Digitale Werkzeugakte - Teil 1 Die optimale Vernetzung des Werkzeuglebenslaufs

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Die Werkzeugbaubranche in Deutschland steht heute unter einem großen Preisdruck. Die von deutschen Werkzeugbaubetrieben im internationalen Vergleich aufgerufenen Mehrkosten müssen Kunden einen Mehrwert bieten, weshalb eine hohe Spezialisierung von Werkzeugbaubetrieben in Deutschland vorherrscht. Eine weitere Möglichkeit, sich von der internationalen Konkurrenz abzuheben, ist die Erweiterung des bestehenden Produkt- und Serviceportfolios mit datengetriebenen Geschäftsmodellen. Folgender Beitrag ist der erste der dreiteiligen Reihe „Die digitale Werkzeugakte“ und führt in den Prozess der Datenanalyse ein.

Laut einer aktuellen Umfrage sehen 53 Prozent der deutschen Werkzeugbaubetriebe datengetriebene Geschäftsmodelle als zwingend erforderlich zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit. Die etwas gleiche Prozentzahl sieht eine große Chance zur Differenzierung durch datengetriebene Geschäftsmodelle. Ein neuartiges und vielversprechendes Konzept für ein digitales Geschäftsmodell stellt die digitale Werkzeugakte dar, welche Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Werkzeuges zentral sammelt und damit eine neue Art von Serviceleistungen für Werkzeugbaubetriebe bietet.

Das Bindeglied: Die digitale Werkzeugakte

Die digitale Werkzeugakte ist eine Plattform, welche Daten entlang des Werkzeuglebenszyklus eines Werkzeuges aus verschiedenen Quellen zusammenführt, um Transparenz und anwendungsfallabhängige Nutzenpotentiale zu befähigen. Dabei stellt die digitale Werkzeugakte das digitale Bindeglied zwischen Werkzeugbaubetrieb und Serienproduzent dar. Das beim Serienproduzent im Einsatz befindliche Werkzeug überträgt echtzeitfähige Daten aus der Serienproduktion in die digitale Werkzeugakte. Damit können Werkzeugbaubetriebe die Sammlung von Wissen über die Nutzung des Werkzeuges beim Serienproduzenten realisieren. Die Potentiale durch die Implementierung der digitalen Werkzeugakte sind dabei breit gefächert: So kann durch die Analyse der aus dem Feld kommenden Daten beispielsweise die Prozessstabilität erhöht, der Ressourceneinsatz reduziert oder auch CO2-Emisionen minimiert werden.

Daten des Werkzeuglebenszyklus zusammenführen

Aus technischer Sicht sind mit der Einführung von digitalen Systemen in der Produktionslandschaft viele unterschiedliche Softwaresysteme entwickelt und in Werkzeugbaubetrieben appliziert worden. Ob CAD, ERP, MES oder PPS, all diesen Systemen ist gemeinsam, dass diese sich an der operativ ablaufenden Prozesskette eines Werkzeugbaus orientieren und nicht am Lebenszyklus eines Werkzeugs selbst. Diese Orientierung sorgt dafür, dass in der Praxis Daten zu einzelnen Werkzeugen über viele digitale Systeme verteilt vorliegen.

Die Idee der digitalen Werkzeugakte ist die Zusammenführung der Daten des gesamten Werkzeuglebenszyklus in einem System. Dabei stellt ein ganzheitliches Datenmodell die Grundlage für eine strukturierte Speicherung von Daten dar. Das Datenmodell muss dabei durch die Erfassung und die Verarbeitung relevanter Prozess-, Maschinen- und Werkzeugdaten über den Werkzeuglebenszyklus kontinuierlich mit Daten befüllt werden.

Identifikation von Anwendungsfällen

Das Datenmodell sollte sich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten der Implementierung immer nach den entsprechenden Anwendungsfällen der digitalen Werkzeugakte orientieren. Eine notwendige Voraussetzung ist dafür zunächst die Identifikation von potentiellen Anwendungsfällen. Die Basis dazu ist eine Vielzahl guter Ideen. Bei der Ideengenerierung geht es darum, diese Ideen auf allen Hierarchieebenen in hoher Quantität und Qualität zu entwerfen. Beispielhafte Methoden sind Kreativitätstechniken wie Brainstorming, die 6-5-3 Methode oder auch morphologische Matrizen.

Um die digitale Werkzeugakte – basierend auf den identifizierten Anwendungsfällen – in der Praxis umsetzen zu können, müssen vier Schritte der Datenwertschöpfungskette durchlaufen werden. Diese umfasst dabei die Erhebung von Daten, die Bereinigung und Verknüpfung von Daten, die Analyse von Daten und abschließend die Integration der Ergebnisse in den betrieblichen Ablauf.

Identifikation von Einflussfaktoren

Die Datenerhebung stellt den ersten Schritt der Datenwertschöpfungskette dar und muss eng auf den Anwendungsfall abgestimmt sein. Zur Identifikation der für den Anwendungsfall notwendiger Daten lassen sich als methodischer Rahmen beispielsweise Ishikawa-Diagramme verwenden. Durch diese Diagramme lassen sich strukturiert Einflussfaktoren identifizieren, welche es dann digital durch Daten abzubilden gilt. Als Orientierungshilfe zur Identifikation von Datenquellen sei an dieser Stelle auf das Data Ressource Canvas hingewiesen. Dabei werden die Datenquellen in den Dimensionen Häufigkeit und Ort unterschieden. Die örtliche Unterscheidung findet dabei in die im Werkzeugbau intern verfügbaren und in die extern, also beim Kunden verfügbaren Daten statt.

Nach der Datenerhebung müssen Daten oftmals bereinigt werden. Dies geschieht innerhalb der Datenbereinigung. Bei der Datenbereinigung werden Daten strukturiert, geordnet und fehlerhafte Daten, beispielsweise in Form von Ausreißern, gelöscht. Sind die Daten bereinigt gilt es die Daten zu verknüpfen. Hierzu können beispielsweise die Zeitstempel als Verknüpfungsinstanzen herangezogen werden, um die Daten entsprechend dem Entstehungsdatum zu gliedern. Sind die Daten aufbereitet, kann eine Analyse der Daten stattfinden. Das Ziel der Datenanalyse ist die Interpretation dieser Daten und die darauf basierende Ableitung von Handlungsempfehlungen.

Verbesserungsprozess in vier Schritten

Die Datenanalyse umfasst die systematische Auswertung und Untersuchung von Daten, um wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen. Dazu gehören die Strukturierung von Daten, um eine sinnvolle Organisation zu ermöglichen, sowie die Identifizierung und Quantifizierung von Mustern und Wirkzusammenhängen, um relevante Informationen zu extrahieren. Die Ergebnisse der Datenanalyse sind abschließend in den betrieblichen Ablauf zu integrieren. Da die digitale Werkzeugakte ein kontinuierlich veränderndes Konstrukt darstellt, sind alle vier Schritte iterativ in einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess zu durchlaufen. Ist ein Anwendungsfall fertig entwickelt, gilt es diesen entsprechend operativ als Service umzusetzen.

Im zweiten und dritten Teil der Reihe „Die digitale Werkzeugakte“ wird die Vernetzung zwischen Werkzeugbaubetrieb und Serienproduzent durch Einführung der digitalen Werkzeugakte vertieft. Aktuell entwickelt die WBA Werkzeugbau Akademie GmbH eine Softwarelösung zur digitalen Werkzeugakte, die leicht auf die individuellen Anwendungsfälle einzelner Unternehmen angepasst werden kann. Die Entwicklung der digitalen Werkzeugakte ermöglicht es der WBA, die Rolle als unparteiischer Datentreuhänder zwischen Serienproduzenten und Werkzeugbaubetrieben einzunehmen.

Die Autoren: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Boos ist geschäfts­führender Gesellschafter der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH; Gerret Lukas ist Leiter Industrieberatung, Bernd Haase ist Senior Consultant und Jan Marvin Schäfer ist Berater bei der WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH.