Einheitliche Automatisierungsplattform

Totally Integrated Automation in der Automobilproduktion

Einheitliche
Automatisierungsplattform

Die Industrie blickt erwartungsvoll in die digitale Zukunft. Der Automobilhersteller Audi zeigt mit der Produktion seines Premiummodells, dass der Schritt zur vollständigen Vernetzung nicht mehr groß ist. Auf Basis von Totally Integrated Automation (TIA) ließen sich bei der Fahrzeugfertigung notwendige Standardisierungen bereits in die Tat umsetzen.

Dr. Michael Niemeyer, Leiter Fertigungsplanung Automatisierung bei Audi, erachtet eine durchgängige Steuerungs- und Antriebstechnikplattform als Schlüssel zur Effizienzsteigerung. (Bilder: Siemens AG)

Dr. Michael Niemeyer, Leiter Fertigungsplanung Automatisierung bei Audi, erachtet eine durchgängige Steuerungs- und Antriebstechnikplattform als Schlüssel zur Effizienzsteigerung. (Bilder: Siemens AG)


Die Automobilindustrie gilt als Premiumsegment technischer Entwicklungen, sowohl beim Endprodukt als auch bei der Produktionstechnik. Die Analogie zwischen der Konstruktion der Fahrzeuge und dem Aufbau der Fertigungsprozesse ist dabei unübersehbar: Standardisierung der Komponenten im Auto – Standardisierung in der Automatisierung, einheitliche Bordnetz-Kommunikation – industrielle Kommunikation via Profinet für alle Anwendungen – Start/Stopp-Automatik, ProfiEnergy in Pausenzeiten, Energierückgewinnung bei Bremsvorgängen – Energierückspeisung ins Netz durch Umrichter. An vielen weiteren Stellen zeigen sich ebenfalls Vorteile, die Systemdurchgängigkeit und moderne Techniken mit sich bringen: komfortable Fahrzeugdiagnose, integrierte Diagnosefunktionen bis in die Feldebene, adaptive Sicherheitssysteme und integrierte Safety-Funktionen. Das zeigt, dass Automobilindustrie und industrielle Systemlösungen viele Gemeinsamkeiten haben. Im Zuge der Errichtung neuer Produktionshallen für den Audi A8 waren folgende Eckpunkte relevant: geringerer Engineering-Aufwand, Energieeinsparung, weitere Erhöhung der Verfügbarkeit und Kosteneinsparungen. „Diese Ziele haben wir mit einer einheitlichen Automatisierungsplattform gemäß Totally Integrated Automation erreicht“, so Dr. Michael Niemeyer, Leiter Fertigungsplanung Automatisierung bei Audi. Die Standardisierung von Bauteilen und Montagestrategien führt im Automobilbau bereits seit vielen Jahren zu einem spürbaren Effizienzgewinn. Analog dazu durchzieht der TIA-Leitgedanke die Produktionslinie von der Steuerungstechnik bis zur Antriebstechnik. Im Zentrum der Automatisierungsstrategie steht das Engineering-Framework TIA-Portal von Siemens. Programmierung, Parametrierung, Visualisierung und Diagnose lassen sich mit dem Automatisierungsstandard auf einer einheitlichen Plattform umsetzen. Dieser lässt sich auf globaler Ebene auch von anderen Werken nutzen. Das gilt für die Steuerungstechnik sowie für die Schalt- und Antriebstechnik inklusive der integrierten Sicherheitstechnik.

Engineering: Ein Tool für alles

„Unsere mit neuer Technik in Betrieb genommene Montagehalle zeigt beispielhaft, was heute in puncto Standardisierung möglich ist“, berichtet Dirk Bönisch, Abschnittsleiter Wagenmontage A8 bei Audi. Durch den Einsatz von TIA-Portal ließ sich beispielsweise der Engineering-Aufwand um etwa 10% reduzieren. Dabei sind sämtliche Simatic-S7-1500-Steuerungen an das übergeordnete Leitsystem angeschlossen. Anders als bisher liefert jede einzelne Steuerung ohne zusätzlichen Programmieraufwand detaillierte Diagnoseinformationen an das übergeordnete Leitsystem. Darüber hinaus gibt es in der Linie selbst eine eigene Maintenance Station, an der das Bedienpersonal sofort Updates ermitteln kann. Bei größeren Maßnahmen wird die Instandhaltungsabteilung automatisch per Pager oder SMS benachrichtigt. „Durch das transparente Informations-Handling lassen sich bis zu 5% der Meldungen vom Bedienpersonal selbst erledigen“, betont Jens Baumann aus der Abteilung Automatisierungstechnik, Lackiererei, Montage, Fördertechnik, Schraubtechnik. So ließen sich aufgrund der gemeinsamen Datenbasis der einzelnen Programmmodule die Systemzugriffszeiten reduzieren. Denn die vollintegrierte Bedienoberfläche ist anwenderfreundlich und die Datenverwaltung ist auf einem gemeinsamen Speicher möglich.

Neuer Standard in der Antriebstechnik

Dazu passend wurde in beiden Montagehallen auch für die Antriebstechnik ein neuer Standard definiert. Dort bewegen 370 Simogear-Getriebemotoren die Montagebänder. Alle zweistufigen Getriebemotoren von Siemens sind mit der Engineering-Plattform TIA Portal kompatibel. Dabei machte sich die Energieeffizienz der IE3-Antriebe positiv bemerkbar. Hinzu kommt, dass durch das höhere Drehmoment statt der bisherigen 5,5KW-Motoren nun 3,6KW-Motoren zum Einsatz kommen. Durch einen etwa zwei Prozent höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu früher lassen sich rund fünf Mwh Energie pro Jahr einsparen. Allein bei den 16 Hubantrieben summiet sich so die Energieeinsparung auf etwa 1,25Mwh pro Jahr. Das bedeutet mindestens 17t CO2-Reduzierung pro Jahr. Unterstützt wird die Energieeinsparung durch den Einsatz der Siemens-Frequenzumrichter Sinamics G120D. Sie besitzen eine integrierte Energierückspeisung ins Netz. Dadurch lassen sich nicht nur Bremswiderstände sparen, sondern auch die Kompensationsanlagen kleiner dimensionieren. „Die Verbrauchswerte an jeder Anlage werden visualisiert“, berichtet Bönisch. „Entscheidend ist, dass der Energiebeauftragte Teil der Instandhaltungsabteilung ist“, ergänzt Bernd Wozniak, Instandhaltungsleiter bei Audi. Denn am besten lassen sich Maßnahmen dort beurteilen, wo ihre Auswirkungen sichtbar sind. Durch die enge, kommunikative Verzahnung zwischen Instandhaltung, Produktion und Planung ergeben sich wichtige Rückschlüsse auf Technik- und Prozessverbesserungen, die im Zuge von Totally Integrated Automation durchgeführt wurden.

Einfluss von TIA auf die Produktion

Service, Lagerhaltung und Verfügbarkeit sind weitere Prozesse, die sich durch TIA positiv beeinflussen lassen. In beiden Montagehallen wurde das manuelle Schichtbuch gegen eine elektronische Predictive Maintenance Station ersetzt. Die detaillierte Reparaturmaßnahmenerfassung lässt sich dadurch um die elektronische Auswertbarkeit ergänzen. Außerdem können die Informationen überall im Produktions- und Office-Netzwerk abgerufen werden. Damit lassen sich Serviceeinsätze im Rahmen der zustandsorientierten Instandhaltung überblicken, beurteilen und planen. Der Schulungsbedarf ist durch eine einheitliche Antriebs- und Steuerungstechnik geringer. Ein weiterer Aspekt der Effizienzsteigerung im Zuge von TIA ist die Hardware. So lassen sich Wartungsregeln bzw. Wartungspläne inklusive Datenbankreports und Suchfunktionen erstellen. Durch die so erreichte Planbarkeit von Instandhaltungsmaßnahmen wird die Anlagenverfügbarkeit erhöht.

Mehr Effizienz durch TIA

„TIA steigert die Effizienz“, fasst Niemeyer zusammen. Denn die Grundvoraussetzung für eine systematische Verbesserung sämtlicher Produktionsprozesse ist Systemdurchgängigkeit im Sinne von Totally Integrated Automation.

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