Worauf Hersteller achten sollten: Produkt- und Prozessdesign digital angehen

Engineer holding a motherboard comparing with a digital twin 3d model on computer in a modern factory
Bild: ©alphaspirit/stock.adobe.com

Ein erster Grundsatz für die Entwicklung eines neues Produkts ist, dass dessen Design den Entwurf des Fertigungsprozesses bestimmt und nicht umgekehrt. Zweitens finden Produkt- und Prozessdesign mehr oder weniger parallel statt. Deshalb ist die Zeit bis zur Marktreife in der digitalen Fertigung deutlich kürzer.

Das große Ganze im Blick

Um den besten Ansatz zu finden, müssen alle Projektpartner – Maschinen- und Anlagenbauer, OT- und IT-Ingenieure, Automatisierungs- und Integrationsspezialisten – wissen, was mit einem Produkt erreicht werden soll, welche Funktionen es enthalten soll und welche Faktoren seine Entwicklung vorantreiben. Außerdem muss festgelegt werden, welche Herstellungsverfahren erforderlich sind. Dabei ist es hilfreich, in Einzelschritten vorzugehen. Die Herausforderung besteht darin, auf mehreren Ebenen zu agieren: Sowohl die digitalen Abläufe als auch die physischen Prozesse müssen spezifiziert werden. Projektpartnern erhalten ein Verständnis darüber, wie die Maschinen miteinander verbunden werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Virtuelle Visualisierung

Mit diesem Wissen und einem Produktprototyp sind die Partner des jeweiligen Unternehmens in der Lage, einen digitalen Zwilling des Fertigungslayouts zu erstellen und zu simulieren, wie sich das Produkt verhalten wird. Durch diese digitale Nachbildung einer neuen Maschine oder Anlage lassen sich Projekte risikoärmer gestalten, und die Zeit, die für den Bau und die Prüfung der Anlage benötigt wird, deutlich reduzieren – kostspielige Fehler werden in der virtuellen statt in der realen Welt gemacht. Dies ist für alle Branchen von Vorteil, vor allem aber für die Automatisierungsindustrie, die sich großem Druck ausgesetzt sieht, die Markteinführung neuer Produkte zu beschleunigen und das Fehlerrisiko zu reduzieren.

Widersprüche ausgleichen

In der ersten Phase ist oft ein gewisses Hin und Her erforderlich. Denn die besten Ideen laufen ins Leere, wenn sie nicht umsetzbar sind. Wahrscheinlich sind einige Produkt- und Prozessanpassungen erforderlich, um zu einer praktikablen Lösung zu gelangen. Mit digitaler Simulation lassen solche Änderungen schneller vornehmen und testen.

Den Prozess anpassen

Auch der reale Prozess muss möglicherweise angepasst werden, um ein verändertes Produktdesign zu berücksichtigen und die Leistung von Linie und Anlage zu optimieren. Ein erfahrener IT-Anbieter kann vielleicht Änderungen auf digitaler Ebene vornehmen, weiß aber nicht unbedingt, ob dies in der realen Produktionsumgebung machbar ist. Hier helfen OT- und Automatisierungspartner, indem sie Daten und Einblicke liefern, die es ermöglichen zu verstehen, wie sich das System in der Realität verhalten wird. Ein Beispiel ist ein Greifer für eine Roboterzelle. Ein leichterer Greifer verbraucht zwar weniger Energie und kostet weniger, erreicht aber möglicherweise nicht die Stärke und Präzision eines schwereren Greifers. Die Projektpartner sollten in der Lage sein, verschiedene Leistungsparameter in einer virtuellen Umgebung zu testen, um das bestmögliche Design zu ermitteln und spätere Fehler zu vermeiden.

Virtuelle Tests lassen sich auch über den Anlagenbestand legen.
Virtuelle Tests lassen sich auch über den Anlagenbestand legen. – Bild: ©nicky/stock.adobe.com

Ein Zwilling fürs Leben

Sobald ein Projekt in der virtuellen Welt funktioniert, liegt es an den OT-Experten und Maschinenbauern, den Entwurf umzusetzen. Die Rolle des digitalen Zwillings ist hier aber nicht zu Ende. Er spiegelt das physische System in Echtzeit wider und kann während der gesamten Lebensdauer eines Systems oder Produkts betrieben werden. So besteht die Möglichkeit, in einer digitalen Umgebung zu prüfen, wie sich neue Materialien, Bestandteile oder Werkzeuge verhalten werden. Die kontinuierliche Überwachung von Maschine oder Prozess kann auch für vorbeugende Wartung und Energiemanagement genutzt werden.

Greenfield- vs. Brownfield

Ein solches Projekt ist „auf der grünen Wiese“ aus technischer Sicht oft einfacher umzusetzen, da sie die Entwicklung optimierter Layouts und Infrastrukturen ermöglicht. Neue Robotik- und KI-Technologien können ohne Beschränkungen bestehender Systeme integriert werden. Brownfield-Projekte erfordern oft eine Nachrüstung oder Anpassung bestehender Systeme. Die Vorteile vorhandener Anlagen müssen gegen die komplexe Integration und die Einschränkungen abgewogen werden. Dabei unterstützt ein Ökosystem von Partnern: Maschinenhersteller, Integratoren usw. ermitteln, welche Änderungen erforderlich sind.

Ein digitaler Ansatz für Produkt- und Prozessdesign adressiert auch zwei Trends:

  • Trend 1: Immer mehr multinationale Unternehmen teilen die Philosophie „Design anywhere, build everywhere“. Standardisierte Konstruktions- und Designmethoden sind eine wichtige Säule dieses Ansatzes, der darauf abzielt, standortbedingte Grenzen und Beschränkungen zu überwinden, Konsistenz über geografische Gebiete hinweg zu ermöglichen und sowohl von Effizienz- als auch Qualitätsvorteilen zu profitieren. Die Umsetzung dieses Modells ermöglicht ein digitalisierter Ansatz. Mithilfe digitaler Zwillinge lassen sich Fertigungsabläufe standortunabhängig nachbilden, und Daten können standortübergreifend ausgetauscht werden.
  • Trend 2: Der zweite Trend ist Mechatronik, bei der Maschinenbau und Elektronik in die Entwicklung und Herstellung von Produkten und Verfahren integriert werden. Mechatronik ist in der Automobilindustrie sehr präsent, etwa bei Fahrerassistenzsystemen (ADAS), die sich durch ein hohes Maß an Konnektivität zwischen mechanischen und elektronischen Teilen auszeichnen.

Die Methoden zur Entwicklung und Herstellung von smarten Produkte sind komplex und erfordern einen multidisziplinären Ansatz. Digitale Modellierung unterstützt dabei, den Entwurfsprozess zu rationalisieren und Integrationsprobleme zu vermeiden.



  • EmpowerMX wird Teil von IFS

    EmpowerMX wird Teil von IFS

    IFS erweitert sein Produktportfolio mit der Übernahme von EmpowerMX um eine Wartungssoftware für die Luftfahrtindustrie.

    mehr lesen: EmpowerMX wird Teil von IFS

  • Neuer CFO für Rockwell Automation

    Neuer CFO für Rockwell Automation

    Rockwell Automation hat bekannt gegeben, dass Christian Rothe am 19. August als Senior Vice President und Chief Financial Officer in das Unternehmen eintreten wird.

    mehr lesen: Neuer CFO für Rockwell Automation

  • Kontron erweitert Vorstand

    Kontron erweitert Vorstand

    Mit Philipp Schulz und Johannes Fues hat Kontron zwei neue Vorstandsmitglieder. Zudem gibt das Unternehmen die Vertragsverlängerung von Vorstandsmitglied Michael Riegert bekannt.

    mehr lesen: Kontron erweitert Vorstand

  • Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

    Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

    Ein fehlerhaftes Update einer Sicherheitssoftware hatte am Freitag weltweit für IT-Ausfälle auf Windows-Systemen gesorgt. Aber auch Microsoft selbst meldete Probleme. Mittlerweile hat sich die Situation nach Angaben des BSI wieder…

    mehr lesen: Fehlerhaftes Update sorgt weltweit für Ausfälle

  • Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

    Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

    Zuletzt stieg der Ifo-Index der Chemischen Industrie vier Mal in Folge. Im Juni hat sich die Stimmung jedoch wieder verschlechtert.

    mehr lesen: Geschäftsklima in der Chemischen Industrie verschlechtert sich

  • Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

    Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

    Neben der Industrie kann auch die Kultur- und Kreativbranche vom digitalen Zwilling profitieren. Wie? Das zeigt Siemens am Beispiel des Großen Festspielhauses in Salzburg.

    mehr lesen: Siemens simuliert Akustik des Großen Festspielhauses in Salzburg

  • Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

    Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

    Das Gesenkschmieden ist ein traditionsreiches Fertigungsverfahren zur Herstellung von Metallteilen mit komplexen Formen. Sollen große Metallteile hergestellt werden, sind robuste und schwere Gesenke erforderlich. Deren Wechsel dauert oft mehrere Stunden…

    mehr lesen: Fraunhofer-Forscher machen altes Schmiedeverfahren fit für die Zukunft

  • Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

    Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

    Weidmüller hat bekannt gegeben, dass sich die Hamburger Joachim Herz Stiftung im Rahmen einer Kapitalerhöhung an dem Unternehmen beteiligt.

    mehr lesen: Joachim Herz Stiftung investiert in Weidmüller

  • Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

    Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

    Trotz zunehmender Cyberangriffe haben Fertigungsunternehmen laut einer Studie von EasyDMARC Defizite beim Schutz gegen Phishing- und Spoofing-Angriffe.

    mehr lesen: Wenige Fertiger haben strenge DMARC-Richtlinien

  • Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

    Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

    Deutsche Führungskräfte wollen dem Hype um künstliche Intelligenz (KI) folgen, so das Ergebnis einer Studie von IFS. Die Unternehmen sind jedoch noch nicht in der Lage, die Erwartungen an die…

    mehr lesen: Unternehmen können KI-Erwartungen des Managements nicht erfüllen

  • Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

    Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

    Die Unternehmen Trumpf und SiMa.ai entwickeln KI-Chips und Software zur Verbesserung von Schweiß-, Schneid- und Markierprozessen. Die Technologie soll für effizientere Laseranwendungen sorgen.

    mehr lesen: Trumpf und SiMa.ai statten Lasersysteme mit KI-Chips aus

  • Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

    Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren

    Werkzeugbahnen für Zerspanprozesse in CAM-Systemen zu planen erfordert Expertenwissen. Viele Parameter müssen bestimmt und geprüft werden, um die Bahnplanung Schritt für Schritt zu optimieren. Im Projekt CAMStylus arbeiten die Beteiligten…

    mehr lesen: Werkzeugbahnen im virtuellen Raum planen und skizzieren