Smart Manufacturing: Digitalisierung der Fertigung ist in vollem Gange

Die intelligente Fertigung (Smart Manufacturing) ist ein digitaler Ansatz, mit dessen Hilfe Unternehmen jeden Schritt im maschinellen Fertigungsprozess – von der Konzeption der Maschine über die Ausführung und Produktion bis hin zu den Service-Leistungen – verbessern und gleichzeitig Kosten einsparen können.

Der Autor dieses Artikels, Bill Davis, ist Solution Director of Industrial Machinery and Heavy Equipment Industry bei Siemens Digital Industries Software.

Smart Manufacturing: Da geht es hin!

Um das zu erreichen, müssen die folgenden Fähigkeiten bei der Fertigung sichergestellt sein:

• Konnektivität: Die Kunden erwarten, dass ihre Maschinen mit anderen Maschinen im Werk kommunizieren können.
• Anpassungsfähigkeit: Auf Basis von Sensoren generierter Daten erkennen intelligente Maschinen Veränderungen in vorgelagerten Produkten und Prozessen und passen sich dynamisch an die neuen Betriebsbedingungen an.
• Prognosefähigkeit: Eine zunehmend wichtige Rolle spielt die Simulation und Vorhersage der Maschinenleistung während ihres Einsatzes. Dazu bedarf es eines realitätsgetreuen digitalen Zwillings der Maschine.
• Erweiterbarkeit: Die Lebensdauer einer Maschine lässt sich durch vorausschauende Wartung und Leistungsanpassungen verlängern. Ziel ist es, den Wertbeitrag für den Kunden zu erhöhen und den Cash-Flow zu optimieren.

Digitalisierung der Fertigung auf Basis des digitalen Zwillings

Intelligente Fertigung bedeutet, Intelligenz in alle Aspekte des Herstellungsprozesses zu integrieren, ob in die Maschine selbst, in die einzelnen Teile, Materialien, Produkte, ins Gebäude oder die Lieferkette. Diese Intelligenz kommt dann innerhalb vernetzter, offener End-to-End-Prozesse und -Infrastrukturen zum Einsatz. Dadurch gewinnen bei Smart Manufacturing die Daten an Bedeutung. Die Basis dafür ist der digitale Zwilling. Umfasst dieser sowohl die mechanische, elektrische als auch die speicherprogrammierbare Steuerung, lässt sich die Maschine ganzheitlich simulieren und genau festlegen, welche Daten gemessen und gesammelt werden sollen. So wird Rückverfolgbarkeit innerhalb eines geschlossenen Prozess-Kreislaufs gewährleistet.

Wichtig ist es im nächsten Schritt, den digitalen Zwilling des Produkts mit dem der Maschine zu verknüpfen. Dabei geht es nicht nur die Herstellung und Nutzung des jeweiligen Teils, sondern um das gesamte Management von Lieferung, Fertigung, Betrieb und Qualitätssicherung. Alle Fertigungsprozesse müssen so gesteuert werden, dass immer die richtigen Teile zur richtigen Zeit geliefert werden. Diese gezielte Koordination der Aktivitäten trägt wesentlich zur Effizienzsteigerung bei.

Über die intelligente Fertigung lässt sich auch die massive Komplexität der einzelnen Stücklisten reduzieren. Denn in jeder Stückliste gibt es für einzelne Funktionen eigene Ansichten, um die Rückverfolgbarkeit bis zum „Single Point of Truth“ sicherzustellen. Das erfordert äußerst detaillierte Analysen und besondere Fähigkeiten bei der Planung und Verwaltung von Abläufen und ihrer Ausführung. So kann der Kunde die Qualität von Anfang bis Ende lückenlos nachverfolgen.

Branchentrends als Antrieb für Smart Manufacturing

Mit der technologischen Weiterentwicklung nimmt Industrie 4.0 im Maschinenbau zunehmend Gestalt an, mit fundamentalen Folgen für die Konstruktions-, Fertigungs- und Dienstleistungsprozesse der Maschinenlieferanten. Besonders große Auswirkungen haben dabei die folgenden Trends:

• Kundenorientierte Anpassung: Maschinen automatisieren Prozesse, um Kosten zu senken und die Waren schneller an die Endverbraucher zu liefern. Letztlich definieren die Trends auf dem breiteren Verbrauchermarkt, was die Maschinenhersteller benötigen. So hat ein typisches Konsumprodukt einen weitgehend komprimierten Entwicklungszyklus mit kleineren Losgrößen und kürzerer Produktlebensdauer. Gefragt sind daher Maschinen, die sich flexibel an eine sich ständig ändernde Produktzusammensetzung anpassen können.
• Intelligente Maschinen: In der Fertigung geht der Trend zu IoT-fähigen Geräten. Die damit verfügbaren Daten stellen die Maschinenhersteller vor große Herausforderungen. Vor allem durch die steigende Zahl an E/A-Kanälen (Eingabe/Ausgabe) und die verschiedenen Kommunikationsprotokolle (verdrahtetes Netzwerk oder drahtlose 5G-Netzwerke) hat die Informationsflut in den letzten Jahren zugenommen. Die Entwickler der Automatisierungscodes müssen damit in der Lage sein, die jeweils richtigen Kanäle zu wählen, um immer intelligentere Maschinen kon­struieren zu können.
• Hyperautomatisierung: Durch diskrete Programmierung und Hyperautomatisierung lassen sich aus allen IoT-Informationen neue Erkenntnisse gewinnen. Der Einsatz von Technologien wie künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen (ML) erfordert jedoch riesige Datenmengen und Cloud-basierte Analysen, um das Verhalten und die Leistung von Maschinen schneller zu erkennen und ihre Funktionen zu automatisieren. Auch die Nutzung von Low-Code-Werkzeugen fördert die Hyperautomatisierung.
• Globaler und innovativer Wettbewerb: Neue Herausforderungen entstehen heute durch flexible, agile Start-up-Unternehmen, die auf der Basis von ML arbeiten und nicht durch bestehende Geschäftsprozesse oder alte Kundenverpflichtungen behindert werden. Einige bieten Production-as-a-Service und innovative Werkzeuge zur Überwachung von Services auf Softwarebasis sowie Lösungen zur Maschinenoptimierung – sogar für Maschinen von Wettbewerbern.

Mehrwert für Maschinen und Fertigungsprozesse

Die intelligente Fertigung erfordert einen umfassenden Ansatz, der es Maschinenherstellern, Konstrukteuren und Ingenieuren ermöglicht, mithilfe verschiedener Technologien einen Mehrwert für ihre Maschinen und Fertigungsprozesse zu generieren. Der digitale Zwilling ist dabei von entscheidender Bedeutung, ebenso wie die entsprechende Software, mit der sich jeder einzelne Schritt des Fertigungsprozesses abbilden lässt – von der Erstellung über die Ausführung bis hin zum Service.

Das Xcelerator-Lösungsportfolio von Siemens Digital Industries Software enthält ein vollständig integriertes Angebot aus Software und Dienstleistungen, das sich an die branchenspezifischen Anforderungen der Unternehmen anpassen lässt – inklusive aller relevanter Funktionen für die intelligente Fertigung.

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