Digitale Transformation erfordert konzeptionelle Neuausrichtung

Der digitale Zwilling und die Automatisierungstechnik

Die Digitalisierung hat starke Auswirkungen auf produzierende Unternehmen und deren Fertigung, somit auch auf den Maschinen- und Anlagenbau. In diesem Zusammenhang wird die Forderung nach der Losgröße 1 in Diskussionen, Artikeln und Vorträgen immer wieder genannt. Weiterer Druck auf die Hersteller entsteht durch die globalen Märkte. Industrie 4.0 verspricht hier entscheidende Wettbewerbsvorteile. In unserem dritten Teil des Expertengesprächs mit Wolfgang Blome geht es um die Frage, wie für Maschinen- und Anlagenbauer die Migrationspfade in die Digitalisierung aussehen könnten und mit welchen Technologien sie sich auseinandersetzen müssen, um auf den Paradigmenwechsel reagieren zu können.

Die Maschinenbauunternehmen befinden sich mit der Digitalisierung der Produktion in einem Umwälzungsprozess und mit ihnen die Automatisierungstechnik. Ursache und Wirkung sind hier manchmal schwer auseinander zu halten: Ist der Einzug der Informationstechnologien in die Automatisierung eine Folge der erhöhten Anforderungen der Produzenten oder ist die Entwicklung hin zur Losgröße 1 und somit zu neuen Absatzmodellen die Folge erweiterter Möglichkeiten? Fest steht, dass sich die Produktionswelt auf die Anforderungen einer individualisierten Konsumentenwelt einstellt und dass die Digitalisierung die Basis moderner Fertigungsmethoden stellt, die diese Anforderungen umzusetzen weiß. Im dritten Teil unseres Gesprächs mit dem Automatisierungsexperten und Unternehmensberater Wolfgang Blome von Blome + Partner loten wir die Folgen der Digitalisierung auf die Automatisierungstechnik aus. Dabei spielt die Forderung nach einem digitalen Zwilling eine zentrale Rolle.

Dekaden der Automatisierungstechnik

Blome beschreibt den Weg, den die Automatisierungstechnik bis heute gegangen ist wie folgt: „Man kann die Entwicklung der vergangenen dreißig Jahre grob unterteilen in ein Zeitalter der Hardware, ein Zeitalter des Engineerings und ein beginnendes Zeitalter vernetzter Systeme bei dem ein digitales Modell im Zentrum der Entwicklung stehen wird. Die ersten Jahrzehnte bis in die 2000er Jahre hinein waren geprägt von den – von Hersteller zu Hersteller – durchaus unterschiedlichen Fähigkeiten der Automatisierungs-Hardware, also von SPSen, Antrieben, Feldbussen und HMIs. Diese haben sich immer mehr angeglichen. Heute liegt der Unterschied der Systeme ganz klar in der Software, also im Engineeringsystem der Automatisierungsanbieter.“ Es stehe jedoch ein sich klar abzeichnender Paradigmenwechsel bevor, bei dem sich auch die Engineeringsysteme nicht mehr so wesentlich voneinander entscheiden werden. „So wie die Hardware der Automatisierungsanbieter immer ähnlicher geworden ist, werden sich mittelfristig auch die Fähigkeiten im Steuerungs- und Antriebs-Engineering nicht mehr so voneinander unterscheiden, dass sie das wesentliche Entscheidungskriterium sind“, erläutert Blome. Entscheidend werde hingegen die Fähigkeit sein, sich möglichst nahtlos in überlagerte Systeme – allen voran in PLM-Systeme – integrieren zu können.

Auf dem Weg zum digitalen Zwilling

„Letzten Endes bestimmt der Produkthersteller, wie eine Maschine auszusehen hat und wie sie funktioniert“, sagt Blome. „Die Produzenten stehen heute unter einem enormen globalen Wettbewerbsdruck. Zugleich sind die Produkte heute mehr denn je häufigen Änderungsprozessen über ihren Lebenszyklus unterworfen. Hersteller müssen daher alle Möglichkeiten nutzen, um kostensensibel zu produzieren.“ Blome ist überzeugt: „Viele Betreiber – insbesondere große Unternehmen – haben heute schon die Vorteile der digitalen Transformation erkannt und setzen große Hoffung auf sie.“ Sie bringe viele Vorteile beispielsweise hinsichtlich Produktionssimulation, Maintenance, Flexibilisierung, Modularisierung usw. „Dafür bedarf es eines digitalen Modells, man spricht hier vom digitalen Zwilling oder digitalem Klon, der für eine Maschine vorhanden sein muss. Auf Basis dieses digitalen Zwillings können die Fertiger Rüstzeiten simulieren, das Maintenance-Team durch Augmented Reality unterstützen oder Umbaumaßnahmen für eine Wiederverwendung planen.“ Basis eines solchen digitalen Zwillings ist laut Blome ein Product Lifecycle Management System (PLM). Die Vorteile für Fertiger schätzt Blome als sehr hoch ein: „Wir schätzen, dass sich allein die Rüstzeiten um bis zu 50% reduzieren lassen“, erläutert Blome. „Dieses Einsparpotenzial werden sich die Fertiger nicht entgehen lassen können“, prophezeit er. „Damit verschiebt sich die Wettbewerbsebene vom Automatisierungs-Engineering hin zum PLM, denn hier lebt der digitale Zwilling.“

Was muss der digitale Zwilling können?

Ein rein statisches 3D-Modell der Maschine reicht Blome jedoch nicht aus: „Natürlich kann man ein statisches Maschinenmodell auch als digitalen Zwilling bezeichnen. Das wird allerdings nicht ausreichen, um die Anforderungen der Produktionsunternehmen zu erfüllen: Der digitale Zwilling muss mit der Maschine mitleben. Ändert sich etwas in der Maschine, so ändert sich auch der digitale Zwilling. Auch die Simulation ist damit immer auf dem aktuellen Stand und muss nicht neu erstellt werden. Für solche Systeme gibt es heute nur ganz wenige Anbieter – und auch die haben keine vollständige Durchgängigkeit in ihrem System“, erklärt Blome. Man sehe jedoch schon deutlich, wo die Reise hingeht: „Auf Basis eines statischen 3D-Maschinenmodells entsteht ein bewegungsfähiges Modell der Maschine oder Anlage. Aus diesem werden dann automatisiert die Programme für die Automatisierungsgeräte, die Simulation usw. abgeleitet. Jeder Änderungsprozess findet wieder im PLM-Engineeringsystem statt, sodass reale und virtuelle Anlage immer identisch sind“, skizziert Blome die Umrisse zukünftiger Entwicklungssysteme.

Vitales Interesse zur Datenpflege

Auch heute schon könnten alle Änderungen an der realen Anlage – wie sie häufig vorkommen – in die Konstruktionssysteme zurückfließen. Die Realität sieht jedoch deutlich anders aus: „Schon nach der Inbetriebnahme stimmen viele installierte Produktionssysteme nicht mehr mit den Plänen überein“, beschreibt Blome die gegenwärtige Situation: „Das auseinanderlaufen von Konstruktionssystem und realer Anwendung liegt jedoch vor allem daran, dass die Hersteller keinen direkten Nutzen davon haben, die Konstruktionsdaten nachzuführen. Das wird mit dem digitalen Zwilling anders: Rüstzeitenplanung, Simulation und schnelles, einfaches (AR)-Maintenance können nur auf Basis valider Daten erfolgen. Auch für die erfolgreiche Zusammenarbeit mit anderen Systemen wird ein möglichst genaues digitales Abbild eines Produktionsmittels erforderlich sein. Daher haben Produzenten ein vitales Interesse daran, das digitale Modell ihrer Maschinen und Anlagen zu Pflegen und weiterzuentwickeln.“

Der digitale Zwilling beginnt beim Fertigungsprodukt

Wir haben in dieser Reihe von Beiträgen bereits dargelegt, dass sich die Wirkrichtung vom Produkt zum Verkäufer umkehrt. Sie wird in Zukunft nicht beim Konsumenten enden, sondern dort starten. Vermittelt über die Handelsplattformen des Internets werden kundenkonfigurierten Produktaufträge in der Fertigung ankommen, die anschließend in kürzester Zeit umgesetzt und ausgeliefert werden müssen. Für Blome ist die Folge daraus klar: „Das digitale Abbild des zu fertigenden Produktes ist in Zukunft der Ausgangspunkt für die Maschinenentwicklung. Dafür ist ein möglichst nahtloser Übergang der Produkt-Konstruktionssysteme und der Maschinen-Konstruktionssysteme notwendig. Der Vorteil für die Produktion liegt auf der Hand. Ändert sich etwas in dem zu fertigenden Produkt, kann dies gleich mit den Fertigungswerkzeugen abgestimmt werden.“

Fazit

Blome fasst die zukünftige Entwicklung wie folgt zusammen: „Die digitale Transformation fordert von Maschinenbauern eine konzeptionelle Neuorientierung. Dabei spielen Dinge wie Simulation, Augmented Reality und Lifecycle-Management eine wichtige Rolle. Um die Forderung der Produzenten nach dem digitalen Zwilling erfüllen zu können, müssen sich deren Automatisierungslieferanten in überlagerte PLM-Systeme integrieren. Denn nur dann können beispielsweise Simulation und Automatisierung nahtlos zusammen arbeiten. Dafür ist es jedoch dringend erforderlich eine gemeinsame Semantik zu entwickeln“, mahnt Blome abschließend. Mit dem Thema Semantik wird sich daher der nächste Beitrag dieser Reihe beschäftigen. (kbn)

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