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.



  • Angriff auf Exchange-Server

    Angriff auf Exchange-Server

    Nach Informationen des IT-Dienstleisters Shodan sind zehntausende Exchange-Server in Deutschland über das Internet angreifbar und mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits mit Schadsoftware infiziert. Dabei sind Organisationen jeder Größe betroffen. Das Bundesamt…

    mehr lesen: Angriff auf Exchange-Server

  • IT-Sicherheit an Werkzeugmaschinen

    IT-Sicherheit an Werkzeugmaschinen

    Etwa jedes zweite Unternehmen wurde im vergangenen Jahr Opfer eines Cyberangriffs. Das geht aus dem DsiN-Praxisreport Mittelstand 2020 unter Schirmherrschaft des Bundeswirtschaftsministeriums hervor. Nicht nur die konventionelle IT ist davon…

    mehr lesen: IT-Sicherheit an Werkzeugmaschinen

  • Industrie Informatik kooperiert mit SIB Visions

    Industrie Informatik kooperiert mit SIB Visions

    Der MES-Anbieter Industrie Informatik setzt auf Low-Code-Entwicklung und geht eine strategische Partnerschaft SIB Visions ein.

    mehr lesen: Industrie Informatik kooperiert mit SIB Visions

  • Pick-by-light-System ergänzt MES

    Pick-by-light-System ergänzt MES

    Bei KSB setzt man seit etwa einem Jahr auf ein Pick-by-light-System von Microsyst, was den Workflow an den Montagearbeitsplätzen effizienter gestaltet hat.

    mehr lesen: Pick-by-light-System ergänzt MES

  • Vorausschauende Wartung ist in der Industrie etabliert

    Vorausschauende Wartung ist in der Industrie etabliert

    Maschinen in der Produktion werden zunehmend schlauer. Eine von Reichelt Elektronik in Auftrag gegebene Umfrage zeigt, dass sich Predictive Maintenance in der deutschen Industrie etabliert.

    mehr lesen: Vorausschauende Wartung ist in der Industrie etabliert

  • Neuer Technik-Chef bei Phoenix Contact

    Neuer Technik-Chef bei Phoenix Contact

    Roland Bent hat sein Amt als CTO bei Phoenix Contact niedergelegt und sein Berufsleben beendet. Sein Nachfolger wird Frank Possel-Dölken.

    mehr lesen: Neuer Technik-Chef bei Phoenix Contact

  • Unzufriedenheit mit der Corona-Wirtschaftspolitik

    Unzufriedenheit mit der Corona-Wirtschaftspolitik

    177 Ökonomen haben Ifo und FAZ im Rahmen des Ökonomenpanel zur aktuellen Corona-Wirtschaftspolitik der Bundesregierung befragt. Kurz vor der nächsten Ministerpräsidenten-Konferenz zeigt sich ein Großteil der Teilnehmer unzufrieden.

    mehr lesen: Unzufriedenheit mit der Corona-Wirtschaftspolitik

  • Babtec erweitert Geschäftsführung

    Babtec erweitert Geschäftsführung

    Babtec hat bekanntgegeben, dass Peter Hönle, Dagmar Henkel und Lutz Krämer die Führungsebene des Wuppertaler Softwareherstellers erweitern. Zudem gibt es ein neues Leitbild sowie eine Stammkapitalerhöhung zu vermelden.

    mehr lesen: Babtec erweitert Geschäftsführung

  • Kontron stellt Switch-Familie vor

    Kontron stellt Switch-Familie vor

    Kontron erweitert seine Industriehardware um die Switch-Familie KSwitch. Die Fast- und Gigabit-Ethernet-fähigen Modelle sollen über das Jahr verteilt auf den Markt kommen. Die ersten 23 Varianten bereits im ersten Quartal,…

    mehr lesen: Kontron stellt Switch-Familie vor

  • Neue Arbeitsgemeinschaft im VDMA

    Neue Arbeitsgemeinschaft im VDMA

    Für einen besseren Austausch mit der Telekommunikationsindustrie hat der VDMA die Arbeitsgemeinschaft Wireless Communications for Machines ins Leben gerufen.

    mehr lesen: Neue Arbeitsgemeinschaft im VDMA

  • Autobauer wieder positiver gestimmt

    Autobauer wieder positiver gestimmt

    Die Unternehmen der Automobilindustrie schätzen ihre aktuelle Lage wieder besser ein als noch Januar und auch der Ausblick auf die kommenden Monate ist laut der Ifo-Konjunkturumfrage positiver.

    mehr lesen: Autobauer wieder positiver gestimmt

  • LoadRunner organisiert sich im Schwarm

    LoadRunner organisiert sich im Schwarm

    Das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML entwickelt mit dem LoadRunner eine neue Generation fahrerloser Transportfahrzeuge. Das System kann sich dank künstlicher Intelligenz und Kommunikation über 5G im Schwarm organisieren…

    mehr lesen: LoadRunner organisiert sich im Schwarm