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.



  • VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

    VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

    Im November 2020 ist der VDI-Statusreport ‚Maschinelles Lernen in KMU‘ erschienen. Die Veröffentlichung gibt Tipps, wie gerade mittelständische Firmen Projekte mit maschinellem Lernen (ML) umsetzen können.

    mehr lesen: VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

  • Software-Container in Bewegung

    Software-Container in Bewegung

    Mit dem häufigeren Einsatz von Industrial Internet of Things-Anwendungen haben sich auch die Technologien von Software-Containern mehr und mehr durchgesetzt. Mit ihnen können Unternehmen die Geschwindigkeit, Flexibilität und Qualität bei…

    mehr lesen: Software-Container in Bewegung

  • Fortinet übernimmt Panopta

    Fortinet übernimmt Panopta

    Fortinet will den SaaS-Plattform-Anbieter Panopta übernehmen. Mit der Lösung des Unternehmens will Fortinet Netzwerkleistung und -sicherheit seiner Kunden verbessern.

    mehr lesen: Fortinet übernimmt Panopta

  • Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

    Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

    Tech Mahindra und SAP wollen ihre Partnerschaft zur Bereitstellung von ‘Intelligent Enterprise‘-Technologien erweitern.

    mehr lesen: Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

  • Hexagon übernimmt Vertriebspartner

    Hexagon übernimmt Vertriebspartner

    Der Geschäftsbereich Manufacturing Intelligence von Hexagon hat die Übernahme der Mecadat AG bekanntgegeben, einem Vertriebspartner für CAD-CAM-Software und ergänzende Lösungen für die Herstellung von Werkzeugen und Formen.

    mehr lesen: Hexagon übernimmt Vertriebspartner

  • VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

    VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

    VDI-Direktor Ralph Appel ist am 9. Oktober 2020 zum Präsidenten der FEANI (Fédération Européenne d’Associations Nationales d’Ingénieurs) gewählt worden. Der Dachverband FEANI vertritt knapp 350 technisch-wissenschaftliche Organisationen aus 32 Ländern…

    mehr lesen: VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

  • PTC übernimmt Arena Solutions

    PTC übernimmt Arena Solutions

    Für insgesamt 715Mio.US$ übernimmt PTC den SaaS-Plattform-Anbieter Arena Solutions. Die Akquise soll im zweiten Quartal 2021 angeschlossen sein.

    mehr lesen: PTC übernimmt Arena Solutions

  • Erholung im Dritten Quartal

    Erholung im Dritten Quartal

    Im Dritten Quartal hat sich die deutsche Wirtschaft von ihrem historischen Einbruch erholt, durch die neuerlichen Einschränkungen sei jedoch im vierten Quartal ein erneuter Dämpfer zu erwarten, so das BMWi.

    mehr lesen: Erholung im Dritten Quartal

  • Steffen Haack wird Vorstand für Entwicklung

    Steffen Haack wird Vorstand für Entwicklung

    Ab Januar wird Dr. Steffen Haack Entwicklungsvorstand bei Bosch Rexroth und tritt somit die Nachfolge von Dr. Heiner Lang an.

    mehr lesen: Steffen Haack wird Vorstand für Entwicklung

  • Werner Rieche wird Vice President DACH bei OpenText

    Werner Rieche wird Vice President DACH bei OpenText

    Von 2001 bis 2015 war Werner Rieche bereits für OpenText tätig. Nun kehrt er als Vice President DACH zum Softwareunternehmen zurück.

    mehr lesen: Werner Rieche wird Vice President DACH bei OpenText

  • 6 Steuertipps für Unternehmen

    6 Steuertipps für Unternehmen

    Aufgrund der Corona-Krise wurde eine Reihe von Steuergesetzen zugunsten von Unternehmen geändert. So können vor allem KMU unter anderem von Sonderabschreibungen, einer Verlängerung der Frist für den Investitionsabzugsbetrag sowie von…

    mehr lesen: 6 Steuertipps für Unternehmen

  • In fünf Phasen gegen Hacker

    In fünf Phasen gegen Hacker

    Angriffe mit Ransomware sind weit verbreitet und laut einer TÜV-Rheinland-Umfrage sehen sich rund 30 Prozent der darin Befragten Sicherheitsexperten, nicht ausreichend gegen eine solche Attacke gerüstet.

    mehr lesen: In fünf Phasen gegen Hacker