In der Fabrik der Zukunft sind Mensch und Maschine ein Team

„Was die Fabrik so besonders macht, ist das Zusammenspiel von zwei technologischen Ansätzen“, erklärt Sarah: künstliche Intelligenz (auf Englisch „Artificial Intelligence“, kurz AI) und das Internet der Dinge (IoT). Das Werk in Dresden ist die erste AIoT-Fabrik von Bosch. Das heißt, dass alle Daten – von Anlagen, Sensoren und Produkten – in einem zentralen Datenspeicher gesammelt werden. Im Werk entstehen dadurch pro Sekunde Produktionsdaten mit einem Umfang von umgerechnet 500 Textseiten. An einem Tag entspricht das mehr als 42 Millionen beschriebenen Blatt Papier. Big Data. Mit Methoden der künstlichen Intelligenz lernen dann selbstoptimierende Algorithmen, aus diesen Daten Vorhersagen zu treffen. So lassen sich Vorgänge in Echtzeit analysieren, ohne die empfindlichen Fertigungsprozesse zu stören.

Die Prozesse in der Halbleiterfertigung sind komplex – und beginnen schon in der sogenannten SubFab, eine Art zweiter Fabrik, die unterhalb der Wafer-Fertigung liegt und die Produktion mit Spezialgasen, Luft und Strom versorgt. Deshalb verlaufen hier kilometerweise Rohre, Kabel, Schläuche – und jedes Rohr, jedes Kabel und jeder Schlauch besitzt ein digitales Pendant, ebenso jedes Ventil und andere Element im ganzen Werk. Denn das gesamte Gebäude ist detailgenau in einem 3D-Modell abgebildet. Dieses wird um zusätzliche Informationen wie zum Beispiel Verbrauchsdaten ergänzt und ergibt damit einen „Digitalen Zwilling“. So nennt man die virtuelle Abbildung des Werks und aller seiner Prozesse. „Auf diese Weise können wir Optimierungen und Umbauarbeiten virtuell simulieren, ohne in die laufenden Prozesse der realen Welt eingreifen zu müssen“, sagt Sarah.

Bevor Sarah den Reinraum – das Herzstück der Fabrik – betreten darf, schlüpft sie in einen weißen Spezialanzug. Danach geht es unter die Luftdusche, die sie von den letzten Körnchen Staub befreit. Erst dann darf sie dorthin gehen, wo die Halbleiter in so genannten Waferboxen bewegt werden. Hier gilt die Reinraumklasse 1. Das bedeutet: Während in der normalen Umgebungsluft etwa 100 000 Partikel pro Kubikfuß (rund 28 Liter) umherschwirren, darf sich in der Halbleiterfertigung nur ein Partikel mit einem Gewicht von einem halben Mikrogramm in einem Kubikfuß Luft befinden. Das entspricht in etwa der Größe eines Kirschkerns im Bodensee.

Selbst bei modernsten Maschinen sind Wartungsarbeiten nötig. Doch mittels Predictive Maintenance und AIoT werden diese optimiert und „just in time“ ausgeführt: Auf Basis der gesammelten Nutzungsdaten können KI-Algorithmen die Notwendigkeit von Reparaturen frühzeitig erkennen. Die Arbeiten finden also nicht regelmäßig statt, sondern genau dann, wenn sie notwendig sind – und rechtzeitig, bevor es zu Problemen kommt. Via Datenbrille und Augmented Reality lässt sich eine Maschine sogar aus der Ferne warten. So können Wartungsarbeiten in Dresden von dem Spezialisten eines Anlagenherstellers in Japan erledigt werden, ohne dass dieser vor Ort sein muss. Die Kamera der Datenbrille überträgt Videobilder nach Japan, der Experte dort führt den Mitarbeiter in Dresden dann in Echtzeit durch den Wartungsprozess.

Damit solche Prozesse ebenso wie die Datenübertragung zwischen Maschinen und Computern noch schneller ablaufen, wird in der Halbleiterfabrik schon bald mit dem neuen Mobilfunkstandard 5G kommuniziert. Und das ist nur eine der Weiterentwicklungen, die das derzeit rund 250 Mitarbeiter starke Team in Dresden plant. In Zukunft sollen beispielsweise Prototypen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz komplett virtuell entwickelt und simuliert werden, bevor sie in Produktion gehen. Damit setzt Bosch neue Qualitätsstandards, beschleunigt den Entwicklungsprozess und senkt die Kosten. Was es dazu braucht? Die modernsten Technologien und exzellente Mitarbeiter. Oder, wie Sarah Fischbach es ausdrückt: „Mensch und Technologie sind in Dresden ein Team – und gemeinsam stärker“.