Produzieren im resilienten Wertschöpfungsnetzwerk

Chipmangel, Kriege, Corona und schwankende Preise – um die darauf resultierenden Herausforderungen etwa im Supply Chain Management zu beschreiben, hat sich das Akronym VUCA-World etabliert. Das ist ein Akronym aus Volatilität (Volatility), Unsicherheit (Uncertainty), Komplexität (Complexity) und Mehrdeutigkeit (Ambiguity). Unter Leitung des ISW der Universität Stuttgart wird seit 2024 für fünf Jahre auf dem Forschungscampus Arena2036 an Themen in diesem Kontext gearbeitet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt unter Beteiligung von 9 Industriepartnern: Balluff, Bär Automation, Bosch, DXC Technology, Fraunhofer IPA, Mercedes Benz, Pilz, Trumpf und Schaeffler.

Optimierung durch Verknüpfung

Durch die Orchestrierung von Wertschöpfungsnetzwerken soll die aus vorherigen Projekten geschaffene Flexibilität in einzelnen Produktionssystemen eine neue Ebene der Wertschöpfung ermöglichen. Nach Jahrzehnten der Globalisierung und Digitalisierung mit verteilten Lieferketten trifft dieses Konstrukt zuletzt auf ungeahnte Dynamik. Trotz proprietären Tools im Supply Chain Management etwa für das Lieferantenmanagement oder Bestellprozesse, werden heute unternehmensübergreifende Schnittstellen benötigt, die den vertrauensvollem Datenaustausch ermöglichen. Interoperable Systeme dafür werden im Projekt erarbeitet.

Faktor Interoperabilität

Eine grundlegende Frage ist dabei: Wie kann unternehmensübergreifender Datenaustausch zwischen Assets und zur Orchestrierung dieser Wertschöpfungsketten vertrauensvoll, geregelt, sicher, standardisiert und interoperabel erfolgen? Dies soll eine Wiederverwendbarkeit von Schnittstellen zwischen Organisationen ermöglichen, Konsistenzprobleme vermeiden und somit die Flexibilität erweitern. Mögliche Mittel hierzu stellen die Verwaltungsschale oder Datenräume mit entsprechenden Konnektoren dar, welche die IDTA und Catena-X aktuel standardisieren. Die Verwaltungsschale kann notwendige Informationen etwa eines Produkts repräsentieren – gegliedert in standardisierten Submodellen zur Beschreibung von Use-Cases.. Mit ihr lassen sich Daten in einem Wertschöpfungsnetzwerk standardisiert und interoperabel kommunizieren. Datenräume wiederum erlauben mit ihren Konnektoren, beispielsweise bekannt als Eclipse-Dataspace-Connector, derartige Daten anhand vereinbarter Verträge unternehmensübergreifend sicher auszutauschen. Gemeinsam bilden sie die technologische Basis, um Prozesse über Unternehmen hinweg zu gestalten. Eine wesentliche Rolle kommt hierbei Produkten und Services zu.

Produkte und Services

Produkte und Services stellen die Grundlage der Wertschöpfung dar. Neben dem Produkt, wie im Projekt das Automobil mit seinen Komponenten, werden somit auch Produktions- und Logistikdienstleistungen, oder Engineering-Dienstleistungen betrachtet, die für die Herstellung benötigt werden. Standards wie ECLASS, dem Datenstandard für Waren und Dienstleistungen, bieten hierbei eine standardisierte Klassifikation, welche jedoch um domänenspezifische Modelle, beispielsweise zum Austausch von Produktspezifikationen (Materialeigenschaften, Maße und Toleranzen, Konformität), angereichert werden müssen. Um die Flexibilität und damit die Resilienz zu erhöhen, wird der Blick von der Wertschöpfungskette auf ein -netzwerk mit vielen möglichen Herstellungspfaden erweitert. Hierbei wird auch die Flexibilität der Produktspezifikation durch eine anforderungsorientierte Modellierung selbst erweitert, um Varianz zu schaffen und Zulieferer weiter diversifizieren und so Abhängigkeiten verringern zu können. Die Implementierung dieser Datenmodelle erfolgt etwa über Verwaltungsschalen.

Produktionspfad wählen

Anhand dieser bereitgestellten Daten wird die Steuerung des Wertschöpfungsnetzwerkes möglich. Hierzu zählt ein multikriteriell bestmöglicher Produktionspfad, bei welchem die Kosten und der CO2-Fußabdruck oder die Durchlaufzeiten und die Qualität in Verhältnis gesetzt werden. Nach der Produktion soll deren Ergebnis, wie eben genannter CO2-Fußabdruck entlang der Wertschöpfungskette rückverfolgbar ermittelt werden. Hierbei gilt es nicht nur Daten über verschiedene Hierarchieebenen von dem Produktionssystem bis zum einzelnen Aktor zu aggregieren, sondern auch den Zugriff auf Daten und eine mögliche Orchestrierung entlang der Wertschöpfungskette zu regeln. Neben der technischen Umsetzung mit Datenraumkonnektoren zur Bewahrung von Datenhoheit und geregeltem Zugriff werden hierfür Methoden erarbeitet.

Umsetzung am Demonstrator

Zur Umsetzung dieser Datenmodelle und Methoden wird in dem Projekt ein Value-Chain Execution System (kurz VCES) aufgebaut. Damit lassen sich Wertschöpfungsnetzwerke dynamisch orchestrieren und Partner über einheitliche Schnittstellen anbinden. Durch die vielfältigen Schnittstellen zu Lieferantendaten, Produktstammdaten oder der Produktion selbst, stellt die Anbindung von Legacy-Systemen wie dem Supply Chain Management-System (SCM), dem Enterprise Resource Planning-System (ERP) oder dem Manufacturing Execution System (MES) einen wesentlichen Aspekt des VCES dar. Der Einsatz erfolgt im Projekt an einer partnerübergreifenden Modellfabrik in der Arena2036. Anhand der Produktion einer realen Fahrzeugkomponente mit Transport zum und Qualitätssicherung beim OEM werden verschiedene dieser Unternehmen in einem Wertschöpfungsnetzwerk angebunden. So können Use Cases bis hin zu einer übergreifenden Produktions- und Logistikplanung betrachtet werden. Im Projekt wird beispielsweise basierend auf ausgetauschten Informationen der Verwaltungsschale eine Funk-Sicherheitsschnittstelle verwendet, um Informationen asset- und herstellerüberfreifend sicher auszuwerten.Davon können Flotten aus aktiven und passiven Teilnehmern wie Fahrerlose Transportsysteme (FTS) profitieren.

Gesamtvision

Bei der Produktion hört die Projektarbeit nicht auf. Mit den Schwesterinitiativen in der Arena2036 zu Mobilität, Nachhaltigkeit und Konnektivität soll ein weitreichendes Bild der künftigen Produktion entstehen. Wie sehen sichere und nachhaltige Fahrzeugarchitekturen mit unterschiedlichen Nutzungsszenarien aus und wie können diese als modulares, Update- und Upgrade-fähiges Produkt in Wertschöpfungsnetzwerken produziert werden? Wie kann nachhaltiges Design firmenübergreifend und eine nachhaltige Produktion unter neusten Vorschriften geschehen? Und wie können Daten und Entscheidungen von Produktionssystemen für den Menschen verständlich gemacht und für den unternehmensübergreifenden Austausch aggregiert werden? Diese und viele weitere Fragen werden in Zusammenarbeit aus Forschung und Industrie in den kommenden Jahren am Forschungscampus in Stuttgart betrachtet.