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.



  • Mehr offene Stellen im verarbeitenden Gewerbe

    Mehr offene Stellen im verarbeitenden Gewerbe

    Mit insgesamt 1,16Mio. lag die Zahl der offenen Stellen rund 3 Prozent höher als im Vorjahresquartal. Dies geht aus der aktuellen Stellenerhebung des IAB hervor.

    mehr lesen: Mehr offene Stellen im verarbeitenden Gewerbe

  • Zweistelliges Wachstum beim Maschinenexport

    Zweistelliges Wachstum beim Maschinenexport

    Die Maschinenexporte aus Deutschland haben im 2. Quartal weiter an Fahrt gewonnen: Sie stiegen im Vorjahresvergleich um 23,5 Prozent auf 44,5Mrd.€. Im 1. Quartal lagen die Ausfuhren lediglich um 0,8…

    mehr lesen: Zweistelliges Wachstum beim Maschinenexport

  • Vertrauenswürdige Elektronik für das Internet der Dinge

    Vertrauenswürdige Elektronik für das Internet der Dinge

    Zwölf Partner aus Forschung und Industrie haben das Forschungsprojekt VE-Vides gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines Sicherheitskonzepts für das Internet der Dinge.

    mehr lesen: Vertrauenswürdige Elektronik für das Internet der Dinge

  • Martina Hofmann übernimmt Vorsitz

    Martina Hofmann übernimmt Vorsitz

    Prof. Dr.-Ing. Martina Hofmann von der Hochschule Aalen ist neue Vorsitzende des VDE-Ausschusses Studium, Beruf und Gesellschaft. Neben klassischer Ausschussarbeit will sie die Themen Frauen und Technik sowie Klimaschutz in…

    mehr lesen: Martina Hofmann übernimmt Vorsitz

  • So können sich Unternehmen schützen

    So können sich Unternehmen schützen

    Eine aktuelle Studie des Digitalverbands Bitkom bewertet Ransomware als Haupttreiber für den enormen Anstieg an Cyberattacken. Die Erpresserangriffe verursachen bei den Betroffenen einen enormen wirtschaftlichen Schaden.

    mehr lesen: So können sich Unternehmen schützen

  • Steuerungstechnik, IT und IoT sicher verbinden

    Steuerungstechnik, IT und IoT sicher verbinden

    Die Vernetzung in der Industrie und das damit verbundene Industrial Internet of Things (IIoT) definieren die Anforderungen an die Sicherheit neu – und damit auch an die eingesetzten Automatisierungslösungen.

    mehr lesen: Steuerungstechnik, IT und IoT sicher verbinden

  • Doppelspitze bei Valantic CEC Schweiz

    Doppelspitze bei Valantic CEC Schweiz

    Florian Heidecke leitet seit Anfang August gemeinsam mit Reto Rutz Valantic CEC in der Schweiz.

    mehr lesen: Doppelspitze bei Valantic CEC Schweiz

  • Maschinen lernen voneinander

    Maschinen lernen voneinander

    Das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg führt im Rahmen des Forschungsprojekts Darwin mit dem Fraunhofer Spin-off plus10 mehrere Versuchsreihen durch. Ziel ist die Entwicklung kontinuierlich lernender Modelle, die eine höhere Qualität…

    mehr lesen: Maschinen lernen voneinander

  • Wirtschaftliche Lage in Deutschland im August

    Wirtschaftliche Lage in Deutschland im August

    Das Bruttoinlandsprodukt (BIP) ist im 2. Quartal gewachsen. Damit setzt die deutsche Wirtschaft ihren Erholungskurs fort.

    mehr lesen: Wirtschaftliche Lage in Deutschland im August

  • Digitalisierungsziele werden oft noch nicht erreicht

    Digitalisierungsziele werden oft noch nicht erreicht

    Laut einer Studie von Tata Communications hat die große Mehrheit der 750 befragten Unternehmen ihre Digital-First-Ziele noch nicht erreicht. Dabei werden die Unternehmen in drei Reifegrad-Kategorien eingeteilt.

    mehr lesen: Digitalisierungsziele werden oft noch nicht erreicht

  • Der Fokus liegt auf der Elektromobilität

    Der Fokus liegt auf der Elektromobilität

    Eine gemeinsame Studie von VDA und Deloitte zeigt, dass Automobilzulieferer sich mitten in der Transformation befinden, aktuell jedoch noch 85 Prozent des Umsatzes aus der Verbrennertechnologie generiert wird. Dabei geht…

    mehr lesen: Der Fokus liegt auf der Elektromobilität

  • Förderung für den Messeauftritt

    Förderung für den Messeauftritt

    Kleine und mittlere Unternehmen können für Ihren Auftritt bei bestimmten Messen eine Förderung des BMWi in Anspruch nehmen. Auf bis zu 12.000€ kann sich der Förderbetrag belaufen.

    mehr lesen: Förderung für den Messeauftritt