In Unternehmen werden Maschinen, Lagersysteme und Betriebsmittel zunehmend als sogenannte Cyber Physical Systems (CPS) über Unternehmensgrenzen hinweg verknüpft. Dabei arbeiten autonome Mechanik-, Elektronik- und IT-Komponenten zusammen, indem sie Informationen austauschen, eigenständig Aktionen auslösen und sich gegenseitig selbstständig steuern. Zukünftig werden Maschinen und Anlagen in Smart Factories noch enger verzahnt werden – vertikal mit betriebswirtschaftlichen Prozessen innerhalb von Fabriken und Unternehmen sowie horizontal zu verteilten, in Echtzeit steuerbaren Wertschöpfungsnetzwerken. Schon heute nutzen viele Unternehmen das sich daraus ergebende Potenzial: Vorhandene IT bildet die Basis für neue Geschäftsmodelle mit Fokus auf Lebenszyklus und Service. Die Studie \’Geschäftsmodell-Innovation durch Industrie 4.0\‘ von der Unternehmensberatung Dr. Wieselhuber & Partner und dem Fraunhofer IPA zeigt etwa ein Optimierungspotenzial bis 40 Prozent im Bereich der Sicherheitsbestände über Lieferketten hinweg auf, die sich durch Echtzeitinformationen ausschöpfen lassen. Wenn Unternehmen den Bedarf durch verknüpfte Maschinen genauer prognostizieren, können sie ihre Sicherheitsbestände reduzieren und damit Lagerhaltungskosten sparen. Zudem lassen sich durch mehr Transparenz die Komplexitätskosten um bis zu 70 Prozent reduzieren, da alle Maschinen entsprechend ausgelastet sind. Erst eine durchgängig transparente Produktion erlaubt fundierte und zugleich schnelle Entscheidungen zu notwendigen Investitionen: Unternehmen wissen, an welcher Maschine sie wann welches Produkt herstellen können, sodass sie nur jene Bauteile und Materialien anschaffen müssen, die sie wirklich benötigen.
Flexibel und kundenorientiert
Während die Mehrzahl der Standardmaschinen inzwischen aus Asien kommt, sind Flexibilität und Kundenorientierung die großen Stärken deutscher Unternehmen. Sie können eine Maschine in Bezug auf Funktionsumfang oder Arbeitsraum völlig individuell konzipieren und bauen. Individuelle Maschinen und Anlagen werden für deutsche Maschinen- und Anlagenbauer zukünftig noch stärker an Bedeutung gewinnen. Während beispielsweise in der Automobilindustrie der Modellzyklus Ende des 20. Jahrhunderts rund zehn Jahre betrug, kommt heute alle zwei bis drei Jahre ein neues Fahrzeugmodell auf den Markt. Um alle Komponenten individuell fertigen zu können, sind die für die Produktion notwendigen Maschinen entsprechend aufzubauen beziehungsweise umzurüsten – ein zeit- und kostenintensives Vorhaben.
Simulation spart Kosten
Wenn Fahrzeugbauer eine neue Produktionslinie für bestimmte Fahrzeugtypen oder Motorenkomponenten bereits vor Inbetriebnahme virtuell auf Qualität und Performance testen, spart das Zeit und Geld. Eine Software-Lösung für virtuelle Simulation vereinfacht den Engineering-Prozess signifikant. Das Simulationsmodell steht bereits in der Entwicklungsphase zur Verfügung und berücksichtigt die Belange aller beteiligten Unternehmensbereiche. Es begleitet die Anlage über ihr gesamtes Produktleben – jederzeit verfügbar für virtuelle Inbetriebnahmen, Anpassungen im laufenden Betrieb, Fernwartung, Mitarbeiter- oder Kundenschulungen. Auch über den Automotive-Bereich hinaus sind zunehmend neue Planungsansätze auf Basis von Simulationsmodellen erforderlich, die die reale Welt möglichst ohne Einschränkungen abbilden, um flexible und rekonfigurierbare Produktionssysteme verwirklichen zu können.
Reale Tests mit virtuellen Komponenten
Anders als bei Trial&Error müssen Unternehmen ihre Anlage bei der Simulation nicht mehr komplett auf- oder umbauen, um sie umfassend testen zu können. Finden solche Tests real, im laufenden Betrieb statt, ist bei etwaigen Fehlern mit Produktionsausfällen und Lieferverzug zu rechnen. Hier liegt die große Stärke virtueller Tests. Bei einer Simulationslösung wie ISG-virtuos lässt sich nicht nur die Steuerungstechnik (SPS, CNC) einer Maschine, sondern sogar kompletter Anlagen über die jeweiligen realen Feldbusse an ein Simulationssystem anschließen (Hardware-in-the-Loop-Simulation). Dieses testet im Detail das Zusammenspiel von CNC und der späteren Maschine in Bezug auf Qualität, Performance und bestimmte Produktionsabläufe – und das in Steuerungsechtzeit, also im Millisekunden-Takt. Die Ergebnisse lassen sich ohne Einschränkungen auf die Komponenten der realen Anlage übertragen. Zudem eignet sich eine derartige Simulationslösung auch zur Analyse neuer Konzepte: Unternehmen können diese vorab überprüfen, ohne dafür kostspielige Prototypen zeitaufwändig herstellen zu müssen. Zugleich arbeiten verschiedene Unternehmensabteilungen, etwa mechanische und Elektrokonstruktion, Produktion, IT und Vertrieb, enger zusammen, weil sie auf Basis der Simulation die beste Lösung gemeinsam diskutieren und unmittelbar überprüfen können.
