Das Magazin der Friedhelm Loh Group

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Innovation

Zwilling für Zwilling

Nach fast zehn Jahren Industrie 4.0 stehen Fabriken bei der digitalen Transformation in weiten Teilen noch ganz am Anfang. Doch was braucht es dazu, um eine smarte Produktion voranzutreiben? Ein Verständnis für übergreifende Ökosysteme. Dreh- und Angelpunkt sind drei digitale Zwillinge und ihre Vernetzung in datendurchgängigen Ökosystemen: der Anlagenzwilling, der Produktzwilling sowie der digitale Zwilling des Fertigungsprozesses.

Text Ulrich Kläsener, Hans-Robert Koch ––– Fotografie

Titelbild: Digitalisierung und Industrie 4.0: Im Innovationslabor „Future Work Lab“ der Fraunhofer-Gesellschaft in Stuttgart kommen Forschung und Industrie zur Weiterentwicklung des digitalen Zwillings zusammen.

Drei digitale Zwillinge und die Smart Factory in Zeiten volatiler Weltmärkte: Markus Asch, CEO Rittal International und Rittal Software Systems, und Univ.-Prof. Dr.-Ing. Oliver Riedel, Institutsleiter Fraunhofer IAO sowie Institutsleiter des Instituts für Steuerungstechnik der Universität Stuttgart, skizzieren und bewerten den Status quo, präzisieren Herausforderungen und benennen Chancen der digitalen Transformation in der produzierenden Industrie durch Vernetzung von Ökosystemen.

 

Die Begrifflichkeit Industrie 4.0 bestimmt seit jetzt zehn Jahren den industriellen Diskurs. Mission accomplished?

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Oliver Riedel: Die Rezepte für Industrie 4.0 und die Smart Factory sind geschrieben. Man kann auch überall einkaufen gehen, kein Problem. Man bekommt die Zutaten. Es gibt sogar schon einige Köche, die kochen das Gericht.

Das hört sich gut an.

Riedel: Es gibt nur ein Problem: Wir haben sogenannte Brownfields, seit Jahren und Jahrzehnten existente Fabriken mit gewachsenen Strukturen, und das in der überwiegenden Mehrheit. Die sind noch in der Abschreibung. Beispiel Lackier­anlage: Die wird über 30 Jahre abgeschrieben. Wenn man beim Betreiber zwischen­durch vorbei­kommt und ein komplett neues Konzept einfordert, schickt einen spätestens der Controller nach Hause.

Was tun, Herr Professor Riedel?

Riedel: Im Brownfield geht es nur Stück für Stück. Ich votiere für eine schrittweise Umsetzung, bei entsprechender betriebs­wirtschaftlicher Nutzen­abwägung. In Greenfield-Projekten stellt sich die Frage nicht. Hier sollte man voll auf Industrie 4.0 setzen.

Kennen Sie Leuchtturmprojekte, die bereits nach Industrie-4.0-Kriterien lauffähig sind?

Riedel: Es gibt mit Sicherheit einige ausgewählte Fertigungs­prozesse, da funktioniert es heute schon: bei einfachen Strukturen, bei geringer Produkt­varianz, Fertigung auf modernen Anlagen und der Berück­sichtigung von Daten­durch­gängigkeit.

Ein ernst zu nehmender Player auf dem Markt hat zuletzt mutig von 80 % Reifegrad bei der Smart Factory gesprochen. Teilen Sie diese Einschätzung, Herr Asch?

Markus Asch: Nein, das ist nicht der Fall. Wir sind bei Weitem noch nicht in einer Situation, in der sich die Fabrik selbst optimiert. Ich sehe uns aber angelangt im oberen Teil des ersten Drittels aller Möglichkeiten.

Was haben wir und was noch nicht?

Asch: Zunächst ging es darum, smarte Komponenten zu schaffen. Die gibt es heute. Dann darum, einheitliche Daten­standards zu schaffen. Auch die gibt es heute, größten­teils. Was es noch nicht gibt, sind kompatible Inhalte an neuralgischen Daten­punkten. Vergleichen Sie die Fehler­meldungen von 20 Auto­matisierungs­systemen. Ein absoluter Urwald.

Was schließen Sie daraus?

Asch: Es geht aktuell darum, Transparenz über digitale Zwillinge zu schaffen und die Zusammenhänge zu begreifen. Wir sind jetzt in den modernsten Fabriken in der Lage, mittels Transparenz zu erfahren, was wir überhaupt optimieren können. Vor allem das Matching der Daten aus den digitalen Zwillingen kann neues Wissen generieren.

Sie reden von digitalen Zwillingen. Welche meinen Sie?

Asch: Es braucht aus unserer Sicht drei digitale Zwillinge, welche zur Smart Production sinnvoll verbunden werden müssen. Denn rund um die Fertigung gibt es drei Ökosysteme, die im Idealfall einen digitalen Zwilling hervorbringen: Anlagen, Produkt und Fertigungsprozess. Auf dem Weg zur Smart Factory kommen Unternehmen je schneller voran, desto besser sie die Informationen der drei digitalen Zwillinge im Umfeld der Fertigung nützlich verbinden können.

Wo sehen Sie die größten Hürden bei der digitalen Transformation?

Riedel: Proprietäre Systeme sind Gift, nicht offene Standards das größte Hindernis. Es geht also um eine durchgängige Verfügbarkeit von Daten, und diese Durchgängigkeit muss auf offenen Standards auf sämtlichen Ebenen basieren. Wenn wir reinschauen, wie Maschinen heute miteinander kommunizieren und wie Daten ausgetauscht werden, dann wird dies oft primär dazu verwendet, Ökosysteme abzuschotten, anstatt aufzumachen.

Asch: Datendurchgängigkeit ist das eine, die Kontextuierung von Daten das notwendige andere, zumal digitale Zwillinge aus unterschiedlichsten Bereichen in der Produktion „einfliegen“. Wenn Sie heute Daten aus der Produktion in eine AI-Engine schieben, dabei kommt nichts heraus, einfach gar nichts. Das können Sie sich komplett sparen. Ohne Domain Knowledge und die Zuordnung der Daten zu einem logischen Ökosystem können Sie nichts damit anfangen. In unserem Werk in Haiger entstehen täglich 18 Terabyte Daten: Zu wissen, welche zwei Terabyte davon in welchem Prozess wirklich wichtig sind, das ist die große Aufgabe.

Sie gehen davon aus, dass wir in den nächsten fünf Jahren deutlich mehr Bewegung Richtung Smart Factory sehen als in den letzten zehn. Warum?

Asch: Zum einen haben wir heute neben den Daten selbst das relevante Verständnis für die digitalen Zwillinge, für die Datenpunkte und die Ökosysteme. Zum anderen werden wir einen unvorstellbaren Druck der Veränderung erleben. Wir bewegen uns Schritt für Schritt in den „Perfect Storm“ – ohne Datendurchgängigkeit in unseren Produktionen haben wir keine Chance mehr, die unterschiedlichen Herausforderungen erfolgreich zu meistern.

Nehmen wir dem Bild vom perfekten Sturm seinen Schrecken – womit haben wir es konkret zu tun?

Asch: Mit drastischen Notwendigkeiten wie Energieeffizienz, nach der wir heute noch keine einzige Produktion steuern, weil Gas und Strom immer vorhanden und bezahlbar waren. Neue Blicke auf Jahrzehnte eingeschliffene Prozesse wird es auch beim Thema Flexibilität geben müssen als Antwort auf Ressourcenknappheiten, Komponentenmangel, immer häufigere Fabrik-Umplanungen und volatiles Bestellverhalten. Da geraten Unternehmen mit konventionellen Mitteln an ihre Grenzen.

Warum können Betreiber einer Smart Factory die neue Volatilität etwa beim Thema Energie eher abfedern als die Traditionalisten?

Riedel: Wenn ich nicht nur weiß, wie viel Energie mein Prozess in Summe verbraucht, sondern feingranular wo und wann, dann habe ich zum ersten Mal zum Beispiel die Möglichkeit, die Produktion in Zeiten zu verlegen, wo Energie verfügbar ist. Das ist kein Steuern mehr, das ist ein Regeln, denn die Umfeldparameter in der Produktion werden als Ganzes hochdimensional. Das smarte Management der Komponenten Energie, Fachkräfte, Material et cetera muss sehr schnell in die Betriebe kommen. Das kostet jetzt alles viel Geld. By the way: Datengestützte Vorabsimulation und das Bespielen der Prozesse mit beliebig veränderbaren Profilen im digitalen Ökosystem sind ein sehr gutes Entscheidungsinstrument fürs Management. Mit normaler Statistik ist das nicht mehr zu stemmen.

Die offensichtliche Dringlichkeit erinnert an die Resilienzdebatte mit dem Leitbild „Widerstandsfähigkeit durch Anpassungsfähigkeit“.

Asch: Was heißt denn Resilienz? Das heißt, zunächst zu verstehen, in welcher Welt wir leben. Tun wir das, akzeptieren wir die Wirklichkeit und ziehen die richtigen Schlüsse daraus, ist der perfekte Sturm auch die perfekte Basis für Lösungen. Man braucht dafür die Fähigkeit, Zusammenhänge zu begreifen und sich entsprechend anzupassen.

Welcher Industriezweig wird mutmaßlich vorpreschen?

Asch: Die produzierende Industrie von KMU bis Großkonzern. Sie hat extrem hohe Energieeinsätze.

Wie geht man jetzt bestenfalls vor?

Asch: Grundsätzlich: die richtigen Partner suchen und in der Produktion mit der Automatisierung starten, weil hier die Effizienzgewinne am höchsten sind. Dann Datenräume schaffen. Und lernen.

Sie empfehlen schnelles Lernen.

Asch: Wir empfehlen generell, keine Initiativen zu starten mit Megaprojekten, die in zwei Jahren erste Erkenntnisse bringen. Alles, was nicht in den nächsten sechs Monaten Erkenntnisse bringt, muss man neu strukturieren. Die Erkenntnis, die Sie in der Umsetzung gewinnen, ist entscheidend, nicht die Erkenntnis im Konzept. Lassen Sie Menschen nicht über Monate hinweg überlegen, welche Daten relevant sein könnten, sondern lassen Sie sie mit den Daten arbeiten, daraus Erkenntnisse erzielen.

Wie nehmen Sie die Menschen bei der digitalen Transformation mit?

Riedel: Komplexität ist nicht schlimm, nur dürfen Sie sie nicht kompliziert machen. Wesentlich ist: Alle Beteiligten vom Werker bis zum Schichtführer benötigen extrem niedrigschwellig zugängliche Werkzeuge.

Asch: Das sehen wir genauso. Geben Sie vor allem Leuten mit Prozesswissen die richtigen Tools, gern auch auf Basis von No-Code- oder Low-Code-Ansätzen.

Riedel: Verschaffen Sie einem Werker einfachsten Zugang zu einer Datenbank, ohne Einloggen oder komplizierte Sprache, sondern über ein Interface, wo er spontan fragen kann: ‚Liebe Datenbank, wie viele Qualitätsprobleme haben wir mit dem und dem Produkt in den letzten 14 Tagen gehabt, nach Schichten und Anlagen sortiert?‘ Ich bin mir sicher, dass der Werker dem System schneller Fragen stellen wird, als wir für ihn denken können. Pushen kann man das Ganze mit einem Gamification- und Gewinnanreiz, wie früher KVP.

Fehlt noch der Blick in die Glaskugel: Wann ist die Smart Factory industrieweit Realität?

Riedel: Es ist dann so weit, wenn die Daten aus der Produktion auf die kausalen Verursacher der Probleme hinweisen: Fehler in der Produktionsplanung, übersehene Details, Lücken in der Produktentstehung. Wir werden das Thema als Ganzes garantiert noch über die nächsten 10 bis 15 Jahre bespielen. Für die vollständig virtuelle Inbetriebnahme braucht es vielleicht noch zehn Jahre. Für die digitale Fabrik, zu verstehen als digitale Prozessplanung und -gestaltung, zwölf Jahre. Die Digitalisierung der Fertigung hängt stark vom Investverhalten ab. Der Rückfluss der Produktdaten aus dem Feld in die Produktion braucht am meisten Zeit.

Vielen Dank für das Interview!

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