Produzieren im resilienten Wertschöpfungsnetzwerk

ARENA2036 Produktion 2400px
Bild: ARENA2036/Midjourney

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.

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Fördermaßnahme ‚Forschungscampus ̶ öffentlich-private Partnerschaft für Innovationen‘ (02P23Q820) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei dem Autor.



  • Vier neue Vertriebspartner für Universal Robots

    Vier neue Vertriebspartner für Universal Robots

    Universal Robots (UR) baut sein Vertriebsnetz in Deutschland aus. Mit SCS Robotik, JDT Robotics, PTS Automation sowie der Somack sind vier neue Partner hinzugekommen.

    mehr lesen: Vier neue Vertriebspartner für Universal Robots

  • Cyberangriffe gefährden die Digitalisierung

    Cyberangriffe gefährden die Digitalisierung

    Im seinem neuen Lagebericht zur IT-Sicherheit in Deutschland fordert das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik der Cybersicherheit eine stärkere Bedeutung beizumessen. Die Gefährdungslage sei hoch, so Bundesinnenminister Horst Seehofer.

    mehr lesen: Cyberangriffe gefährden die Digitalisierung

  • Materialise eröffnet Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck

    Materialise eröffnet Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck

    Der 3D-Druck-Spezialist Materialise vergrößert seinen Bremer Standort und hat ein Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck eröffnet, das künftig 120 Mitarbeitern Platz bieten soll.

    mehr lesen: Materialise eröffnet Metall-Kompetenzzentrum für 3D-Druck

  • Moxa und Crosser arbeiten zusammen

    Moxa und Crosser arbeiten zusammen

    Mit dem Ziel Komplettlösungen für das Industrial Internet of Things anbieten zu können, arbeiten Moxa Europe und Crosser zukünftig zusammen. Dazu integriert Moxa den Low-Code-Ansatz von Crosser in seine Lösungen.

    mehr lesen: Moxa und Crosser arbeiten zusammen

  • Neuer Geschäftsführer bei Sage

    Neuer Geschäftsführer bei Sage

    Christoph Stoica verantwortet als neuer Geschäftsführer zukünftig die Landesgesellschaften in Zentraleuropa von Sage. Er übernimmt das Amt zum 1. November.

    mehr lesen: Neuer Geschäftsführer bei Sage

  • Höchstes Budget für Nachhaltigkeit im Maschinenbau

    Höchstes Budget für Nachhaltigkeit im Maschinenbau

    68 Prozent der deutschen Maschinen und Anlagenbauer haben Nachhaltigkeit in der Unternehmensstrategie verankert, 39 Prozent von ihnen – und damit mehr im Vergleich zu anderen Branchen – stellen spezielles Budget…

    mehr lesen: Höchstes Budget für Nachhaltigkeit im Maschinenbau

  • Aras ernennt Roque Martin zum CEO

    Aras ernennt Roque Martin zum CEO

    Roque Martin wird neuer CEO beim Low-Code-Spezialisten Aras. Der bisherige CEO und Unternehmensgründer Peter Schroer wechselt in das Board of Directors.

    mehr lesen: Aras ernennt Roque Martin zum CEO

  • Angriffsflächen-Management verbessert IT-Sicherheit

    Angriffsflächen-Management verbessert IT-Sicherheit

    Unter der digitalen Angriffsfläche versteht man alle Angriffsvektoren, über die ein unautorisierter Nutzer versuchen kann, Daten einzubringen oder zu entwenden.

    mehr lesen: Angriffsflächen-Management verbessert IT-Sicherheit

  • Neuer CEO bei IoT Inspector

    Neuer CEO bei IoT Inspector

    Jan C. Wendenburg übernimmt die Leitung von IoT Inspector der Analyse-Plattform für Sicherheit im Internet der Dinge (IoT). Er kommt von Cergate zum IoT-Spezialisten.

    mehr lesen: Neuer CEO bei IoT Inspector

  • Verbände fordern Schulterschluss zwischen Autobauern und Zulieferern

    Verbände fordern Schulterschluss zwischen Autobauern und Zulieferern

    Die Branchenverbände IBU, IMU, DSV und VDFI sehen in einem gemeinsam veröffentlichten Brandbrief den „Standort Deutschland gefährdet“. Die Lieferkette der Automobilindustrie stehe vor dem Kollaps, heißt es darin.

    mehr lesen: Verbände fordern Schulterschluss zwischen Autobauern und Zulieferern

  • Interaktion zwischen Mensch und KI verbessern

    Interaktion zwischen Mensch und KI verbessern

    Im Forschungsprojekt ’GeMeKI’ entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktiontsechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit elf Partnern drei KI-gestützte Assistenzsysteme für das Fügen, Trennen und Umformen, die komplexes menschliches Expertenwissen in ihre…

    mehr lesen: Interaktion zwischen Mensch und KI verbessern

  • ZEW-Konjunkturerwartungen gehen erneut zurück

    ZEW-Konjunkturerwartungen gehen erneut zurück

    Mit einem Rückgang um 4,2 Punkte verzeichnet die ZEW-Konjunkturumfrage im Oktober den fünften Rückgang in Folge. Erstmals seit Februar verschlechtert sich auch die Einschätzung der aktuellen konjunkturellen Lage.

    mehr lesen: ZEW-Konjunkturerwartungen gehen erneut zurück