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.



  • Zu wenig sozialer Kontakt im Homeoffice

    Zu wenig sozialer Kontakt im Homeoffice

    Wo ist die Arbeitsbelastung höher – im Büro oder im Homeoffice? Dieser Frage ist die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung nachgegangen und hat im Rahmen einer Studie ermittelt, dass die Arbeitsbelastung nicht…

    mehr lesen: Zu wenig sozialer Kontakt im Homeoffice

  • Arbeitslosigkeit sinkt langsamer

    Arbeitslosigkeit sinkt langsamer

    Trotz des dritten Rückgangs in Folge verbleibt das IAB-Arbeitsmarktbarometer noch auf einem hohen Niveau. Einen größeren Rückschlag durch die vierte Pandemie-Welle erwarten die Experten des Instituts für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung…

    mehr lesen: Arbeitslosigkeit sinkt langsamer

  • Diego Rapela wird CTO bei Auvesy

    Diego Rapela wird CTO bei Auvesy

    Zusätzlich zu CEO Dr. Tim Weckerle und COO Stefan Jesse wird zukünftig auch Dr. Diego Ricardo Rapela dem Auvesy-Management-Team angehören. Er übernimmt die neugeschaffene Position des Chief Technology Officers.

    mehr lesen: Diego Rapela wird CTO bei Auvesy

  • Keine Erholung beim Materialmangel

    Keine Erholung beim Materialmangel

    Nach einem leichten Rückgang im vergangenen Monat, hat sich der Materialmangel in der Industrie im November wieder verstärkt. Rund drei Viertel der Unternehmen klagen über Engpässe.

    mehr lesen: Keine Erholung beim Materialmangel

  • Exportindustrie mit verbesserten Erwartungen

    Exportindustrie mit verbesserten Erwartungen

    Nach einem Rückgang im Oktober haben sich die Exporterwartungen der deutschen Unternehmen im November wieder verbessert. Nach Angaben des Ifo Instituts erwarten dabei vor allem die Automobilindustrie und Hersteller elektrischer…

    mehr lesen: Exportindustrie mit verbesserten Erwartungen

  • Congatec und Sysgo gehen Partnerschaft ein

    Congatec und Sysgo gehen Partnerschaft ein

    Congatec gibt seine strategische Partnerschaft mit Sysgo bekannt. Ziel ist es, den Märkten für kritische Systeme – wie Industrieautomation, Medizintechnik, Smart Energy, Eisenbahn, kommerzielle und autonome Fahrzeuge oder Baumaschinen -…

    mehr lesen: Congatec und Sysgo gehen Partnerschaft ein

  • CAS und ELO kooperieren

    CAS und ELO kooperieren

    Enterprise Content Management und Customer Relationship Management näher aneinander rücken ist das Ziel der Kooperation zwischen ELO Digital Office und CAS Software.

    mehr lesen: CAS und ELO kooperieren

  • Fünf IT-Trends für 2022

    Fünf IT-Trends für 2022

    Auch 2022 werden sich die IT-Systeme von Unternehmen weiterentwickeln. Oliver Rozić, Vice President Product Engineering bei Sage, weiß wie und welche Trends dabei eine Rolle spielen könnten.

    mehr lesen: Fünf IT-Trends für 2022

  • Digitalisierungsschub überdauert die Pandemie

    Digitalisierungsschub überdauert die Pandemie

    Unternehmen gehen digital gestärkt ins dritte Corona-Jahr, so das Ergebnis einer Bitkom-Befragung unter 602 Unternehmen. Demnach will die große Mehrheit ihre Digitalisierungs-Projekte fortsetzen. Diese Aufbruchsstimmung müsse genutzt werden, so Bitkom-Präsident…

    mehr lesen: Digitalisierungsschub überdauert die Pandemie

  • Mittelmaß bei der Digitalisierung

    Mittelmaß bei der Digitalisierung

    Im internationalen Vergleich belegt Deutschland bei der Digitalisierung keine Spitzenposition, sondern tendiert eher zum Mittelfeld. So zumindest legt es eine Studie des Ifo Instituts nahe. Demnach sei nicht nur die…

    mehr lesen: Mittelmaß bei der Digitalisierung

  • Bauteilschwingungen Vorhersagen

    Bauteilschwingungen Vorhersagen

    Bauteilschwingungen, die bei vielen Fertigungsverfahren entstehen, führen oftmals dazu, dass die Oberfläche des Werkstücks beschädigt wird. Darüber hinaus sind sie ein Grund für erhöhten Werkzeugverschleiß. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT…

    mehr lesen: Bauteilschwingungen Vorhersagen

  • Neue General-Managerin bei DXC

    Neue General-Managerin bei DXC

    Jacqueline Fechner ist neue General-Managerin für die DACH-Region bei DXC Technology und soll künftig die Geschicke des IT-Dienstleisters in Deutschland, Österreich und der Schweiz verantworten.

    mehr lesen: Neue General-Managerin bei DXC