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.



  • Sicherheitsrisiko neu definieren – Hacker engagieren

    Sicherheitsrisiko neu definieren – Hacker engagieren

    IT-Sicherheit ist ein wichtiges Thema für jedes Unternehmen. Denn kommt es zu einem erfolgreichen Angriff kann dies teuer werden. Durch die Nutzung sogenannter Bug-Bounty-Plattformen können Unternehmen kriminellen Hackern vorgreifen.

    mehr lesen: Sicherheitsrisiko neu definieren – Hacker engagieren

  • Zusammenarbeit funktioniert nur in jedem fünften Unternehmen

    Zusammenarbeit funktioniert nur in jedem fünften Unternehmen

    Corona stellt Unternehmen und deren Mitarbeiter nach wie vor auf eine harte Probe. Laut der Studie ‚Kollaboration – Erfolgsfaktor Zusammenarbeit‘ schaffen es aktuell nur 22 Prozent der Unternehmen, eine Zusammenarbeit…

    mehr lesen: Zusammenarbeit funktioniert nur in jedem fünften Unternehmen

  • Bestellungen im März und im 1. Quartal steigen

    Bestellungen im März und im 1. Quartal steigen

    Im März haben die Bestellungen im Maschinen- und Anlagenbau im Vergleich zum Vorjahr deutlich zugelegt. Dabei kamen sowohl aus dem Aus- als auch aus dem Inland positive Signale.

    mehr lesen: Bestellungen im März und im 1. Quartal steigen

  • Der Weg zur effizienten Datenstrategie

    Der Weg zur effizienten Datenstrategie

    Viele deutsche Mittelständler bieten innovative Produkte an, tun sich aber oft schwer, operative Prozesse mithilfe von Daten tatsächlich zu verbessern und wichtige Entscheidungen auf Basis ihrer Daten zu fällen. Der…

    mehr lesen: Der Weg zur effizienten Datenstrategie

  • Mehr Cybersicherheit für Fernwartungs-Router

    Mehr Cybersicherheit für Fernwartungs-Router

    HMS hat die neue Fernwartungs-Router-Generation Ewon Cosy+ auf erhöhte Sicherheit ausgelegt. Die Geräte bieten nicht nur moderne hardware-implementierte Sicherheitsmechanismen, sondern auch automatische Updates signierter Firmware über die firmeneigene Plattform Talk2M.

    mehr lesen: Mehr Cybersicherheit für Fernwartungs-Router

  • Catherine Kniker wird CSO bei PTC

    Catherine Kniker wird CSO bei PTC

    Mit dem Wechsel von Kathleen Mitford zu Microsoft wird Catherine Kniker zur EVP (Executive Vice Presdient) und Chief Stategy Officer bei PTC ernannt.

    mehr lesen: Catherine Kniker wird CSO bei PTC

  • Carsten Stiller wird Geschäftsführer bei Cybus

    Carsten Stiller wird Geschäftsführer bei Cybus

    Gemeinsam mit CEO Peter Sorowka leitet Carsten Stiller seit 1. April das Softwareunternehmen Cybus. Er verantwortet die Bereiche Marketing und Vertrieb.

    mehr lesen: Carsten Stiller wird Geschäftsführer bei Cybus

  • Dirk Didascalou wird CTO bei Siemens Digital Industries

    Dirk Didascalou wird CTO bei Siemens Digital Industries

    Siemens Digital Industries bekommt einen neuen CTO. Dirk Didascalou soll zum 1. September neuer Technikchef werden.

    mehr lesen: Dirk Didascalou wird CTO bei Siemens Digital Industries

  • Unveränderte Geschäftslage und Optimismus für 2021

    Unveränderte Geschäftslage und Optimismus für 2021

    Die Wirtschaft blickt überwiegend optimistisch in die Zukunft: Knapp 40 Prozent der Unternehmen wollen laut der jüngsten Konjunkturumfrage des Instituts der deutschen Wirtschaft 2021 im Vergleich zu 2020 mehr produzieren.

    mehr lesen: Unveränderte Geschäftslage und Optimismus für 2021

  • Künstliche Intelligenz erklärbar machen

    Künstliche Intelligenz erklärbar machen

    Künstliche Intelligenz hat meistens Black-Box-Charakter. Doch nur Transparenz kann Vertrauen schaffen. Um die jeweiligen Lösungswege künstlicher Intelligenz zu erklären, gibt es spezielle Software-Lösungen. Eine Studie des Fraunhofer IPA hat die…

    mehr lesen: Künstliche Intelligenz erklärbar machen

  • Quantencomputing wird zum Wettbewerbsvorteil

    Quantencomputing wird zum Wettbewerbsvorteil

    Quantencomputer können komplexe Berechnungen schneller durchführen als beispielsweise heutige Superrechner. Wie eine Befragung des Bitkom zeigt, verspricht sich die deutsche Wirtschaft viel von der Technologie.

    mehr lesen: Quantencomputing wird zum Wettbewerbsvorteil

  • Künstliche Intelligenz für kleine und mittlere Unternehmen

    Künstliche Intelligenz für kleine und mittlere Unternehmen

    Künstliche Intelligenz auch für KMUs nutzbar machen. Das ist das Ziel des Modellprojekts ’KI-Transfer Plus’

    mehr lesen: Künstliche Intelligenz für kleine und mittlere Unternehmen