Digitale Fabrik: Effizient, smart und nachhaltig in die Zukunft

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Als im 18. Jahrhundert die Dampfmaschine und die „Spinning Jenny“ die Industrie eroberten, rechnete niemand auch nur im Ansatz damit, dass einmal von vernetzten oder gar lernenden Maschinen die Rede sein würde. Der Ansatz, Maschinen als Lösung für die dringendsten Herausforderungen der Zeit zu entwickeln, greift auch heute, wenn von der „digitalen Fabrik“ die Rede ist.

Um Rahmenbedingungen wie internationale Stakeholder und die steigende Relevanz von Nachhaltigkeitsaspekten sowie veränderte, individuelle Kundenbedürfnisse im operativen, aber auch im strategischen Geschäft gerecht zu werden, greifen Unternehmen auf die Digitalisierung und das Konzept „Digitale Fabrik“ zurück. Doch was versteckt dahinter?

Digitale Fabrik: Kleine Schritte zum Ziel

Seit Mitte des letzten Jahrzehnts versteht man unter einer digitalen Fabrik nicht mehr nur die virtuelle Planung im Sinne des Product Lifecycle Managements (PLM). Mittlerweile umfasst das Konzept digitale Modelle und Methoden im Fertigungsumfeld. Was zu Beginn abstrakt und schwer nachzuvollziehen klingt, ist in der Praxis relativ simpel: Alle beteiligten Maschinen, Menschen, Werkzeuge und Ressourcen sollen im Endergebnis, basierend auf einem virtuellen Modell, real miteinander vernetzt sein und miteinander kommunizieren. Die Kernfrage lautet: Wie kann ich Prozesse in der Fertigung durch den Einsatz von Software unterstützen und optimieren? Das A und O dabei: schrittweise vorgehen und drängende Bereiche priorisieren. Dieser Ansatz bricht das hochkomplexe Projekt auf greifbare Prozesse sowie Arbeitsschritte herunter. Den konkreten Startpunkt definieren Unternehmen demnach individuell entlang der gesamten Wertschöpfungskette: Für Firma A kann das die Verzahnung von Konstruktion und Produktion sein, Firma B möchte die Zusammenarbeit mit Zulieferern optimieren, während Firma C eine neue Fertigungslinie am 3D-Modell plant.

Digitale Entwicklung, Planung und Konstruktion

Eine in der Praxis häufige Anwendung des Konzepts „digitale Fabrik“ betrifft die Planung der Herstellung von Produkten. Ein Maschinenbauer, der ein komplexes Produkt wie beispielsweise landwirtschaftliche Maschinen individuell nach den Kundenbedürfnissen fertigt, profitiert besonders davon, bestehende Daten aus der Konstruktion zu nutzen und in die Produktion zu übertragen. Das Ziel der Digitalisierung ist hier, einen nahtlosen Übergang zwischen Entwicklungsstücklisten und Fertigungsstücklisten herzustellen. Die entstandenen durchgängigen Prozesse reduzieren die Komplexität und die Zeit bis zum Start der Produktion enorm. Eine weitere Möglichkeit, wie digitale Abläufe die Effizienz erhöhen, ist die Simulation von Produktionsvorgängen. Üblicherweise müssen Roboter, Maschinen oder Anlagen manuell programmiert und für diese Zeit aus dem Betrieb genommen werden. In einer digitalen Fabrik ist es möglich, virtuell abzubilden, wie sich die Bewegungen dieser Ressourcen verhalten und die Arbeitsschritte bereits am Computer zu simulieren. Der Code wird dann lediglich auf die Maschine übertragen, ohne dass die Produktion längere Zeit unterbrochen werden muss.

Nachhaltige Fabrik

Nachhaltigkeit spielt für Unternehmen in vielerlei Hinsicht eine elementare Rolle: Veränderte Kundenerwartungen, Regularien der Politik, steigende Energiepreise – die Liste ist lang. Gleichzeitig wird der Umweltschutz selbst zum Kostenfaktor für Unternehmen, insbesondere angesichts der Kosten für ökologisch-verträgliche Rohstoffe sowie für Recycling- und Entsorgung. Hier kommen digitale Lösungen ins Spiel. Sie können dabei helfen, Produkte und Prozesse nachhaltiger zu gestalten. Die verschiedenen Bereiche der Nachhaltigkeit stehen dabei nicht nur für sich, sondern beeinflussen sich gegenseitig.

Digitale Fabrik: Durchdachte Konstruktion

Nicht nur die Erwartungen von Verbrauchern und Politik an klimafreundliche Produkte sind ein Treiber für Nachhaltigkeitsinitiativen. Viele Unternehmen legen auch großen Wert darauf, bereits bei der Fertigung so umweltfreundlich wie möglich zu handeln. Im Fokus stehen dabei besonders Faktoren wie die Wahl der Materialien. Mithilfe von Softwaretools, wie der Lösung „Sustainable Innovation Intelligence“ von Dassault Systèmes, lässt sich bereits in einer frühen Phase der Entwicklung berücksichtigen, welche Ressourcen und Bauteile in der Konstruktion und im Betrieb am wenigsten CO2-Ausstoß verursachen oder welche Materialien sich in der Verarbeitung positiv auf den Energieverbrauch von Maschinen auswirken. Ein Schritt in der digitalen Fabrik ist daher ein virtueller Zwilling von Fabrik und Produkten: Er ermöglicht Simulation und Tests im virtuellen Raum und reduziert damit die Anzahl physischer Prototypen auf ein Minimum – das spart Zeit, Kosten und natürliche Ressourcen.

Einheitliche Datenplattform

Der Grundbaustein einer digitalen Fabrik ist eine umfassende Datenbasis. Nur mit Informationen über Maschinen, Abläufe und Ressourcen können Unternehmen ihre Prozesse digitalisieren und so optimieren. Hier kommt der Plattformgedanke ins Spiel. Eine Datenplattform, wie beispielsweise die 3DExperience-Plattform von Dassault Systèmes, bildet die ‚Single Source of Truth‘ für alle relevanten Elemente der digitalen Fabrik und fügt das Puzzle zu einem Gesamtbild zusammen. Sie verwaltet also nicht nur Daten zentral, sondern bündelt auch Softwareapplikationen, die in den unterschiedlichsten Prozessen zum Einsatz kommen. Da alle Beteiligten auf dieselbe Datenbasis zugreifen, können sie ortsunabhängig und dennoch kollaborativ arbeiten. Gleichzeitig ist der Datenrückfluss gewährleistet, um die Fertigung noch leistungsfähiger zu gestalten. Das heißt, dass sich Informationen laufender Prozesse erfassen, analysieren und mit den ursprünglichen Plänen vergleichen lassen, um Optimierungspotenzial zu identifizieren.

Praxis: Ramp-up mit virtuellem Zwilling

Wie virtuelle Fertigungslinien die Produktionsleistung erheblich verbessern können, beweist der französische Automobilzulieferer Faurecia. Schon vor Beginn der Entwicklung und Produktion der ersten Automobilteile kamen der 3DExperience Twin sowie die Simula­tionssoftware Delmia auf der 3DExperience-Plattform von Dassault Systèmes zum Einsatz, um einen virtuellen Zwilling der anstehenden Produktion zu fertigen. Virtuelle Tests deckten Störungen und Stellschrauben zur Optimierung auf, was sich letzten Endes positiv auf die finale Inbetriebnahme auswirkte: reduzierte Produktionsanlaufkosten und ein sichtbar effizienteres und schnelleres Ramp-up.

Von Björn Manderbach.

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