Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Ausgabe 06/2019, 03.06.2019

Fertigungsorganisation mit I 4.0 optimieren

Digitalisierung und Industrie 4.0 sind omnipräsent und vielversprechender Hoffnungsträger für Rationalisierungsinitiativen. Produzierende Unternehmen stehen vor der Frage, wie sich nachhaltige Nutzenpotenziale erschliessen lassen?

Autor: Robert Montau, Dozent im Studiengang MAS Industrie 4.0, Fernfachhochschule Schweiz

Mit fortschreitender Digitalisierung verlagern sich Geschäftsprozesse ins Internet, und zunehmend werden individuelle Produktkonfigurationen generiert. In der Folge entstehen neue Ausprägungen, die bisher weder bestellt wurden noch auf Lager liegen, sondern auftragsspezifisch produziert werden müssen. Dafür wird es immer wichtiger, Build-to-Order-Prozesse für variantenreiche oder kundenindividuelle Produkte zu beherrschen.

Verschärfend hinzu kommt die Komplexität moderner cyber-physischer Produkte. Hieraus folgt die Notwendigkeit zur Integration von Prozessen und Disziplinen mittels Digitalisierung. Der Ursprung IT-gestützter Methoden und Modelle liegt in der Produktentwicklung, bei der man heute das mechatronische Produktverhalten vollständig in einem digitalen Produkt («digitaler Zwilling») simulieren kann.

Die Fertigungsprozesse werden mit leistungsfähigen Modellen entwickelt für Fertigungsvorgänge, Maschinen und Ressourcen in einer Fabrik. In der Praxis existieren von Anlagen meist nur unvollständige Pläne, die über die Jahre bei Umbauten nicht aktualisiert wurden. Einerseits war bisher eine digitale Repräsentation nicht erforderlich, andererseits wurden die Aufwände gescheut oder kleine Anpassungen ausgeführt ohne digitale Planung. Daraus folgt die Notwendigkeit, eine Fabrik nachträglich zu digitalisieren mittels 3D-Laserscanning-Verfahren, die bestehende Fabriken vermessen und CAD-Daten generieren. Grundsätzlich sind digitale Fabrikmodelle für die Werkstatt-, Insel- und Fliessorganisationen von Nutzen. Hiermit lassen sich Produktionsabläufe in ein Fabriklayout integrieren und simulieren als digitales Abbild der Produktion: die «Digitale Fabrik».

Mit dem Einzug von intelligenten Produkten und dem Internet of things (IoT) können reale Produkte mit ihrem digitalen Abbild kommunizieren, um Zustände digital zu erfassen oder um Daten und Befehle in die Realität zu transferieren. Die digitale Repräsentation des physischen Produktzustands entspricht dem «Digital Asset».

Grundlegende Zielsetzung von Industrie 4.0 ist es, kundenindividuelle Produkte zum Preis vergleichbarer Standardprodukte anzubieten, wofür drei zentrale Informationssysteme von besonderer Bedeutung sind: Enterprise Resource Planning (ERP), Product Lifecycle Management (PLM) und Manufacturing Execution Management (MES). Im ERP-Umfeld existieren Standardlösungen, um den betriebswirtschaftlichen Informationsfluss für Geschäftsprozesse zu unterstützen. Der Fokus liegt auf dem Wertefluss zur planmässigen Steigerung der monetären Wertschöpfung.

PLM unterstützt die produktbezogenen Prozesse über den Lebenszyklus, um leistungsfähige Produktionsprozesse zu entwickeln. Mit fortschreitender Digitalisierung sollten Unternehmen sowohl die CAx-Prozesskette mit integrierten PLM-Modellen betreiben als auch die Elektronik, Software und Produktionsplanung. Der Übergang vom funktionsorientierten Engineering in montageorientierte Strukturen und Arbeitspläne wird mit Vergleichs-, Analyse- und Visualisierungsfunktionen unterstützt. MES steuert die Ausführung der Fertigungsaufträge, wobei durch Zustandsüberwachung in Echtzeit auf Störungen reagiert werden kann und die Datenerfassung eine präzise Prozessdokumentation ermöglicht. Bisher war eventuell eine rudimentäre Rückmeldung zum ERP am Auftragsende oder pro Schicht noch ausreichend, aber mit Industrie 4.0 steigen Taktzahl und Variantenmix in der Produktion, was ein leistungsfähiges MES erfordert.

Die Kombination dieser Systeme ermöglicht eine Verbindung der Fertigung mit der Unternehmensleitebene und verschafft Transparenz über den Shopfloor. Hierbei unterstützt der verstärkte Einsatz moderner Automatisierungselemente. Bei den Auto-ID-Techniken werden klassische Barcodes oder QR-Codes vermehrt durch RFID oder NFC ergänzt. Bei den verbrauchsgesteuerten Kanban-Ansätzen für das C-Teilemanagement wird häufig «SmartBin» von Bossard eingesetzt, wobei Gewichtssensoren das Inventar überwachen und automatisch nachbestellen. Bewegliche Lager und autonome Transportsysteme werden vermehrt auch ausserhalb von Logistikzentren angewendet. Zur Effizienzsteigerung in der Produktion kommen somit mehrere Methoden auf verschiedenen Ebenen zum Einsatz.

Fernfachhochschule Schweiz (FFHS), 3900 Brig
Tel. 027 922 39 00, info@ffhs.ch



Mass Customization erfordert Digitalisierung der Produktion. (Bild: FFHS)

Auf einen Blick: Digitale Fabrik im Fokus

Mit Industrie 4.0 verlagern sich Produktionskonzepte in Richtung variantenreicher Configure-to-Order-Szenarien, wobei für die Fabrik- und Produktionsplanung zunehmend digitale Modelle und Methoden eingesetzt werden, um bestehende Abläufe zu optimieren oder neue zu entwickeln. Eine zentrale Voraussetzung zur Optimierung ohne Beeinträchtigung der Produktion ist die Digitalisierung bis hin zur «Digitalen Fabrik», was am Produktionsstandort Schweiz zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor werden kann.