Industrie 4.0 Warum Smart Manufacturing 2022 in den Mittelpunkt rückt

Ein Gastbeitrag von Rahul Garg

Die digitale Transformation verändert zunehmend die Prozesse in der Fertigungsunternehmen. Siemens zeigt, was das für Konstruktion und Produktion bedeutet und wie Unternehmen von der Entwicklung hin zu Smart Manufacturing profitieren.

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Smart Manufacturing im Aufwind: Die in intelligente Fertigung ist geprägt von vernetzten Maschinen, hoher Flexibilität und einem durchgängigen Datenfluss.
Smart Manufacturing im Aufwind: Die in intelligente Fertigung ist geprägt von vernetzten Maschinen, hoher Flexibilität und einem durchgängigen Datenfluss.
(Bild: Siemens)

Im Jahr 2022 wird sich Smart Manufacturing als ganzheitliche Strategie etablieren, die den gesamten Prozess von der Konstruktion über die Optimierung in der Fertigung bis hin zum gesamten Lebenszyklus eines Produkts berücksichtigt. So lassen sich die Vorteile der verstärkten Vernetzung und Live-Datenerfassung nutzen, um Prozesse zu verbessern, zu etablieren und zu erneuern.

Durch die Digitalisierung ermöglicht es Smart Manufacturing, moderne Fertigungs- und Montagevorgänge zu validieren und zu verwalten, um eine optimale Qualität zu erreichen und gleichzeitig die Kosten zu senken. Unternehmen können nun Nutzen aus den zahlreichen Informationen ziehen, um von diesen Vorteilen zu profitieren:

  • Vernetzung: Ermöglicht die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation in Fertigungsstätten über einen Maschinenhersteller (OEM).
  • Anpassungsfähigkeit: Mit allen Informationen, die von Sensoren und Funktionen generiert werden, erkennen intelligente Maschinen Veränderungen bei vorgelagerten Produkten und Prozessen und passen sich dynamisch an die Betriebsbedingungen an.
  • Vorhersagbarkeit: Der Schwerpunkt liegt zunehmend darauf, die Leistung einer Maschine im Feld besser vorhersagen zu können. Grundlage dafür sind digitale Simulationstechnologien, die einen originalgetreuen digitalen Zwilling der Maschine erfordern.
  • Verlängerbarkeit: Digitale Technologien können die Lebensdauer einer Maschine durch vorausschauende Wartung und adaptive Leistung verlängern. Ziel ist es, einen Mehrwert für den Fertigungskunden zu schaffen und den Cashflow zu optimieren.

Höhere Qualität bei geringeren Kosten

Smart Manufacturing reduziert die Zeit bis zur Markteinführung ebenso wie die Entwicklungskosten. Die Gründe dafür liegen in einer verbesserten Planung, schnelleren Validierung von Produktionsalternativen und gesteigerten betrieblichen Effizienz und Fertigungsleistung.

Diese Technologie bietet eine vollständig mit dem Internet der Dinge vernetzte Umgebung, in der jede Maschine, jedes System und jede Datenbank in der Fabrik Einblicke in die Daten gewährt. Die dafür erforderlichen Applikationen lassen sich mit Low-Code- oder No-Code-Umgebungen erstellen. Jetzt können Teams über Telefon oder Tablet in Echtzeit auf Probleme reagieren und den effizienten Betrieb der Fabrik aufrechterhalten – unabhängig davon, ob Mitarbeiter vor Ort sind oder nicht.

Die Unternehmen stehen unter dem Druck, innovative Produkte in kürzeren Zeiträumen zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Parallel dazu erwarten die Kunden eine stärkere Personalisierung und Anpassung. Diese neue Art von Dynamik erfordert Flexibilität und einen effizienten Einsatz von Ressourcen, ohne dass die Qualität darunter leidet. Ein komplett digitalisiertes Unternehmen kann dann schnell auf solche Kundenwünsche und Marktanforderungen reagieren und öffnet damit die Tür zu neuen Geschäftsmodellen für alle Branchen. Durch die Digitalisierung sind Unternehmen außerdem bei ungeplanten Unterbrechungen viel widerstandsfähiger.

Buchtipp

Das Buch „Industrie 4.0: Potenziale erkennen und umsetzen“ bietet einen umfassenden und praxisorientierten Einblick in die Digitalisierung von Fertigung und Produktion. Zahlreiche Experten aus Industrie und Wissenschaft beleuchten in Einzelbeiträgen die Chancen und Risiken des digitalen Wandels und sprechen konkrete Handlungsempfehlungen aus.

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Das Softwareportfolio bietet einen ganzheitlichen Prozess

Digitale Innovation durch Smart Manufacturing wird mithilfe anspruchsvoller Softwaretools ermöglicht. Die intelligente Produktion ist ein multidisziplinärer Ansatz, eingebettet in einen umfassenden digitalen Zwilling der Maschine und des gesamten Fertigungsprozesses. Die richtige Software für die Verwaltung ist hierbei entscheidend. Beispielsweise sorgen die Konstrukteure für eine optimale Balance zwischen Kosten und Haltbarkeit, wenn sie ihr Wissen über die Maschinendynamik, das sie in Vorab-Simulationen gewinnen, nutzen.

In einer Closed-Loop-Umgebung verwendet die Fertigung das selbe Modell für die Bearbeitung und Produktion der Bauteile und Produkte. Während des Betriebs speist dann die MES-Software Informationen in den Konstruktionsbereich zurück. So entsteht ein geschlossener Kreislauf der kontinuierlichen Verbesserung. Mithilfe eines integrierten Änderungsmanagementprozesses kann die Fertigung die Konstruktion über die tatsächlichen Kostentreiber für das Teil informieren. Im Gegenzug sind die Ingenieure in der Lage, schnell Lösungen zu entwickeln, die dieselbe Haltbarkeit bei geringeren Herstellungskosten bieten.

Softwaresysteme stellen Datenverfügbarkeit sicher

Xcelerator ist ein Portfolio von Softwarelösungen von Siemens Digital Industries Software, die Unternehmen dabei unterstützen, schnellere Ergebnisse zu erzielen. Mit dieser Palette an Engineering-Software-Services und Funktionen für die Anwendungsentwicklung ist ein neues Produkt- und Fertigungsdesign möglich. Modellbasierte Solid-Systems-Engineering- und Digital-Thread-Funktionen stellen sicher, dass Daten jederzeit und überall verfügbar sind – über den gesamten Konstruktions-, Produktions- und Nutzungsprozess hinweg.

Darüber hinaus bieten diese Software und Services das gesamte Spektrum an Funktionen, um alle Prozesse von der Bedarfsplanung über die Konstruktion und Produktion bis hin zum Service zu verknüpfen und zu rationalisieren. Es ist nun möglich, alle Bereiche zu verbinden, die für die Entwicklung, Herstellung und Lieferung einer intelligenten Fabrik erforderlich sind, indem ein höherer Automatisierungsgrad durch die Digitalisierung erreicht wird.

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Das Ergebnis ist ein ausführbarer digitaler Zwilling, der jeden Schritt im Fertigungsprozess abbildet: von der Ideenfindung über die Bearbeitung und Ausführung bis hin zur Fertigung und zum Service. Mit diesem Prozess schaffen Maschinenherstellern und Konstrukteuren einen Mehrwert, indem sie den Kreislauf zwischen Fertigungsbetrieb und Konstruktion schließen.

Vorteile der vernetzten Maschinenkommunikation

Die digitale Transformation, die durch Smart Manufacturing einher geht, zeigt die volle Leistungsfähigkeit einer IoT-vernetzten Umgebung. Es handelt sich um eine Umgebung, in der jede Maschine, jedes System und jede Datenbank in der Fabrik miteinander verbunden sind und die die Möglichkeit bietet, aus einer Fülle von Daten verwertbare Erkenntnisse zu gewinnen.

Darüber hinaus bietet die digitale Transformation Unterstützung für intelligente Fabriken heute und in der Zukunft, um fortschrittliche Technologien, innovative Entwürfe und die Zusammenarbeit zu erleichtern. Sie bietet OEM von Industriemaschinen die Möglichkeit, die Komplexität der Konstruktion in einen Wettbewerbsvorteil zu verwandeln und gleichzeitig optimale Qualität und Zuverlässigkeit zu bieten.

Schneller Konstruieren und auf den Markt bringen

Tronrud Engineering, ein Unternehmen, das Maschinen und Anlagen entwickelt, herstellt und an Anwender liefert, liefert ein Beispiel für die intelligente Fertigung. Früher war es für das Unternehmen ein mühsamer Prozess, eine Maschine im Prototyping zum Leben zu erwecken. Durch den Einsatz des Softwareportfolios von Siemens in der Entwicklungsphase kann das Unternehmen nun 3D-Modelle der Maschine und ihrer Teile erstellen sowie ihr Verhalten simulieren. Die virtuelle Inbetriebnahme ermöglichte es ihnen außerdem, die Maschine in einer virtuellen Umgebung zu testen, bevor sie die Hardware bauten.

Durch das virtuelle Abbild der Maschine, den sogenannten digitalen Zwilling, konnten die Mitarbeiter parallel am Design, der Mechanik und der Programmierung arbeiten. Das verkürzte die Konstruktionsphase um zehn Prozent und die Inbetriebnahme um 25 Prozent. Es wurden somit weniger Zeit in der Werkstatt verbracht, mehr Maschinen in der gleichen Zeit gebaut wurden und die Markteinführungszeit erheblich verkürzt.

Die grundlegenden Änderungen durch den Einsatz der Software führte die Ressourcen in der Konstruktion zusammen, indem Software-, Maschinenbau- und Elektroingenieure parallel arbeiteten. Darüber hinaus können mit einem virtuellen Modell – im Unterschied zu einem physischen Modell – gefahrlos Test durchgeführt werden. So lassen sich Kosten und Zeit einsparen, da alle Prüfungen digital durchgeführt werden.

Die Zukunft der Smart Manufacturing-Software

Smart Manufacturing ist die Brücke zwischen der Konstruktions- und der Fertigungsumgebung und ermöglicht die Zusammenarbeit durch offene, intelligente Datenaustauschformate. Diejenigen, die sich einer umfassenden Digitalisierungsstrategie verschreiben, sind daher in einer optimalen Position, um Branchen anzuführen und selbst bei unerwarteten globalen oder lokalen Störungen erfolgreich zu sein.

Die digitale Transformation bildet das Rückgrat der intelligenten Fabrik von heute und morgen. Sie versetzt OEM in die Lage, die Komplexität des Designs in einen Wettbewerbsvorteil zu verwandeln und gleichzeitig die Qualität und Zuverlässigkeit kontinuierlich zu verbessern. Das Xcelerator-Portfolio unterstützt dabei die Umwandlung von Unternehmen in digitale Unternehmen.

Dieser Artikel stammt von unserem Partnerportal MaschinenMarkt.

* Rahul Garg ist Vice President für das Industrial Machinery & SMB Program bei der Siemens Industry Software GmbH & Co. KG

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