Audi entwickelt die flexible, ausfallsichere Produktionsumgebung der Zukunft

Herausforderungen in modernen Produktionsumgebungen 

Bei Audi ist der Slogan „Vorsprung durch Technik“ Programm. Die Fahrzeuge bieten ein herausragendes Fahrerlebnis mit intuitiven, modernen Funktionen wie dem digitalen Kombiinstrument Audi Virtual Cockpit oder dem Audi quattro-Allradantrieb.  

In seinen weltweiten Werken baut der Automobilhersteller jährlich mehrere Millionen Fahrzeuge. Dabei sind Präzision, Geschwindigkeit und absolute Zuverlässigkeit unerlässlich. In den Produktionsumgebungen arbeiten Tausende Roboter, Spezialmaschinen und Mitarbeitende rund um die Uhr perfekt aufeinander abgestimmt. Nahezu jede Bewegung ist präzise choreografiert.  

„Wir können uns keine Fehler erlauben“, erklärt Thomas Kampa, IT Solutions Architect bei Audi. Hinter den ausgefeilten Betriebsabläufen steht jedoch eine wachsende Herausforderung. Bisher waren Unternehmen bei der Werksautomatisierung stark auf physische Hardware angewiesen – in Form zahlloser robuster Computer und PLCs (Programmable Logic Controller, speicherprogrammierbare Steuerung) überall im Werk. Jede dieser Komponenten hatte eine bestimmte Funktion, sei es die Steuerung der Roboterbewegungen oder der Schutz der Mitarbeitenden.  

Die Zukunftsvision von Audi war ein Werk, das nicht einfach automatisiert, sondern tatsächlich softwaredefiniert und anpassungsfähig ist, um ein neues Maß an Flexibilität und Effizienz zu erreichen.  

Aus dieser Vision heraus entstand Edge Cloud 4 Production (EC4P). Audi verfolgte damit das Ziel, nicht nur die Mitarbeiterleitsysteme oder andere typische Server-Client-Anwendungen zu virtualisieren, sondern auch die kritische Steuerlogik im Werk, um von einzelnen Hardwarekomponenten auf eine zentrale, flexible Edge-Cloud-Umgebung umstellen zu können. Die grundlegende Herausforderung war immens: Wie kann diese Virtualisierung für äußerst kritische Echtzeitanwendungen wie PLCs erreicht werden, ohne die absolute Präzision und Sicherheit und die Latenz im Mikrosekundenbereich zu gefährden, die bei der Automobilherstellung unverzichtbar sind, und ohne auch nur eine Roboterbewegung zu stören?  

„Wir mussten eine Plattform erstellen, die Kommunikation in Echtzeit unterstützt“, so Sven Müller, Leiter des EC4P-Projekts. „Dafür brauchten wir ein Netzwerk mit den passenden Funktionen und natürlich Anwendungen, die dies ebenfalls unterstützen.“  

Entwicklung einer softwaredefinierten Lösung für die Zukunft 

Für diese ambitionierte Transformation waren neben technologischer Innovation auch eine präzise Planung und robuste Ausführung gefragt. Der Umfang des EC4P-Projekts war deutlich größer als bei einem regulären IT-Upgrade. Die OT-Infrastruktur (Operational Technology) des Werks musste von Grund auf umstrukturiert werden. Cisco war bereit, sich an der Entwicklung eines integrierten Ansatzes zu beteiligen und in ein dediziertes Team zu investieren, das Audi bei der Umsetzung seiner mutigen Vision unter die Arme greift. „Cisco bot uns nicht einfach eine Lösung für eine einzelne Plattform, sondern gleich einen ganzen Stack an Lösungen, die den nötigen Plattformansatz umsetzbar machen“, berichtet Kampa. 

Das Kernstück der Lösung bildet Catalyst Center mit Cisco SD-Access (SDA) als Architektur-Framework für die Netzwerkvirtualisierung. So entsteht eine robuste, intelligente Fabric, die den extremen Anforderungen der Produktionsumgebung von Audi gewachsen ist. Dank der durch Cisco SDA bereitgestellten Mikrosegmentierung kann Audi die Kommunikation zwischen Geräten und Anwendungen präzise steuern und isolieren.  

„In einer Produktionsumgebung gibt es zahlreiche kritische und für Sicherheitsrisiken anfällige Anwendungen. Das gilt vor allem für Legacy-Anwendungen, die schon lange existieren“, erklärt Kampa. „Diese Anwendungen lassen sich im Prinzip nur durch eine Infrastruktur schützen, in der sie segmentiert werden können und in der sichergestellt ist, dass jede Anwendung nur mit den passenden Gegenstücken kommunizieren kann, die ihrerseits ebenfalls von der gesamten Infrastruktur geschützt werden.“ 

Wichtig war auch, dass mit der Cisco SDA ein Overlay-Netzwerk erstellt werden konnte, damit die Mitarbeitenden Anwendungen auch nach der Migration der Steuerlogik zur Edge-Cloud weiterhin wie gewohnt nutzen können. „Mit der SDA erweckt die Umgebung den Eindruck, die Komponenten seien immer noch vor Ort“, so Kampa. „Die Optik und Handhabung im Werk sind unverändert. Das hat enorm zur Akzeptanz von EC4P beigetragen.“ 

Ein weiterer Schwerpunkt der Zusammenarbeit war die Erstellung einer Infrastruktur mit besonders hoher Fehlertoleranz. „Es handelt sich um eine lange Kette mit zahlreichen Gliedern“, so Kampa. Im Zentrum der Lösung steht Redundanz. Daten-Frames werden über mehrere Pfade dupliziert, damit der Prozess auch bei Ausfall einer Verbindung unterbrechungsfrei fortgesetzt werden kann.  

Dies spiegelt sich nicht nur in der Architektur wider, sondern auch bei den Netzwerkgeräten selbst. Robuste Cisco Industrial Ethernet-Switches bieten zuverlässige Netzwerkverbindungen und hohe Sicherheit in anspruchsvollen OT-Anwendungsfällen und haben auch auf der IT-Seite Vorteile. Durch Automatisierung, die einen der Eckpfeiler der Cisco SDA bildet, wird die Einführung neuer Richtlinien für mehrere Hundert Netzwerk-Switches über Cisco Catalyst Center erheblich vereinfacht. Aufwendige manuelle Konfigurationsschritte werden durch eine zeitsparende zentrale Steuerung ersetzt. 

Nahtlose Transformation für eine ausfallsichere Zukunft  

Die Pilotphase des EC4P-Projekts ist inzwischen abgeschlossen und die Lösung wurde bereits erfolgreich in echten Produktionsumgebungen bereitgestellt. „Das Schöne ist: Nach der Implementierung der Lösung war alles wie immer. Die Roboter arbeiteten ebenso präzise und sicher wie zuvor“, erinnert sich Müller.  

Dieser nahtlose Übergang ohne Ausfallzeit und sichtbare Auswirkungen auf Prozesse hatte enorme Vorteile für Audi. Die inhärente Sicherheit der Cisco SDA mit ihren Mikrosegmentierungsfunktionen schafft eine solide Grundlage für den Schutz kritischer OT-Ressourcen. So kann sich Audi auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit seiner Produktionsumgebung verlassen.  

Die zentrale softwaredefinierte Steuerlogik beschleunigt die Bereitstellung und Aktualisierung von Anwendungen und erhöht so die Effizienz und Flexibilität merklich. Kampa erklärt: „In meinen Augen ist die Automatisierung einer der wichtigsten Vorteile der SDA. Es ist nicht mehr nötig, sich um jedes Gerät einzeln zu kümmern und alles Stück für Stück zu konfigurieren. Die Richtlinien werden stattdessen im gesamten Netzwerk eingeführt – und es funktioniert einfach.“  

Da Anwendungen jetzt zentral gesteuert werden können, statt Tausende physischer Komponenten einzeln zu verwalten, müssen qualifizierte Fachkräfte keine Zeit mehr in das investieren, was Kampa als „Routineaufgaben ohne Mehrwert“ bezeichnet. Stattdessen können sich die ExpertInnen von Audi auf wichtigere Herausforderungen konzentrieren, Innovationen vorantreiben und zeigen, dass EC4P mehr ist als nur ein betriebliches Upgrade: Es fördert die strategische Ausrichtung auf den Kern der Marke Audi.  

Mit Blick auf die kommende softwaredefinierte Ära der Produktion möchte Audi seine Vorreiterposition in Sachen Technologie festigen – nicht nur in Bezug auf die fertigen Fahrzeuge, sondern auch hinsichtlich der Produktion selbst. „Mit diesem Projekt können wir die Grenzen der Technologie verschieben und uns für die Zukunft rüsten“, so Müller. „Wir haben erreicht, was noch vor wenigen Jahren als unmöglich galt.“ 

Der Erfolg von EC4P dient auch als bewährtes, skalierbares Modell für künftige Bereitstellungen. Audi plant die Ausweitung der Lösung in der gesamten Markengruppe. Das Unternehmen will erweiterte KI-Lösungen in die Plattform integrieren und seine Produktionsprozesse noch stärker auf das neue Konzept des Software-Defined Vehicle (SDV) ausrichten. 

Müller dazu: „Von außen betrachtet sieht es sehr kompliziert aus. Das ist es zu einem gewissen Grad auch. Doch die Tools, die wir jetzt haben, vereinfachen den gesamten Prozess von der Planung über die Wartung bis hin zur Fehlersuche und -behebung. So können wir die Technologie zuverlässig skalieren und in noch mehr Werken einführen.“