Kommentar von Götz Erhardt, Accenture Je schneller die Digitalisierung, desto nachhaltiger werden Unternehmen

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In diesem Jahr fand die Hannover Messe erstmals seit Beginn der Corona-Pandemie wieder vor Ort statt. Eines der zentralen Themen, über das alle großen Hersteller, Lösungsanbieter und Beratungsunternehmen diskutierten, war die Frage: Wie kann die Industrie nachhaltiger werden? Die Ansatzpunkte sind dabei zahlreich. Entscheidend ist allerdings ein Gesamtkonzept, um den industriellen Prozess von der Produktentwicklung über die Produktion bis hin zu Wartung und Recycling zu betrachten.

Schon die Produktentwicklung spielt eine große Rolle für den Erfolg der Nachhaltigkeitsbemühungen von Unternehmen. Sie muss die Nachhaltigkeit von Anfang an mitdenken und einbeziehen, damit die konkreten Effekte eines Produkts an jeder Stelle des Lebenszyklus messbar sind. Erst wenn die vollständigen Auswirkungen erfassbar sind, können Unternehmen auf dieser Basis komplexe Ziele wie eine echte Kreislaufwirtschaft und Netto-Null-Emissionen angehen.

Dabei können in einer solchen Planung durchaus Konflikte auftreten: Liefert beispielsweise eine Nachhaltigkeitslösung genauere Daten über die Kohlenstoffemissionen, führt aber zu einem höheren Stromverbrauch – was ist langfristig sinnvoller? Oder gibt es bessere Optionen? Hier ist eine feine Balance gefragt.

Auch beim Vergleichen von kurzfristigen Ergebnissen gegenüber langfristigen Auswirkungen müssen die Produktdesigner abwägen: So hat ein Konsumgüterunternehmen etwa vor kurzem eine nachfüllbare Verpackung für Deodorants entwickelt. Die Produktion des wiederverwendbaren Behälters verursachte zwar kurzfristig mehr Materialabfälle und Energieverbrauch, reduziert aber dafür langfristig die Menge an Abfall deutlich.

Digitaler Zwilling für verbesserte Nachhaltigkeit

Um eine erfolgreiche nachhaltige Produktion zu erreichen, ist eine funktions- und abteilungsübergreifende Zusammenarbeit unabdingbar. Entwickler müssen über interne Grenzen hinweg mit Forschern, Vertriebsmitarbeitern, Produktionsleitern und Lieferkettenmanagern zusammenarbeiten. Nur so können sie systematisch Synergien finden.

Genauso wichtig wie die interdisziplinäre Zusammenarbeit sind datengestützte Erkenntnisse über den gesamten Produktlebenszyklus. Daten, die in die Analytik und maschinelles Lernen einfließen, sind der Schlüssel, um die Auswirkungen von Produkten auf die Umwelt zu verstehen. Wenn man korrekt mit ihnen umgeht, zeigen die Daten auf, wo Nachhaltigkeitsbemühungen erfolgreich sein werden und wo nachgebessert werden muss.

Der digitale Zwilling ist beispielsweise ein wichtiges Instrument, um zu verstehen und zu messen, welche Auswirkungen bestimmte Entscheidungen bei der Produktentwicklung auf Nachhaltigkeitskennzahlen wie den CO₂-Fußabdruck haben. Auch die Auswirkungen von Änderungen an der Konstruktion auf die Gesamtnachhaltigkeit werden anhand der virtuellen Produktkopie sichtbar. Unternehmen können die Kreislaufwirtschaft insgesamt besser steuern, wenn sie digitale Zwillinge einsetzen, um die Produktlebensdauer zu erhöhen.

Sensordaten zeigen etwa frühzeitig Produktfehler in der Planung oder Produktion sowie Schäden während der Fertigung an. Im virtuellen Abbild können diese schnell identifiziert und, wenn nötig, Lösungen getestet werden. Anschließend wird die virtuelle Korrektur auf die reale Produktion übertragen. Ein digitaler Zwilling erleichtert damit auch Reparaturen an Produkten, da die virtuelle Kopie akkurat anzeigt, wo der Defekt vorliegt – und wie er behoben werden kann. Kombiniert mit Virtual- oder Augmented-Reality-Technologien können die Mitarbeitenden den Vorgang direkt unter visueller Anleitung durchführen. Die durch den digitalen Zwilling ermöglichte verbesserte Planung hilft Unternehmen darüber hinaus, die Wiederverwendung zu fördern und die Recyclingraten für Materialien und Chemikalien zu erhöhen.

Eine beschleunigte Digitalisierung hilft, CO₂ einzusparen

Die verschärften Ziele der Klimaschutz-Novelle erfordern Maßnahmen, die CO₂-Einsparpotenziale bereits in den kommenden Jahren realisieren können. Digitale Technologien stellen hierfür einen kosteneffektiven und skalierbaren Hebel dar. Laut einer 2021 von Accenture durchgeführten Studie ist eine voranschreitende und beschleunigte Digitalisierung ein wirksames Werkzeug, um diese Klimaziele zu erreichen. Digitale Technologien könnten so 41 Prozent zum Erreichen des Klimaziels für 2030 beitragen; bei moderater Digitalisierung sind es immer noch 28 Prozent.

Ein weiteres Ergebnis der Studie: Von allen untersuchten Wirtschaftsbereichen weist die industrielle Fertigung das größte CO₂-Einsparpotenzial auf. Dabei ist insgesamt die Geschwindigkeit der digitalen Transformation entscheidend für den Beitrag, den digitale Technologien zum Klimaschutz leisten können: Bei einer beschleunigten Digitalisierung wäre der positive Effekt auf die CO₂-Einsparungen um etwa 50 Prozent höher als bei einer moderaten Digitalisierung der Industrie.

Ein Treiber für die Beschleunigung kann die Nutzung von 5G sein. Aktuellen Prognosen zufolge wird 5G bis 2025 in der Fertigung flächendeckend genutzt, zudem werden 60 Prozent aller Industrial-IoT Verbindungen bis dahin der „smarten“ Fertigung dienen. Diese Erkenntnisse und die Prognosen zu 5G in der Fertigung werfen die Frage auf: Wie genau kann die Digitalisierung Unternehmen helfen, in der Fertigung CO₂ einzusparen?

Einsparpotenziale durch Automatisierung und den digitalen Zwilling

Die zuvor erwähnte Studie zeigt: Durch den digitalen Zwilling und die Automatisierung der Produktion können bis zu 16 Prozent der erwarteten Primärenergie-Emissionen industrieller Fertigungsprozesse vermieden werden. Dabei entfallen auf die Nutzung digitaler Zwillinge als auch auf die Automatisierung jeweils fünf bis acht Prozent an CO₂-Einsparpotenzial im Jahr 2030.

Digitale Zwillinge simulieren physische Produkte und Prozesse im digitalen Raum über den gesamten Produktionszyklus hinweg, um die Anzahl von Produkt- oder Prozesstests in der Realität zu reduzieren bzw. Erkenntnisse von der digitalen Kopie auf die Realität übertragen zu können. Dadurch verbessern sie die Produktionsqualität, senken die Durchlaufzeiten und reduzieren den Ressourceneinsatz bei physischen Produkten und Prozessen.

In der Praxis kann das so aussehen: Ein führendes Pharmaunternehmen nutzte einen digitalen Zwilling des gesamten Fertigungsprozesses, um die dezentrale Fertigung von Medikamenten durch Echtzeitdatenerfassung- und Analysen zu optimieren. Dabei wurden die digitalen Zwillinge in der Produktion verwendet, um

• 1. Abweichungen über alle Fertigungsstufen mittels datenbasierter Analysen zu prognostizieren und zu vermeiden sowie

• 2. Simulationen durchzuführen, um die notwendige Modularität und Flexibilität in der Fertigung mit dem Ziel zu ermöglichen, individualisierte Medikamente herzustellen.

Durch den systematischen Einsatz digitaler Zwillinge konnte das Unternehmen den Energieverbrauch sowie die CO₂-Emissionen um ca. 80 Prozent reduzieren. Darüber hinaus konnte es den Wasserverbrauch um 91 Prozent, den Einsatz von Chemikalien um 94 Prozent und die Abfallmenge um 321 Tonnen pro Jahr senken.

Bei der Automatisierung von Prozessen werden digitale Technologien zur Bedienung und Steuerung von Produktionsprozessen genutzt, um manuelle Eingriffe zu minimieren. Das optimiert die Flexibilität der Produktion sowie die Ressourceneffizienz und erhöht die Arbeitssicherheit sowie die Qualität der Prozesse.

Ein großer Automobilhersteller und ein Technologieunternehmen haben etwa kooperiert, um einen großen Teil der Herstellungsprozesse von Elektrofahrzeugen zu automatisieren. Konkret handelte es sich dabei um

• 1. Montageprozesse wie das Anbringen der Türdichtung, das Einsetzen eines Glasdaches und die Montage der Hinter- und Vorderachse und

• 2. Qualitätskontrollen für Aufgaben wie das Anordnen der Türen und die Sortierung der fertigen Teile am Fließband.

Rund 89 Prozent der Karosseriefertigung und etwa 28 Prozent der Endmontage hat der Autohersteller im Rahmen der Kooperation automatisiert. Dadurch konnte er die Produktivität durch höhere Prozesseffizienz steigern und die Produktqualität signifikant verbessern, was auch auf die Ressourceneffizienz einzahlt.

Nachhaltigkeit von Planung bis Produktion

Um das deutsche Klimaziel bis 2030 zu erreichen, müssen 372 Mio. Tonnen CO₂ reduziert werden. Hierzu kann die industrielle Produktion einen großen Teil beisteuern, indem Unternehmen ihre digitale Transformation beschleunigen. Dies ist umso wichtiger, da die Einsparpotenziale schnell realisiert werden müssen. Grundlage dafür ist allerdings die digitale Infrastruktur: Ist diese nicht tragfähig, geht es nicht in ausreichender Geschwindigkeit voran.

Nun sind also zwei Faktoren essenziell: zum einen das entschlossene Handeln der zuständigen Unternehmensleitungen. Sie müssen (in Zusammenarbeit mit den einzelnen Abteilungen) die Nachhaltigkeit ihrer Produkte und Lösungen von der Planung über die Produktion bis hin zum Recycling auf den Prüfstein stellen und möglicherweise umweltfreundlichere Alternativen finden. Darüber hinaus müssen sie ihre Produktion möglichst zügig digitalisieren, um weitere CO₂-Einsparpotenziale zu realisieren. Zum anderen braucht es eine gezielte und mutige Flankierung durch die Politik, die den zukunftsträchtigen Ausbau der digitalen Infrastruktur in Deutschland vorantreiben muss, um ökologisch wie ökonomisch nicht abgehängt zu werden.

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