40 unterschiedlichen Parametern an der entsprechenden Bearbeitungsmaschine. Was vorher manuell erfolgen musste, geschieht heute – mehrfach gegengecheckt – vollautomatisch in Sekundenbruchteilen.“

3. Interlocking macht Abkürzungen unmöglich

Mit einer Prozessverriegelung wird verhindert, dass beispielsweise ein Stoßfänger direkt nach dem Spritzguss in der Montage landet, ohne die Lackieranlage passiert zu haben.

„Gleiches gilt für Bauteile, die sich mitten in der Bearbeitung befinden. Sollten diese manuell aus dem Prozess geholt werden, um sie direkt zu versenden, würde dies vom System unterbunden. Eine komplette Werkersteuerung findet statt. Das funktioniert ohne Bruch in der Prozesskette, weil zum einen jede Station mit RFID-Lesepunkten ausgestattet ist und zum anderen sämtliche Bearbeitungsmaschinen und Werkzeuge angebunden sind. Es besteht eine vollständige End-to-End-Transparenz. Jede Ausnahme davon wird unmittelbar registriert“, so Andreas Schuster.

Lieber Big Data als zu wenig Daten

Die Kombination aus Identifikations- und Prozessdaten ist für Andreas Schuster der Schlüssel für effiziente Produktionsschritte.

„Wir ziehen derzeit alle Daten von sämtlichen Maschinen und Werkzeugen ab, die verfügbar sind. Es ist leichter, im Nachhinein nicht benötigte Daten zu löschen, als nicht darüber verfügen zu können. Daten wie Schweißparameter, Schraubwinkel, Drehmomente, Energieaufnahmen, Lackchargen und unzählige mehr werden mit den Identifikationsdaten jedes einzelnen Bauteils verknüpft. Mittels Big-Data-Analyse-Tools wird sichergestellt, dass alle Parameter einen festgelegten Korridor einhalten. Innerhalb dieses Korridors dürfen sie beispielsweise im hundertstel oder tausendstel Millimeterbereich schwanken. Das ist normal und tut der Qualität keinen Abbruch. Aber Ausreißer müssen umgehend erkannt werden. Ist das der Fall, können die entsprechenden Daten zur Auswertung genutzt und mögliche Probleme kurzfristig behoben werden.“

Zentrale Datensicherheit im Fokus

Um das Risiko zu minimieren, Daten über Einzelteile bei einer Beschädigung des Labels zu verlieren, wird lediglich eine Identifikationsnummer in den Chip geschrieben und in Klarschrift aufgedruckt.

„Für den unwahrscheinlichen Fall, dass ein Label derart mechanisch beschädigt wird, dass der Chip nicht mehr auslesbar ist, kann auf einfachem Wege ein neues Label beschrieben und gedruckt werden. Der Prozessablauf wird dadurch nur minimal verzögert und für den Werker selbst ist das nicht sichtbar. Der Punkt, wann eine Um- oder Notverheiratung stattgefunden hat, ist digital im Lebenslauf markiert.“

Alles Rehau intern entwickelt, betrieben und gesichert

Die zentrale Datenhaltung sichert laut Andreas Schuster ab, dass Manipulationen der Informationen auf dem Label keine Auswirkungen auf das Gesamtsystem hätten.

„Die Datenbanken, in denen sämtliche Informationen zusammenlaufen, wo sie verknüpft und wo die Analysen stattfinden, werden Rehau-intern gehostet. Die Datenbanken sind geclustert und mit zahlreichen Schutzsystemen ausgestattet, um eine höchstmögliche Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Ausschließlich von Rehau entwickelte beziehungsweise von Rehau qualifizierte und abgesicherte Applikationen dürfen Informationen in die Datenbanken schreiben. Der Zugriff erfolgt über eine strenge Berechtigungssteuerung. Alle Datenbanken sind redundant ausgelegt und durch die Rehau-IT-Sicherheitsabteilung abgesichert“, erläutert Andreas Schuster das Datensicherheitskonzept. „Das Rückgrat unserer Produktion ist somit bestmöglich geschützt.“

Die API – modular und agil

Die von Rehau in Zusammenarbeit mit externen Partnern entwickelte Software „RFID-Lebenslauf“ ist modular aufgebaut und agil erweiterbar. „Jegliche neue Maschine oder neue Parameter lassen sich andocken. Die Software ist ausgebaut als API, um die kontinuierliche Erweiterung der Plattform nachhaltig zu gewährleisten. In der voranschreitenden Digitalisierung muss diese Flexibilität gewährleistet werden, um auf interne oder externe Anforderungen reagieren zu können.

Integrations-Know-how intern aufgebaut

Erste RFID-Tests bei Rehau fanden bereits 2006 statt. Das gesammelte Know-how aus den vergangenen zwölf Jahren wird heute genutzt, um nahezu sämtliche Integration weiterer Prozesse und Anwendungen inhouse abzubilden:

„Hardwareseitig setzen wir auf Antennen und Reader von Kathrein Solutions. Weitere Antennen sowie die Labels beziehen wir von Siemens. Zum Einsatz kommen parallel dazu auch Reader von Impinj. Bei komplexen technologischen Fragestellungen beziehen wir die Experten der Hardware-Hersteller mit ein. Extern sehen wir häufig sehr interessante und innovative Lösungen, die sich aber ohne spezielle und zum Teil aufwändige Anpassungen nicht eins zu eins in unsere Prozesse übertragen lassen. Daher ist Inhouse- Know-how richtig und wichtig – insbesondere mit Blick auf Service und Wartung. Eine hohe Verfügbarkeit und eine kurzfristige Fehlerbeseitigung müssen gewährleistet sein. Die Vorlaufzeiten bei Just-in-Sequence-Lieferungen liegen zwischen eineinhalb und acht Stunden. Ein halber Tag Stillstand wäre somit nicht hinnehmbar. Selbstverständlich gibt es Backup-Strategien, aber die Stundenleistung ist dahin, wenn Maschinenparameter über einen halben Tag hinweg manuell eingegeben werden müssten.“

Die Basis ist geschaffen – jetzt wird aufgerüstet

Heute verfügen sämtliche Werke, in denen Stoßfänger, Schweller und Heckspoiler produziert werden, über RFID-Lesepunkte und die entsprechenden Datenbankanwendungen.

„Die Basis ist an allen Standorten geschaffen. Schrittweise werden die Werke jetzt weiter aufgerüstet. Alle Funktionalitäten sollen nach und nach in allen Werken nutzbar werden. Dadurch wird eine Vergleichbarkeit der Prozessqualität geschaffen. Das vereinfacht Optimierungen deutlich. Über Dashboards lässt sich der aktuelle Stand aller Werke bis ins kleinste Detail in Echtzeit visualisieren. Digitalisierung ist niemals abgeschlossen. RFID dient als Backbone. Darauf setzen wir kontinuierlich Prozesse auf wie die Prozessverriegelung – das aktuellste Optimierungsprojekt“, blickt Andreas Schuster voraus.

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