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.



  • ZEW-Konjunkturerwartungen gehen erstmals seit November zurück

    ZEW-Konjunkturerwartungen gehen erstmals seit November zurück

    Die ZEW-Konjunkturerwartungen für Deutschland sinken in der aktuellen Umfrage vom April 2021 um 5,9 Punkte und liegen damit bei 70,7 Punkten. Dies ist der erste Rückgang seit November 2020. Laut…

    mehr lesen: ZEW-Konjunkturerwartungen gehen erstmals seit November zurück

  • Industrieentscheider setzen auf das industrielle Internet der Dinge

    Industrieentscheider setzen auf das industrielle Internet der Dinge

    Drei Viertel der Entscheider in deutschen Industrieunternehmen sehen ihren Markt im Prozess der digitalen Transformation. Die Hälfte der Unternehmen setzt dabei bereits auf den Einsatz von Industrial IoT-Technologien. Zu diesen…

    mehr lesen: Industrieentscheider setzen auf das industrielle Internet der Dinge

  • Partnerschaft zwischen T-Systems und GFT

    Partnerschaft zwischen T-Systems und GFT

    Im Rahmen einer Partnerschaft wollen T-Systems und GFT gemeinsame Lösungen für die Fertigungsindustrie anbieten, mit denen Fehler in der Produktion schneller erkannt werden können.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen T-Systems und GFT

  • John Abel wird Chief Information Officer bei Extreme Networks

    John Abel wird Chief Information Officer bei Extreme Networks

    John Abel wechselt von Veritas zu Extreme Networks, wo er künftig die Position des CIOs wahrnehmen wird.

    mehr lesen: John Abel wird Chief Information Officer bei Extreme Networks

  • Nächste Hannover Messe wird Hybridveranstaltung

    Nächste Hannover Messe wird Hybridveranstaltung

    Nach fünf Messetagen ging am Freitag die Hannover Messe zu Ende. Insgesamt 90.000 Teilnehmer haben sich für die digitale Edition der Industrieschau registriert. Auch ohne Präsenzveranstaltung zog die Deutsche Messe…

    mehr lesen: Nächste Hannover Messe wird Hybridveranstaltung

  • Realistische Simulationen mit Security-Forschung

    Realistische Simulationen mit Security-Forschung

    Die neue Fraunhofer SIT Cyber Range verbindet komplexe Angriffssimulationen mit neuesten Erkenntnissen aus der angewandten Forschung, Expertenschulungen und der Vorstellung von innovativen Security-Werkzeugen: Mit realistischen Angriffssimulationen können Unternehmen die Leistungsstärke…

    mehr lesen: Realistische Simulationen mit Security-Forschung

  • VDMA-Studie zeigt hohe Relevanz interoperabler Schnittstellen

    VDMA-Studie zeigt hohe Relevanz interoperabler Schnittstellen

    Erst die Interoperabilität von Maschinen und Anlagen ermöglicht Unternehmen die Teilhabe an neuen digitalen Strukturen und ist Grundvoraussetzung für neue digitale Geschäftsmodelle. Durch interoperable Schnittstellen können neue Maschinen effizienter integriert…

    mehr lesen: VDMA-Studie zeigt hohe Relevanz interoperabler Schnittstellen

  • Geld weg, Daten weg

    Geld weg, Daten weg

    Mit Ransomware verschlüsseln Cyberkriminelle den Zugang zum kompromittierten Gerät oder den dort gespeicherten Dateien. Anschließend fordern sie Lösegeld mit dem Versprechen, die Sperrung nach Zahlung wieder aufzuheben.

    mehr lesen: Geld weg, Daten weg

  • Impfstoffproduktion in Marburg

    Impfstoffproduktion in Marburg

    Impfstoffproduktion in Marburg Siemens und Biontech rüsten Produktionsanlage um Siemens unterstützt Biontech bei Umrüstung auf Impfstoffherstellung in Marburg. Dabei waren wesentliche Teile des neuen Manufacturing Execution Systems in nur zweieinhalb…

    mehr lesen: Impfstoffproduktion in Marburg

  • Neue Sicherheitslücken entdeckt und geschlossen

    Neue Sicherheitslücken entdeckt und geschlossen

    Am Patch-Tag (13.04.2021) hat Microsoft zwei kritische Sicherheitslücken geschlossen, die lokal installierte Instanzen von Exchange 2013, 2016 und 2019 betreffen. Diese Sicherheitslücken ermöglichen das Ausführen von beliebigem Programmcode auf einem…

    mehr lesen: Neue Sicherheitslücken entdeckt und geschlossen

  • Torsten Hartinger verstärkt Geschäftsführung bei Solid System Team

    Torsten Hartinger verstärkt Geschäftsführung bei Solid System Team

    Das Systemhaus Solid System Team wird von einer Doppelspitze geleitet. Neben Werner Heckl ist seit 1. April auch Torsten Hartinger mit der Geschäftsführung betraut.

    mehr lesen: Torsten Hartinger verstärkt Geschäftsführung bei Solid System Team

  • Materialise erwirbt Kaufoption für 3DLink

    Materialise erwirbt Kaufoption für 3DLink

    Materialise erwirbt Kaufoption von MES-Anbieter Link3D. Mögliche Übernahme könnte den Weg zum cloudbasierten Zugriff auf die 3D-Druck-Software-Plattform von Materialise ebnen.

    mehr lesen: Materialise erwirbt Kaufoption für 3DLink