Digital Production

Steigerung der Wertstrom-Performance

Qualität, Zyklus- und Rüstzeiten, Mitarbeiterproduktivität, Maschinenverfügbarkeit, Output: Was auch immer die Herausforderungen einer Produktion ausmachen, wird vielerorts durch die bewährten Prinzipien und Methoden von Lean Production schon kontinuierlich verbessert. Mit der Digitalisierung kommen weitere Methoden und Werkzeuge zur Erzielung weiterer Effizienz im Wertstrom zum Einsatz.

Dynamische Märkte und individuelle Kundenwünsche führen zu einer zunehmenden Variantenvielfalt. Dadurch werden Produktionsabläufe und -prozesse vielfältiger und komplexer, die Herausforderungen an die Produktionsplanung steigen. Die Digitalisierung der Produktion hilft dem industriellen Gewerbe, diese zunehmende Komplexität zu meistern.

Digitalisierung des Shopfloors

Die Digitalisierung unterstützt eine weitere Dezentralisierung der Entscheidungsfindung auf dem Shopfloor, ein wichtiger Grundsatz von Lean. Informationen und Handlungsempfehlungen werden zielgenauer kommuniziert, die verantwortlichen Wertstromteams agieren autonomer und effizienter.

Die kontextsensitiven Assistenzsysteme bilden in der Fabrik der Zukunft einen essenziellen Baustein. Gemeint ist die gezielte Bereitstellung von Informationen für den Werker oder Teamleiter, um ihn in seiner Tätigkeit zu unterstützen, ihn über „Events“ zu benachrichtigen oder auch um ihm Handlungsempfehlungen zu geben. Die dazugehörige Oberfläche, das „Operator Support Interface“ lässt sich in der Fertigung auf Touchscreens, Tablets, Smart Glasses oder auch Smart Watches visualisieren.

Die kontextsensitiven Assistenzsysteme setzen auf die Automatisierung von Regelkreisen und Prozessen. Ereignisse in Form von Abweichungen lösen einen digitalen Prozess aus: ein Qualitätsproblem, ein Stillstand, eine defekte Anlage. Auch ermöglichen sie durch smarte Arbeitsanweisungen die Erhöhung der Handlungssicherheit bei Montagevorgängen sowie bei Maschineneinrichtung und -bedienung.

Das Shopfloor Management wird mit den digitalen Werkzeugen noch effizienter. Jegliche Kennzahl der Produktion kann sofort und brandaktuell abrufbar sein. Nicht nur das - durch den Einsatz von Real-time-Analytics in der Produktion können vor Ort aggregierte Kennzahlen (zum Beispiel die OEE) in ihre Treiber zerlegt und Ursachen bzw. Probleme ermittelt werden.

Flexible, kooperierende und integrative Produktionstechnik

Mit der Digitalisierung der Fertigung lassen sich die Herausforderungen zunehmender Variantenvielfalt, Lohnkostendruck und die wirtschaftliche Fertigung individueller Produkte meistern.

Flexible Produktionstechnik erlaubt eine variantenreiche Fertigung sowie ein schnelles Rüsten oder einen schnellen Umbau bei einem Produktwechsel. Standardisierte, austauschbare Module/Anlagen, die „Plug and Produce“ eingesetzt werden können, sowie selbstjustierende und selbstrüstende Anlagen ermöglichen eine dynamische Anpassung der Produktionsabläufe.

Eine neue Ära der Kundenorientierung bei hoher Rentabilität ist eröffnet. Mass customization (individuelle Massenfertigung) oder process customization (individualisierte Serienproduktion) lassen sich durch die oben genannten flexiblen und intelligenten Produktionstechniken realisieren.

Die Mensch-Maschine-Interaktion bildet eine weitere Ausprägung der digitalen Produktion. Roboter verlassen ihre Käfige und kooperieren in Montageprozessen mit dem Werker. Die Service-Roboter ermöglichen, Montageschritte zu parallelisieren und nicht ergonomische manuelle Handgriffe zu ersetzen.

Cyber Physical Production System

Die Vernetzung, die Kommunikation und die Interaktion aller Anlagen und Komponenten der Fertigung untereinander und mit dem Menschen sind die Basiselemente von Cyber Physical Production Systemen (CPPS). Alle physischen Objekte bekommen ihre eigene virtuelle Identität und alle produktionsrelevanten Systeme sowie Abläufe können somit digital abgebildet und simuliert werden. Die Verknüpfung der realen Welt (Anlagen, Prozesse, Produkte) mit der virtuellen, informationsverarbeitenden Welt in Echtzeit eröffnet neue Möglichkeiten, um Produktions- sowie Logistikprozesse zu unterstützen. Produktionseinheiten bekommen eine „Intelligenz“; sie können unter sich und mit dem Bediener kommunizieren und können zudem Handlungsempfehlungen abgeben oder in Eigenregie handeln. Beispielhaft können CPPS-virtuelle Anpassungen des Produktionsprozesses bei geänderten Rahmenbedingungen (Auftragseingang, Produktanlauf, Ressourcenengpässe) simulieren und Handlungsempfehlungen in Echtzeit abgeben.

CPPS erfordern grundlegende Änderungen der Produktion und deren Umgebung: IT-Architektur, Kommunikationstechnologie, intelligente Produktionseinheiten, Data-analytics, Smart Products, um einige zu nennen. Oftmals empfiehlt es sich, einen evolutionären Brown-Field-Ansatz zu verfolgen, also die Digitalisierung auf Basis vorhandener Systeme aufzubauen und zu erweitern.

ERP, APS, MES und IoT – die evolutionäre Digitalisierung

Die Vernetzung Produkt-Mensch-Maschine entfaltet ihren vollen Mehrwert erst, wenn sie in die Geschäftsprozesse eingebunden ist. Das ERP (Enterprise Resource Planning) mit ihren Funktionsbausteinen bleibt ein unantastbares Element der digitalen Produktion, auch wenn diese Systeme sich in Richtung Modularität, Mobilität, Big Data und modernen Benutzeroberflächen weiterentwickeln müssen.

Für die Echtzeit-Planung und -Steuerung der Produktion kommen ergänzend zum ERP-System auch ein APS (Advanced-Planning-and-Scheduling-System) und ein MES (Manufacturing Execution System) zum Einsatz. APS-Programme steuern die gesamte Lieferkette und sorgen für ein Ausbalancieren der Ressourcen zur Nachfrage sowie der Terminfindung.

MES-Lösungen hingegen gewährleisten den nahtlosen Informationsfluss zwischen Leitungs- und Automatisierungsebene, so dass der Durchsatz in der gesamten technischen Auftragsbearbeitung fortlaufend erhöht werden kann. MES sorgt für eine engmaschige Produktionsplanung und ‑steuerung insbesondere durch die Nutzung von Betriebsdaten in Echtzeit statt veralteter MRP-Tagesdaten, die beschleunigte Berechnung und Simulation von Bedarfs-, Termin- und Kapazitätssituation, die automatische Prozessplanung und -steuerung sowie die Koordination der Materialversorgung.

Mittels einer IoT-Schnittstelle oder Cloud werden die Objekte in der Fertigung (Anlagen, Produkte, Transportmittel, …) und die Subsysteme integriert. Im vernetzten Zusammenspiel ermöglicht Digital Production die sogenannte vertikale Integration (Erhebung von Shopfloor-Daten, Informationsverarbeitung über Steuerungs-, Leit- und Betriebsebene sowie Rückgabe der Steuerungsinformationen an die Produktionsanlage). Die Systeme integrieren alle aufkommenden Daten aus Produktionsanlagen, Robotern, Handarbeitsplätzen, Serviceleistungen und Liegeplätzen, sorgen für Transparenz der Produktverfolgung (Wall-to-Wall) und steuern automatisch den gesamten Materialfluss.

Abschließend leistet die Digitalisierung der Fertigung dank umfassender Erfassung und Verknüpfung unterschiedlichster Informationsquellen auch einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Energieeffizienz: Alle Verbrauchsdaten (z.B. Strom, Druckluft, Leuchtmittel, Wärmeverlustzonen) werden permanent überwacht und übermäßiger Ressourceneinsatz kann gezielt eingedämmt werden. In energieintensiven Industrien werden diese Daten, gepaart mit Informationen zum Auftragsnetz und den Energiepreisen, zunehmend eine energie- und kostenorientierte Produktionsplanung ermöglichen.

Autonom agierende Produktion

Digital Production erleichtert und beschleunigt die Entscheidungsfindung - und wird in Zukunft schrittweise den Weg zur autonom agierenden Produktion ebnen. Intelligente Softwarelösungen („Agenten“) werden anhand komplexer Regeln und auf Basis vielfältiger Sensordaten direkt und eigenständig in die Prozesse eingreifen können.