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BMW smart automation

Das hoch motivierte Manufacturing Engineering Team konnte die Industrialisierungtrotz
zahlreicher Design-Änderungen im vorgegebenen Zeitrahmen umsetzen.

 

BorgWarner startet automatisierte Montage für BMW

Smart Automation

In Kirchheimbolanden (Deutschland) startete BorgWarner Ende letzten Jahres das bislang größte Fertigungsprojekt des Unternehmens für BMW. Hierbei geht es um ein innovatives R2S®-Aufladesystem, das für den BMW Turbodiesel B47 gedacht ist. Der Plattform-Motor kommt weltweit in den unterschiedlichsten Fahrzeugen der Marken BMW und MINI zum Einsatz. Bei der Montage des Aufladesystems setzt BorgWarner auf einen hohen Grad an Automatisierung.

DDer Vierzylinder-Turbodiesel B47 war vor etwa vier Jahren von BMW als Baukasten-Antrieb eingeführt worden. 2017 wurde er grundlegend überarbeitet und dabei durchgängig zu einem Biturbo-Diesel. Während bisher nur die stärkste Variante mit zwei Turboladern ausgerüstet war, werden nun alle Versionen des Aggregats mit einem zweistufigen Aufladesystem von BorgWarner bestückt.

Der Fokus lag dabei nicht auf einer Steigerung der Leistung, sondern auf der Optimierung von Verbrauch und Emissionen bei gleichzeitiger Verbesserung von Ansprechverhalten und Fahrdynamik.

Bislang größtes Projekt für BMW

Die Turbolader des neuen Antriebs werden seit September 2017 bei BorgWarner in Kirchheimbolanden produziert. Die Montage begann mit einer Stückzahl von rund 1.000 Einheiten pro Woche und soll nun sukzessive auf die hohen Serienbedarfe hochgefahren werden. „Es handelt sich dabei um das größte Industrialisierungsprojekt, das wir bisher für BMW durchführen“, betont Markus Kreibiehl, der als Director Manufacturing Engineering mit seinem Team für die Industrialisierung der Lader zuständig ist. Die Montagestrategie, der die Experten dabei folgen, nennt man bei BorgWarner Smart Automation. Kreibiehl erklärt: „Wir haben uns für Automatisierung entschieden, dabei aber nach der idealen Balance zwischen manuellen und automatisierten Prozessen gesucht. Unser Ziel war nicht Automatisierung um jeden Preis, sondern die Optimierung von Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit.“ Und Thomas Fitting, Leiter der Montageplanung, ergänzt: „Wir wollen eine hohe OEE (Overall Equipment Efficiency) von mehr als 80 Prozent erreichen.“

Um einen hohen Grad an Automatisierung zu ermöglichen, haben die Montagespezialisten eng mit BMW zusammengearbeitet. Design for Assembbly und Design for Automation begannen schon in einer sehr frühen Projektphase. „Bohrungen und Aussparungen haben wir nach Design for Value Prinzipien konzipiert, so dass eine automatisierte Verschraubung der einzelnen Komponenten möglich ist“, beschreibt Fitting das Vorgehen. Lohn der aufwändigen Entwicklungsarbeit: Zeit- und Kosteneinsparungen bei der Montage – und der BorgWarner Innovation Award 2017 für das intelligente Industrialisierungskonzept. So handelt es sich bei der Hochdruckstufe des neuen R2S®-Systems um den weltweit ersten Turbolader von BorgWarner, der vollautomatisiert montiert wird.

 
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Thomas Fitting (Leiter Montageplanung) erläutert Smart Automation: Intelligente
Aufgabenteilung zwischen manueller und automatisierter Montage.

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Dank ihres modularen Aufbaus erlaubt die B47 Montagelinie eine hohe Flexibilität.

 
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Design for Value: Erst die spezielle Konstruktion des Verdichtergehäuses macht eine
automatisierte Montage möglich.

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Automatisch höhenverstellbare Arbeitsplätze und neu konstruierte Lichtvorhänge
erhöhen die Ergonomiestandards an den Montagemodulen.

Montageprozess nach One-Piece-Flow

„Was die Konzeption der Montage angeht, arbeiten wir nach dem „One-Piece-Flow“- Prinzip, erläutert Kreibiehl. „Die Montage der Lader erfolgt schrittweise ohne großen Puffer und mit einer gleichmäßigen Austaktung der einzelnen Stationen.“ Ziel dieses Konzeptes sei es, Störgrößen oder Fehler schnellstmöglich zu erkennen – und zu beheben. Dies verbessere sowohl Transparenz als auch Qualität der Montagelinie. „Nur zwischen der Rumpfgruppenmontage und der Endmontagelinie findet eine Entkopplung (Supermarkt) statt“, wirft Dr. Jan-Niko Kranz, Teamleiter Montageplanung, ein. „Innerhalb der einzelnen Linien erzielen wir eine sehr hohe Stabilität. Dazwischen haben wir jedoch eine Entkopplung eingebaut, damit etwaige Störeinflüsse von der Rumpfgruppenmontage nicht auf die Strömungsgehäuse- Montagelinie übertragen werden.“Montagemodule steigern die Flexibilität.

Technisch ist die Montageanlage komplett modular aufgebaut. Die Anzahl der standardisierten Montagemodule wächst bei BorgWarner schon seit einigen Jahren von Projekt zu Projekt. „Das erhöht die Flexibilität unseres Standortes“, nennt Fitting die Gründe. „Müssen wir Änderungen am Lader vornehmen oder zusätzliche Funktionen realisieren, können wir einzelne Module schnell anpassen oder neue in die Linie integrieren.“ Und nach Produktionsauslauf können die Module mit leichten Anpassungen genutzt werden, um neue Produkte zügig zu industrialisieren. „Diese Flexibilisierung unseres Montage- Equipments treiben wir gezielt voran, um unsere Wettbewerbsfähigkeit zu steigern“, führt Kreibiehl aus. Und ergänzt: „Mit der zunehmend modularen Montage steigern wir darüber hinaus unsere Flächenproduktivität, verbessern also auch unsere Wirtschaftlichkeit.“

Zu den technologischen Highlights der B47 Montageanlage gehört eine innovative End-of-Line-Prüfstation. Mit Hilfe eines Drehtellers testet diese jeden einzelnen Turbolader ohne Umspannvorgang vollautomatisiert mit verschiedenen Verfahren. Nach einer Leckageprüfung folgt zunächst ein dynamisches Kalttestverfahren mit Luft, daraufhin werden Temperaturen, Drücke, Luftschall, Körperschall, Durchflussmengen und Drehzahlen erfasst und mit Sollkurven abgeglichen. „Solche Tests machen wir jetzt bereits seit sieben Jahren“, erwähnt Kreibiehl. „Wir gehörten zu den ersten Herstellern überhaupt, die jeden einzelnen Lader im Serienprozess Kalttests unterzogen haben.“

Erste Schritte in Richtung Industrie 4.0

Eine weitere Besonderheit der neuen Montageanlage sind erste automatisierte Kommunikationsprozesse im Sinne von Industrie 4.0. „In der Kartuschenmontage wird automatisch der erforderliche Luftmassendurchfluss jeder einzelnen Kartusche gemessen und in einer Datenbank hinterlegt“, nennt Kranz ein Beispiel. „Die Endmontagelinie greift automatisch auf diesen Messwert zurück, um selbständig den Einstellweg des E-Stellers zu justieren.“ Grundlage für solche Kommunikationsprozesse ist der Austausch von Data- Matrix-Codes zwischen den einzelnen Montagemodulen, was bei BorgWarner schon länger realisiert ist.

Hohe Ergonomie

Auch auf die Erfüllung hoher Ergonomiestandards in der neuen Montageanlage sind die Experten in Kibo stolz. Weil an den Arbeitsplätzen abwechselnd unterschiedlich große Mitarbeiter beschäftigt sind, hat man gemeinsam mit dem Hersteller der Montagemodule eine flexible Lösung zur Gestaltung der Arbeitsplätze entwickelt. Meldet sich ein Mitarbeiter nun bei Schichtbeginn mit seiner Karte im System an, stellt sich sein Arbeitsplatz vollautomatisch auf die für ihn optimale Arbeitshöhe ein. „Bei einer Automatiklinie ist das eine Innovation, über die unsere Werksbesucher oft staunen“, sagt Kreibiehl. „Wir versprechen uns davon eine schonendere und daher langfristig gesündere Arbeitsweise.“ Weitere Detaillösungen, wie die Optimierung von Lichtvorhängen, sind Bestandteil des hohen Ergonomiestandards.

Und wie hat der Serienanlauf an der neuen Linie geklappt? Dazu sagt Kreibiehl: „Wir sind bisher sehr zufrieden. Von Auftragsvergabe bis zur Abnahme durch den Kunden hatten wir nur 13 bis 14 Monate Zeit.“ In diesem Zeitraum haben es die Experten geschafft, die Linie erfolgreich zu industrialisieren, Designanpassungen umzusetzen und die Validierungen durchzuführen. Auch die nachträgliche Integration einer zusätzlichen Verschraubung konnte dank des modularen Konzeptes der Anlage noch kurz vor Serienanlauf realisiert werden.

Fit für die Zukunft

„Hohe Flexibilität, hohe Verfügbarkeit, hohe Produktivität, aber auch hohe Ergonomie und hohe Qualität – das sind die besonderen Stärken, mit denen unsere neue Montageanlage für BMW punkten kann“, fasst Kreibiehl die Vorteile der smarten Automatisierung bei BorgWarner zusammen. Und Fitting fügt hinzu: „Das Konzept, das wir hier aufgesetzt haben, hilft uns in Zukunft schneller auf Veränderungen zu reagieren, weil wir die Linien schnell auf neue Projekte umstellen können.“ So sieht man sich am Standort Kirchheimbolanden gut gerüstet für künftige Herausforderungen – gerade auch im Hinblick auf die Strategie Kibo 2020. Sie sieht vor, dass bis 2020 die Kleinserienproduktion an andere Werke übertragen und dafür auf Großserienproduktion und die Produktion innovativer Produkte wie eBooster® umgestellt wird.

 
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Von links: Dr. Jan-Niko Kranz (Teamleiter Montageplanung), Markus Kreibiehl (Director Manufacturing
Engineering), und Pascal Brehm (Director Operations) vor der neuen B47 Montagelinie.

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Für das Industrialisierungskonzept des R2S®-Aufladesystems wurde das Werk Kirchheimbolanden mit dem BorgWarner Innovation Award 2017 ausgezeichnet.

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Fotos: © BorgWarner

 

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