Digitaler Zwilling trifft reale Produktion

Sie baut Hindernisse in Wege, lässt Maschinen ausfallen oder fordert eine besonders hohe Anzahl schwerer Bauteile an. Sie füttert das Programm mit allen möglichen Daten, Prozessen und Szenarien.

Ein solches Szenario liefert der Projektpartner Mercedes-Benz. Nach der Produktion von E-Batterien wird deren Aluminiumgehäuse in der Qualitätssicherung überprüft. Dazu liegt die bis zu 20 Kilogramm schwere Batterie auf einer Art Tisch. Ein Industrieroboter, ein riesiger orangefarbener Roboterarm des Unternehmens Kuka, nähert sich der Batterie. An seinem Ende ist ein Laserscanner montiert. Mit diesem Scanner untersucht der Roboter das Gehäuse, er fährt alle Kanten und Flächen ab, misst bis auf Mikrometer genau die Ausmaße, sucht poröse Stellen. Das Problem: Vibrationen, verursacht durch andere Maschinen, die in der Halle arbeiten, können die Messgenauigkeit des Scanners beeinträchtigen. »Dann kann es sein, dass die Qualitätssicherung einen Fehler am Batteriegehäuse meldet, obwohl gar keiner vorhanden ist«, sagt Carmen Constantinescu. Das wiederum könne zu Zeitverzögerungen und unnötigen Materialverlusten führen. Deshalb pro­grammieren Constantinescu und ihr Team eine Lösung. Parallel zur Qualitätssicherung erfassen Sensoren die Vibrationen in der Fabrik, und der Messprozess wird entsprechend angepasst.

Den Problem-Tsunami vermeiden

Carmen Constantinescu füttert den Digitalen Zwilling der Fabrik mit vielen solcher Szenarien, sogenannten Trainingsdaten. Sie helfen dem System, ein Bild vom Produktionsprozess in allen seinen Details zu entwerfen – und diese zu analysieren: Wie oft kommt es zu welchen Störungen in der Produktion? Welche Lösungen haben sich als effizient erwiesen? So lernt der Digitale Zwilling. Und eine Künstliche Intelligenz entsteht, die Lösungen für alle möglichen Hindernisse und Herausforderungen in Sekundenschnelle umsetzen kann.

Wenn in einer Fabrik ein Fehler passiere, verursache das häufig einen Tsunami an weiteren Problemen, sagt die Projektleiterin. Wenn etwa die Produktion an einer Stelle ins Stocken gerate, würden alle nachfolgenden Prozesse in Mitleiden­schaft gezogen. Im Fall der Qualitätssicherung der E-Batterien bedeutet das: Wenn die Batterien nicht zügig durch die Qualitätssicherung kommen, fehlen sie in der Endmontage. Dann entsteht dort ein Stau, weil ein Bauteil nicht vor­handen ist. Aus einem Problem werden Dutzende.

Die Künstliche Intelligenz in der resilienten Fabrik kann auch so etwas abfedern. Sie berechnet stets den aktuell erwarteten Output der Produktion. Wenn aufgrund von Justierungen oder Blockaden oder anderer Turbulenzen an einem Tag statt wie geplant 108 nur 81 E-Batterien fertig gestellt werden, meldet das System das schon sehr früh an die Endproduktion. Die KI dort könnte dann nach Lösungen suchen, zum Beispiel andere Arbeitsschritte für die Mitarbeitenden einplanen.

Mitte September 2023 haben Carmen Constantinescu, ihr Team und ihre Partner den erfolgreichen Abschluss des Projekts gefeiert. Komponenten der resilienten Fabrik werden nun im Mercedes-Benz-Werk in Sindelfingen installiert und dort in der laufenden Produktion getestet.

»Wir zwingen die Realität, sich an unsere digitalen Träume anzupassen«, sagt Carmen Constantinescu. Während der Digitale Zwilling Daten lädt, Algorithmen berechnet, Wahr­scheinlichkeiten vergleicht, Lösungen liefert und umsetzt, entstehen dann in der Realität reale Produkte, echte Autos – effizienter als je zuvor.