Fertigung 02.09.2005, 18:40 Uhr

Die „Digitale Fabrik“ lässt Schwachstellen in der Produktion keine Chance  

Wer seine Fertigungsanlagen und -linien am Bildschirm durchtestet und optimiert, erschließt nicht nur die volle Anlagenkapazität und damit mehr Wettbewerbsfähigkeit, sondern entdeckt auch rechtzeitig Fehlerquellen, die im Produktionsalltag sonst teuer zu stehen kommen. Der folgende Artikel liefert die Grundlagen für Diskussionen auf der Messe Emo 2005.

Sabine Bierschenk leitet die Abteilung Engineering-IT am Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und definiert Digitale Fabrik so: „Zunächst einmal steht der Begriff für die Vision und Philosophie der vollständigen digitalen Planung und Tests aller Abläufe einer zukünftigen Fabrik auf verschiedenen Detaillierungsebenen mit den entsprechenden Softwarewerkzeugen.“ Darüber hinaus stehe der Begriff auch für die Werkzeuge, die dort eingesetzt werden. Allerdings nicht für Insellösungen, sondern für die durchgängig mittels eines gemeinsamen Datenmodells integrierten Werkzeuge. Manche Einzelwerkzeuge der Digitalen Fabrik sind seit langem bekannt, beispielsweise Materialfluss- oder dynamische Ablaufsimulation. Neu ist die Integration via gemeinsames Datenmodell.

Nach IPA-Aussagen ist die Digitale Fabrik mittlerweile ein „einsatzreifes Werkzeug“ und ein Muss für alle Unternehmen, was die Frage nach realisierten Lösungen in der Praxis nahe legt. Sabine Bierschenk:: „Vorreiter sind derzeit überwiegend Automobilbauer und ihre Zulieferer.“ Etabliert habe sich das Thema auch im Maschinen- und Anlagenbau unter dem Stichwort der „Virtuellen Anlagenkonfiguration.“

Wie die Digitale Fabrik in der Praxis wirklich aussehen kann, beschreibt aus Anwendersicht Hans-Jürgen Goslar, Vorstandsmitglied FAG Kugelfischer und Mitglied der INA-Geschäftsleitung: „Es lassen sich zum Beispiel Montageabläufe simulieren, um bei veränderten Eingangsparametern, wie Taktzeit oder Ausschussanteile, die notwendigen Schritte einzuleiten. Die gesamte Fabrik wird also in Form von Workflowdiagrammen dargestellt. Veränderungen sind am Bildschirm sichtbar.“

Im Prinzip sind digitale Abläufe für jede Fertigung und jeden Anlagenfluss geeignet. Aber je kleiner ein Unternehmen, umso unwirtschaftlicher sei das Werkzeug. Generell gelte: Je komplexer die Arbeitsinhalte, umso sinnvoller die Umsetzung. Prinzipiell könne man eine bestehende Fertigung mit den Werkzeugen der Digitalen Fabrik optimieren – am besten natürlich bei der Neuplanung von Anlagen. „Das funktioniert auch bei bestehenden Anlagen. Nur ist das ungleich diffiziler, wie eine Operation am offenen Herzen“, betont Goslar.

Um das notwendige Know-how ins Unternehmen zu holen, bedürfe es der Unterstützung durch ein Softwaretool. Die Mitarbeiter müssen dazu entsprechend geschult werden. Eine andere Möglichkeit wäre, die Umsetzung externen Dienstleistern zu überlassen. Hier entscheidet auch die Unternehmensphilosophie oder der Controller. Die Digitale Fabrik, so Hans-Jürgen Goslar, „ist ein bei uns in der Praxis eingesetztes Werkzeug. Wir haben am Beispiel einer Fabrikoptimierung die Simulation durchgeführt und die Realisierung weitgehend abgeschlossen. Wir haben damit positive Erfahrungen gemacht und werden es, dort wo es Sinn macht, auch künftig einsetzen“.

Als „Realfertigung auf dem Computer“ wiederum bezeichnet Jürgen Walz, Geschäftsführer Technik der Emag Maschinenfabrik, Salach, die Digitale Fabrik. Es bedeute für den Kunden, dass er bereits im Vorfeld Materialflüsse, Personaleinsatz und bestimmte Zugriffe auf die Maschine hat, bevor die Produktionsanlage real steht: „Wir haben 80 % unserer Maschinen heute bereits auf 3-D-Systemen, so dass wir Modelle ableiten können, die für die digitale Fertigung geeignet sind. Wir simulieren Prozesse in Form von Materialflüssen und Zugänglichkeiten, indem wir sie visualisieren.“ Von Kunden komme heute regelmäßig die Forderung, „unsere Maschinen in digitaler Form abzugeben, damit sie komplette Fertigungsabläufe digital darstellen können.“

Bei Montage- oder Handlingprozessen oder wenn man mit virtuellen Modellen arbeitet, z. B. bei der Montage eines Armaturenbretts, „dann denken wir in digitalen Modellen und dann macht auch die Digitale Fabrik Sinn.“ Wenn man aber von der typischen Werkzeugmaschine ausgehe, die als „Blackbox“ Teile von A nach B schiebt und bearbeitet, sei es schon fraglich, ob die Digitale Fabrik Sinn macht.

Deutlich euphorischer klingt die Definition der Digitalen Fabrik bei Eberhard Pfob, Leiter Anwendungstechnik bei Ex-Cell-O im benachbarten Eislingen/Fils: „Die Digitale Fabrik ist die durchgängige und integrierte Anwendung digitaler Konstruktions- und Planungsmethoden. Sie dient zur Optimierung und Absicherung der Produkte und Anlagen sowie zu Marketing-, Service- und Schulungszwecken.“

Einzelne Elemente der digitalen Fabrik, so Pfob, können in jedem Unternehmen eingesetzt werden. Beispiel hierfür sei der Werkzeug- und Formenbau in Kleinbetrieben, der aufgrund der komplexen Geometrien seit langer Zeit nur noch mit entsprechenden IT-Hilfsmitteln arbeiten kann. Eine integrative Lösung sei für Unternehmen mit hoher Planungskompetenz und -kapazität geeignet. Im übrigen sollten Softwaresysteme prinzipiell in bestehende Abläufe integrierbar sein: „Eine Einführung in laufende Produktionsabläufe erfordert sicherlich Anpassungen an die Ablauforganisation. Dies kann jedoch auch als Chance verstanden werden, die eigenen Prozesse zu überdenken und zu optimieren. Es müssen jedoch vor der Einführung Standards definiert werden.“

Die Methoden hierfür müssen laut Eberhard Pfob standardisiert und neu entwickelt werden – je nach Ausprägungsform. Beim Aufbau der Methoden können externe Berater zugezogen werden, um die eigenen Mitarbeiter zu unterstützen. Der technische Input müsse jedoch von den eigenen Mitarbeitern kommen, die auch die Systeme weiterhin betreuen. Hierbei müssen die Abläufe, die Fertigungstechnik und die IT-Struktur betrachtet werden. Dies sei verbunden mit einer Verschiebung oder Erweiterung der bestehenden Kapazitäten.

Zur Frage praktisch realisierter Lösungen meint Anwendungstechniker Pfob: „Im Bereich zerspanende Fertigung gibt es Werkzeuge für die Digitale Fabrik, die jedoch teilweise einen sehr hohen Komplexitätsgrad aufweisen.“ Vor der Entscheidung, Bereiche der Digitalen Fabrik in einem Unternehmen umzusetzen, müsse zuerst einmal die angestrebte Endausbaustufe definiert sein. Dementsprechend kann die Entscheidung gefällt werden, einzelne Werkzeuge über Schnittstellen miteinander zu koppeln oder ein komplexeres, integrierendes System zu wählen. VDW/KIP

Ein Beitrag von:

  • Dietmar Kippels

    Redakteur VDI nachrichten im Ressort Produktion. Fachthemen: Maschinenbau, CAD, Lasertechnik

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