Intelligente Fertigung: Mit Digitalisierung zum Triple Zero

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Null Ausfallzeiten, null Schaden und null Abfall – so lauten die ultimativen Nachhaltigkeitsziele in der Fertigung. Wer sie erreichen will, muss zunächst die eigenen Abläufe verstehen und analysieren. In mehreren Schritten und mithilfe digitaler Technologien lässt sich das Vorhaben effektiv umsetzen.

Intelligente Fertigung unter der Lupe: Nachhaltigkeit ist für die energieintensiven Fabriken in aller Welt von entscheidender Bedeutung. Steigende Energiepreise erhöhen diese Dringlichkeit noch, da sie viele regionale Fabriken dazu zwingen, die Produktion einzuschränken oder sogar zu schließen. Mehr denn je sind Hersteller weltweit entschlossen, dieses kritische Thema anzugehen. Das setzt sowohl den Maschinenbau als auch die Fabriken selbst unter Druck: Sie müssen Produkte für eine nachhaltigere Fabrik entwickeln, um diese dringenden Anforderungen zu erfüllen. Der effektivste Weg zu nachhaltigen Prozessen und Produkten ist die Digitalisierung. Mit einer umfassenden Digitalisierungsstrategie ist es jetzt möglich, intelligente Maschinen zu entwerfen, zu entwickeln und einzusetzen und die Abläufe in der Fabrik zu optimieren, um das ultimative Ziel von null Ausfallzeiten, null Schaden und null Ausschuss zu erreichen.

Intelligente Fertigung: Eine neue Stufe wartet

Die Hersteller setzen auf die Digitalisierung, um eine neue Stufe der intelligenten Fertigung zu erreichen. Die Digitalisierung liefert mehr Daten, die genutzt werden können. Das ist der Schlüssel zur Steigerung der betrieblichen Effizienz. Mit diesen Daten lassen sich viele Vorteile erzielen: hohe Verfügbarkeit, maximale Fabrikauslastung und Echtzeit-Management der Lieferketten. Ebenso wichtig ist, dass die Digitalisierung den Herstellern ermöglicht, den Energieverbrauch zu verfolgen und kurzfristig zu senken. Insgesamt führt sie zu mehr Nachhaltigkeit und dem angestrebten „Triple Zero“ in der Fertigung.

Die Minimierung des Energieverbrauchs erfordert ein umfassendes Verständnis der Abläufe. Wenn man sie messen kann, kann man sie auch optimieren. In folgenden drei Schritten lässt sich die Digitalisierung effektiv umsetzen:

1. IT/OT-Fusion: Daten sammeln und verwerten

Der erste Schritt ist das Sammeln umfangreicher, nützlicher Daten, die von der Betriebstechnologie (OT) der Fabrik erzeugt werden. Ziel ist es, genügend Informationen zu sammeln, um verwertbare Erkenntnisse zu gewinnen. Die Daten werden über eine Vielzahl von physischen Sensortechnologien erfasst, darunter speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Sensoren und Messgeräte, IoT-Geräte usw. Anschließend wird die IT eingesetzt, um die aus der OT gewonnenen digitalen Daten zu speichern, abzurufen, zu verarbeiten, zu analysieren und Handlungsempfehlungen auszusprechen. Es ist wichtig, Schlüsselindikatoren wie CO2-Fußabdruck, Leistung und Rentabilität frühzeitig zu ermitteln, damit die richtigen Daten gesammelt und analysiert werden.

Über die Grenzen der Fabrik hinaus ist es von entscheidender Bedeutung, ein klares Verständnis vom Ökosystem der Zulieferer zu haben. Dies schafft nicht nur ein Bewusstsein für Kosten, Fristen und potenzielle Störungen, sondern ermöglicht auch die Messung des CO2-Abdrucks und der Ressourcennutzung entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Ein vernetztes industrielles Ökosystem, von Lieferanten und Händlern bis hin zu Energieerzeugern, ist erforderlich, um neue Möglichkeiten für Partnerschaften und nachhaltiges Wachstum zu erkennen.

2. Closed-Loop-Fertigung schaffen

Sobald alle relevanten Daten kontinuierlich zur Verfügung stehen, ist es möglich, eine zusammenhängende Feedbackschleife zu schaffen. Auf diese Weise lassen sich Kosten, Zeit und Qualität des Fertigungsprozesses kontinuierlich verbessern und gleichzeitig der Energieverbrauch minimieren. Kurz gesagt, das geplante Produkt wird in einem kontinuierlichen, iterativen Prozess mit dem gebauten und verwendeten Produkt abgeglichen. Ingenieurteams erhalten zeitnahes Feedback aus der Fertigung, um die Problemlösung zu beschleunigen und eine optimale Fertigung zu gewährleisten, die effektiv zum Ziel von null Ausfallzeiten führt. Gleichzeitig lassen sich die Betriebsabläufe im Hinblick auf eine möglichst effiziente Energienutzung kontinuierlich verfeinern. Dies erfordert die Verknüpfung von Energie- und Produktionsdaten, um den Energieverbrauch bestimmter Maschinen sowie die Energieproduktivität des gesamten Werks zu optimieren und so nachhaltige industrielle Innovationen voranzutreiben.

3. Closed-Loop-Qualität erreichen

Durch die kontinuierliche Verbesserung der Fertigung ist es jetzt möglich, eine optimale Produktqualität zu erreichen, die auch langfristige Nachhaltigkeitsziele – wie z. B. Null Abfall – beinhaltet. Ein geschlossener Qualitätskreislauf gewährleistet eine vollständige Transparenz der qualitätsbezogenen Metriken von der Planung bis zur Lieferung der Qualität des fertigen Produkts. Unternehmen, die geschlossene Qualitätsprozesse einführen, erreichen im Durchschnitt eine Konformitätsrate von 99 Prozent, wobei die meisten Unternehmen zwischen 97 und 100 Prozent erreichen. Das bedeutet, dass nahezu keine Abfälle anfallen, ohne dass die Produktleistung oder Nachhaltigkeit beeinträchtigt wird.

Der digitale Zwilling als Grundlage für die intelligente Fertigung

Dieser dreistufige Ansatz zur Digitalisierung unterstützt nach seiner Umsetzung einen umfassenden digitalen Zwilling der Fertigungsumgebung. Dies ist ein entscheidender Wendepunkt für Hersteller, die sich für die Zukunft und die intelligente Fertigung rüsten wollen. Der digitale Zwilling ist ein virtuelles, digitales Abbild der physischen Objekte der ganzen Maschine, des gesamten Fertigungssystems oder der gesamten Werkshalle in einer digitalen Umgebung.

Die Konvergenz von IT und OT liefert kontinuierlich Echtzeitdaten, um die Genauigkeit der umfassenden digitalen Version der Fabrik im Laufe der Zeit zu erhöhen. Das bedeutet, dass der digitale Zwilling während des Betriebs der Fabrik eine physikalisch genaue Simulation liefert, die die virtuelle und die physische Welt miteinander verbindet.
Der umfassende digitale Zwilling ist die Grundlage für die Verbesserung von Abläufen durch die Simulation am digitalen Modell. Dazu gehören die Optimierung von Abläufen, die Vorhersage von Wartungsarbeiten, eine effizientere Inbetriebnahme, bessere Umrüstungen und schnellere Änderungen an der Produktionslinie.
Darüber hinaus kann der digitale Zwilling verwendet werden, um die Energieeffizienz der einzelnen Maschinen, der gesamten Fertigungslinie und sogar der Materialbewegungen in der Fabrik auf der Grundlage realer Daten zu simulieren und zu verbessern. Das Ergebnis ist ein geringerer Energieverbrauch ohne Abstriche bei der Qualität oder beim Produktionsdurchsatz.

Energieeffizienz heute senken für mehr Nachhaltigkeit in der Zukunft

Die Digitalisierung ist der beste Weg, um den Energieverbrauch in der Fertigung heute zu senken und gleichzeitig langfristige Nachhaltigkeitsziele zu verfolgen. Das unmittelbare Ergebnis ist ein geringerer Energieverbrauch aufgrund einer gesteigerten Maschineneffizienz und die Annäherung an das Ziel „Null Ausfallzeiten, Null Schaden, Null Abfall“. Im Laufe der Zeit werden jedoch die wahren Früchte geerntet. Der digitale Zwilling zur Optimierung von Betriebsabläufen und Produktqualität in Verbindung mit einem robusten vernetzten industriellen Ökosystem wird zu einer dauerhaften, nachhaltigen Zukunft führen.

Der Autor Rahul Garg ist Vizepräsident Bereich Industriemaschinen, Siemens Digital Industries Software.

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