Digital planen, intelligent produzieren

Deutsche Hersteller wie Siemens, BMW und Bosch bauen intelligente Produktionsstätten, in denen fortschrittliche Robotik, digitale Zwillinge und Datenanalysetechnologien einen erheblichen Mehrwert schaffen. Sie steigern die Produktivität, sparen Kosten ein und verbessern die Produktqualität. Dieser Wandel ist Teil von Industrie 4.0, einem disruptiven Trend, der jahrzehntealte Fertigungspraktiken verändert. Da Produkte zunehmend softwareorientiert sind, erfordern sie neue Fertigungsmethoden. Digitale Fertigung und intelligente Produktionsanlagen (Smart Factories) sind die Antwort.

Softwarebasierte Produktentwicklung ist ein wichtiger Faktor für den Erfolg Deutschlands im Hinblick darauf, Industrie 4.0 einzuführen. Da Unternehmen ihre Produktionsstätten der Zukunft aufbauen, wird erwartet, dass der deutsche Markt für Produktentwicklungsdienstleistungen stetig wachsen wird – von 86 Millionen US-Dollar im Jahr 2024 auf etwa 130 Millionen US-Dollar im Jahr 2030. 

Technologien zur Simulation und Validierung nutzen

Die digitale Planung von Produktionsstätten ist eine wichtige Anwendung für Ingenieurdienstleistungen in der Fertigung. Ingenieure entwickeln einen virtuellen Zwilling, um eine gesamte Fertigungsstraße zu simulieren und zu verfeinern, bevor sie physisch installiert wird. Mithilfe einer virtuellen Kopie der Anlage lassen sich Maschinen digital platzieren und Material- und Personalbewegungen nachbilden. Dies beseitigt Engpässe, gleichzeitig werden Arbeitsabläufe getestet, um die Produktivität und die Markteinführungszeit zu maximieren.

In der Schwerindustrie, darunter die Automobil- oder Luftfahrt-Branche, bedeutet Innovation oft Komplexität, hohe Kosten, Fehlerquoten und erhebliche Risiken. Mittlerweile werden Industrie 4.0-Technologien für die Produktentwicklung genutzt, um die Leistung kritischer Komponenten in einer virtuellen Umgebung zu simulieren und zu validieren. Ein Beispiel sind autonome Fahr- und KI-gestützte Fahrzeugtechnologien: Anstatt teure Prototypen zu bauen, verwenden Unternehmen KI-gestützte Simulationen, um diese Technologien unter kontrollierten Bedingungen zu testen. Sie lassen sich außerdem vor dem Praxis-Einsatz verfeinern, sodass sie den Sicherheits- und Leistungsstandards entsprechen.

Zu weiteren wichtigen Dienstleistungen gehören die Implementierung von Tools zur Designautomatisierung (zum Beispiel wiederverwendbare Vorlagen), um die Designkonsistenz und Kosteneffizienz zu verbessern. Laufende Wartung und Support gewährleisten zudem die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Fabrikautomatisierungssystemen.

MES wird zur Steuerzentrale der Produktion

MES haben sich vom Kennzahlen-Tool zur Steuerzentrale der digitalen Fertigung entwickelt. Sie verbinden ERP-Planung, Maschinendaten und Qualität in Echtzeit – und machen Produktion beherrschbar.

Redaktion Automation NEXT

Mit der Einführung neuer Technologien und dem Wandel im Produkt-Engineering muss sich auch der Fertigungsprozess weiterentwickeln. Die Stückliste (Bill of Material, BOM) für softwaredefinierte Produkte unterscheidet sich grundlegend von der für herkömmliche Produkte. Dies wirkt sich direkt auf Ressourcenplanung und -Management sowie die Lieferkette aus. Infolgedessen ist 'Designed for Manufacturing' ein wichtiger Bestandteil des Produktdesigns.

Entwurf und Integration von Systemen, um Anlagen-Komponenten zu synchronisieren

Die Automatisierung von Produktionsstätten stützt sich auf Werkzeuge wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), SCADA-Systeme und Robotik. Engineering-Services sind für den Entwurf, die Verbindung und die Verwaltung automatisierter Systeme enorm wichtig. Beispielsweise beschäftigen deutsche Unternehmen wie das Automatisierungsunternehmen Festo und der Industrieroboterhersteller Kuka interdisziplinäre Teams aus Robotik-Ingenieuren, Datenwissenschaftlern und Softwareentwicklern. Sie entwerfen und stellen gemeinsam integrierte Systeme her, die in Echtzeit auf Ereignisse in der Fertigung reagieren.

Die Entwicklung softwaredefinierter Produkte erfordert multifunktionale Expertise, wobei Teams auf der Grundlage einer einzigen Informationsquelle zusammenarbeiten. Die Herstellung solcher Produkte erfordert neue Stücklisten und Prozesse. Entscheidend ist aber die Zusammenarbeit zwischen Produktentwicklungsteams und Fertigungsteams: Nur so lässt sich eine fehlerfreie Fertigung erzielen. Mit Engineering-Services werden nicht nur Produkte entworfen, sondern auch der Fertigungsprozess definiert. Das rasante Tempo des Wandels erfordert Anpassungen des Layouts und der Arbeitsabläufe, ermöglicht durch die digitale Fertigung.

Sensordaten verwenden, um Probleme vorherzusagen und zu vermeiden

Eine wichtige Aufgabe des Services ist die Prozessoptimierung. Dazu gehört es, maßgeschneiderte Lösungen zu erstellen und so Arbeitsabläufe zu rationalisieren und manuelle Prozesse zu eliminieren. Darüber hinaus lässt sich so die Fertigungspräzision erhöhen. Außerdem ermöglichen sie es Herstellern, mithilfe von Sensoren Daten zu erfassen, um einen Echtzeit-Einblick in den Fabrikbetrieb zu erhalten. Dies ist die Basis für eine intelligente und vernetzte Fertigungsumgebung.

Ein gutes Beispiel ist das KI-gestützte vorausschauende Wartungssystem bei Bosch. Die Ingenieure und Datenwissenschaftler des Unternehmens entwickelten ein KI-Modell, das Ausfälle von Anlagen genau vorhersagt, indem es anomale Muster in Daten (Temperatur, Vibration, Druck und so weiter) erkennt, die von Sensoren an kritischen Anlagen erfasst werden. In ähnlicher Weise erstellte ein großes Bergbauunternehmen ein KI-basiertes System, um Wasseransammlungen in Bergwerken zu verhindern – eine Gefahr, die zu Überschwemmungen und Wassereinbrüchen führt und die Gesundheit und Sicherheit der Infrastruktur gefährdet. Sensoren erfassen Wasserstände oder Durchflussraten und speisen die Daten in ein KI- beziehungsweise Machine-Learning-Modell ein. Wenn das System ein potenzielles Problem, beispielsweise einen Pumpenausfall oder einen starken Grundwasserzufluss erkennt, alarmiert es das Wartungspersonal, damit dieses entsprechende Maßnahmen ergreifen kann.

Die Integration von Informations- (IT), Betriebs- (OT) und Ingenieurtechnologie (ET) gemeinsam mit ERP-, PLM- und MES-Systemen ermöglicht einen reaktionsschnellen und dynamischen Fertigungsprozess. Das Ergebnis ist ein Datenkontinuum sowie Informationsmobilität über den gesamten Lebenszyklus hinweg.

Fazit

Ingenieurdienstleistungen verbessern die Produktionsabläufe durch Automatisierung, Rationalisierung der Arbeitsabläufe, Prozessoptimierung und synchronisierte Materialbewegungen. Sie reduzieren darüber hinaus manuelle Tätigkeiten, Fehler und Verschwendung – und senken so Kosten. Durch KI-Integration und Echtzeit-Überwachung verbessern sie die Produktqualität und -konsistenz. Schließlich schaffen Engineering-Services auch einen Mehrwert, indem sie gefährliche Arbeiten automatisieren und den Mitarbeitenden mehr Zeit für kreative Tätigkeiten verschaffen. Angesichts dieser Vielzahl an Vorteilen können sich die Auswirkungen von Services auf deutsche Unternehmen über die Fabrikmauern hinaus auf die Außenwelt ausweiten – und so die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt und die Innovationsführerschaft stärken.