Industrie 4.0 unchained: Batteriezellfertigung  

In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen weltweit zugenommen. Da immer mehr Automobilkonzerne und Zulieferer den Übergang vom Verbrennungsmotor zum Elektroauto vollziehen, wird der Markt für Batteriezellen zunehmend attraktiv. Die Produktion von Batteriezellen in Europa ermöglicht es den Automobilherstellern, ihre Lieferketten zu verkürzen, Wertschöpfungstiefe zu erhalten und ihre Abhängigkeit von asiatischen Herstellern zu verringern.

Doch nicht nur die Autobranche hat ein Interesse an Batteriezellen: Auch die Nachfrage nach stationären Speichersystemen für erneuerbare Energien nimmt stetig zu, was den Batteriezellenmarkt zusätzlich attraktiv macht. In Deutschland sind allein 12 Fabriken entweder geplant, im Bau oder bereits in Betrieb, was zeigt, dass Europa bereit ist, in die Produktion von Batteriezellen zu investieren. Der Aufbau von Batteriezellproduktionen in Europa ist jedoch mit einem hohen Kostendruck verbunden, da die Rohmaterialien importiert werden müssen und die Energie- und Lohnkosten höher sind als in Asien.

Am Anfang läuft nichts perfekt

Der Herstellungsprozess von Batteriezellen ist deutlich komplexer als herkömmliche Produktionsprozesse in der Automobilindustrie, denn sie beinhaltet Schritte aus der kontinuierlichen, Chargen- und diskreten Fertigung. Eine Herausforderung bei der Produktion von Batteriezellen ist der hohe Ausschuss zu Beginn des Produktionsprozesses. Durch permanente Optimierung muss dieser schnell auf ein wettbewerbsfähiges Niveau gesenkt werden. In einer 40 GWh-Fabrik kann die Reduzierung der Ausschussquote von 15 Prozent auf 5 Prozent Einsparungen von mehr als 400 Millionen Euro pro Jahr generieren.

Für die erfolgreiche Produktion von Batteriezellen sind flexible und anpassungsfähige IT-Systeme von großer Bedeutung, um den komplexen Produktionsprozess zu unterstützen, eine hohe Qualität und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten und eine schnelle Anpassung an sich ändernde Anforderungen aus der kontinuierlichen Optimierung zu ermöglichen. Denn die Veränderung von Konfigurationen ist nicht die Ausnahme, sondern die Regel, und Erweiterungen des Systems, beispielsweise um neue Analyse-Anwendungen, Maschinen oder Datenspeicher, sind an der Tagesordnung.

Die Greenfield-Chance

Da die Fabriken in Europa gerade erst entstehen, können die Betreiber glücklicherweise die innovativsten IT-Landschaften implementieren, ohne Rücksicht auf Altsysteme und -architekturen. Wir sehen einen Manufacturing Operations Platform (MOP) Ansatz als geeignete Ziel IT-Architektur für die Produktion von Batteriezellen: Geschäftsprozesse setzen auf durchgängigen Infrastruktur-, Daten- und Anwendungsplattformen auf, so dass von den Produktionsanlagen über das Edge-Ökosystem bis in die Cloud alles vollständig horizontal und vertikal integriert ist. Das Ergebnis ist eine modulare, flexibel skalierbare und selbstoptimierende IT-Landschaft für die Produktion, die der Vision von Industrie 4.0 gerecht wird:

• offen – Der Einsatz von Interoperabilitäts- und Plattformtechnologien ermöglicht die nahtlose Integration heterogener Produktionsanlagen und Applikationen.
  
• modular – Dank der Microservice-orientierten Plattformlandschaft können Lösungen lokal, zentral oder in der Cloud skaliert und ausgetauscht werden.
  
• businessfokussiert – Die Plattform ermöglicht den Mitarbeitenden sich auf die Nutzung und Optimierung von Business-Applikationen und damit die wertschöpfenden Aktivitäten zu konzentrieren.
  
• adaptiv – Die Bereitstellung von wiederverwendbaren Funktionalitäten und Diensten ermöglicht, die Systemcharakteristik schnell zu verändern und so auf neue Prozess- und Marktanforderungen zu reagieren.

Der Neubau von Batteriezellfabriken ist zwar ein Kraftakt, birgt aber die Chance, die Vision von Industrie 4.0 endlich in die Realität umzusetzen und zu demonstrieren, welche Wettbewerbsvorteile durch die Digitalisierung der Produktion möglich sind.

Auch Brownfield profitiert

Das Capgemini MOP-Framework ist nicht nur für den Neubau von Batteriezellfabriken geeignet, sondern auch für Brownfield-Produktionen in anderen Branchen. Durch die Implementierung einer MOP können Produktionsprozesse optimiert, Silos aufgelöst, Monolithen entkoppelt und Prozesse flexibilisiert werden. Die Transformation der Produktions-IT kann nicht nur die Produktivität und Wirtschaftlichkeit steigern, sondern auch die IT-Kosten senken. Die Modernisierung der Produktions-IT ist somit eine Investition, um die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen durch technologische Innovation zu erhöhen und ihre Position in ihrem jeweiligen Markt zu stärken.