Nachhaltige Digitalisierung als neues Leitprinzip der Industrie

Die Fertigungsindustrie ist in dieser von Krisen geprägten Zeit einmal mehr gefordert, qualitativ hochwertig, effizient und zu geringen Kosten zu produzieren. Neben den globalen wirtschaftlichen Problemen sehen sich Unternehmen immer mehr gesellschaftlichen und politischen Anforderungen gegenüber. Nachhaltigkeit wird zum Leitprinzip. Gleichzeitig steigert die Nachfrage nach individuellen Produkten die Anzahl der Produktvarianten und letztlich auch die Komplexität der Fertigung. Für Hersteller wird es daher immer wichtiger, sowohl die Prozesse als auch die Zusammenarbeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu vernetzen und zu verbessern. Damit sind sie in der Lage, Daten und Wissen zu teilen und Synergieeffekte zu erzielen.

Aus diesem Grund investieren Unternehmen verstärkt in ihre digitale Transformation. Vom Aufbau einer einheitlichen Datenbasis über optimierte, automatisierte und transparente Prozesse bis hin zu neuen Geschäftsmodellen. Hersteller profitieren in vielerlei Hinsicht: Sie können nicht nur schneller mit disruptiven Innovationen auf Marktveränderungen reagieren, sondern zudem effektiver im globalen Wertschöpfungsnetzwerk zusammenarbeiten. Wichtig ist hierbei, die Mitarbeiter aktiv in den Wandel einzubinden. Denn die Digitalisierung sollte kein Selbstzweck sein, sondern den Menschen unterstützen. Eine effektive Change-Management-Strategie ist daher unabdingbar, um Veränderungen in der Organisation erfolgreich zu planen und umzusetzen sowie dauerhaft die Akzeptanz der Mitarbeiter zu gewinnen.

Viele Hersteller setzen zwar bereits IT-Systeme in ihrer Produktion ein, schöpfen aber nicht deren Potenzial aus. Häufig werden diese lediglich zur einfachen Buchhaltung und Nachverfolgung von Kundenaufträgen, Beständen und Bestellungen genutzt. Unternehmen sollten also „größer“ denken und nach Lösungen suchen, die über reine Enterprise Resource Planing (ERP)-Systeme hinausgehen und Altsysteme ersetzen. Alles andere wäre Stückwerk und aufgrund der Vielzahl an Medienbrüchen und des hohen Wartungsaufwands hinderlich auf dem Weg zur digitalen Fabrik.

Zielführend ist daher die Einführung integrierter Systeme, welche die Brücke schlagen zwischen virtueller Welt, in der optimale Produktionspläne simuliert und generiert werden (APS), und realer Welt, die von Fertigungsmanagementsystemen (MES/MOM) gehandhabt werden.

Wollen Hersteller eine effiziente Planung und Ausführung ihrer Fertigungsabläufe sicherstellen, sollten sie APS berücksichtigen. Diese Planungs- und Terminierungssysteme erstellen realistische Zeitpläne für die Fertigung und kalkulieren alle Ressourcen ein, die für die Abläufe notwendig sind: Material, Personal, Werkzeug-/Rüstzeit und Lagerbestände. APS-Systeme helfen Herstellern, die Produktionsnachfrage zu erfüllen, Lagerbestände gering zu halten und eine hohe Auslastung zu gewährleisten. Zudem liefern sie die nötige Flexibilität, um bei Planungsänderungen beispielsweise aufgrund kurzfristiger Kundenanfragen oder unvorhergesehener Produktionseinschränkungen reagieren zu können. Auf diese Weise können Unternehmen ihre Kosten kontrollieren und sehen, wie sich Planungsänderungen auf die Effizienz und die Lagerbestände auswirken oder welchen Einfluss neue Maschinen und Anlagen auf die Produktionszahlen haben.

MES beschreibt die Verbindung von ERP-Systemen und den Maschinen und Anlagen auf dem Shopfloor. Ziel von MES ist es, eine effektive Steuerung und Ausführung von Fertigungsabläufen zur Steigerung der Gesamtanlageneffektivität (OEE) zu erreichen. Ein starker Fokus von MES-Systemen liegt daher auf der Maschinen- und Betriebsdatenerfassung (MDE/BDE) und deren Dokumentation in Echtzeit. MES ist damit ein wichtiger Baustein für den Aufbau digitaler Prozesse.

Als Weiterentwicklung von MES, ermöglicht MOM den ganzheitlichen Blick auf die Geschäftsprozesse und die Verwaltung von Produktionsabläufen. MOM-Systeme sind daher weit mehr als eine reine Software zur Fertigungssteuerung. Sie stehen für einen strukturellen Ansatz zur Überwachung, Nachverfolgung und Optimierung von Produktionsprozessen. Dies schließt die Produktionsplanung und -steuerung ebenso ein wie die verbundenen Bereiche Fertigung, Lagerhaltung und Bestand, Qualität, Personal und Wartung.

Ohne Bestandsplanung und -überwachung besteht zum Beispiel die Gefahr, dass einer Fabrik die Rohstoffe ausgehen und die Produktion zum Erliegen kommt. Gleichzeitig sollte die Produktion geplant, gesteuert und analysiert und in Echtzeit mit potenziellen Material-, Mitarbeiter- und Kapazitätsengpässen abgeglichen werden, damit der Betrieb reibungslos läuft. Die laufende Sicherstellung der Qualität sorgt für zufriedene Kunden und reduziert Ausschuss und Reklamationen. Ebenso muss die Wartung aller Maschinen geplant, ausgeführt und überwacht werden, um den Zeitplan nicht durch ungeplante Stillstandzeiten zu gefährden.

MOM setzt sich im Grunde aus verschiedenen Funktionsumfängen zusammen, die über ein gemeinsames Datenmodell und übergreifend modellierte Prozessabläufe integriert sind: Von der Produktionsverwaltung, um Aufträge und den Maschinenstatus nachzuverfolgen, über Lösungen für das Compliance und Maintenance Management bis zu Technologien für die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI, Human Machine Interface), die das Fabrikpersonal dabei unterstützt, die in der Fertigung eingesetzten Technologien bestmöglich zu nutzen. Diese Aufzählung ist nicht komplett, dennoch verdeutlicht sie den Gedanken hinter MOM: weg von Insellösungen und abgekoppelten Informationssilos hin zu multidisziplinärer Teamarbeit auf Basis einer gemeinsamen Datenquelle und intelligenten synchronisierten Prozessen.

Im MOM-System arbeiten MES und APS harmonisch miteinander und sorgen so für die nötige Effizienz, Agilität und Transparenz und standardisierte Fertigungsprozesse. Der Echtzeitblick in die Fertigung ermöglicht Herstellern eine bessere Überwachung der Leistungsfähigkeit und die nahtlose Rückverfolgung. Zudem wird sowohl die Anlagen- als auch die Mitarbeiterproduktivität verbessert. Die Integration von Prozessen über alle Geschäftsbereiche wie Produktion, Qualität, Personal, Logistik, Instandhaltung und Lager beschleunigt operative Entscheidungen und erhöht deren Qualität. Erfolgen Änderungen an der Produktkonstruktion, werden diese automatisch an alle nachgelagerten Prozesse weitergegeben. Grundlage ist die nahtlose Konnektivität der Systeme, die im Idealfall mit einer einheitlichen Datenbasis arbeiten und über eine Plattform vernetzt sind. Dadurch wird es möglich, Daten in Echtzeit zu synchronisieren, Workflows über alle Prozesse zu orchestrieren und Anpassungen agil umzusetzen.

Haben produzierende Unternehmen digitale Durchgängigkeit erreicht, können sie virtuelle Zwillinge über ihre gesamte Wertschöpfungskette hinweg nutzen: von der Sicherstellung der Machbarkeit von Produkten in der Entwicklung über die Verbesserung von Herstellprozessen bis zum Zurückspielen von Informationen aus der Produktion in die Entwicklung. Selbst komplexe Fragestellungen in der Produktionsplanung und -ausführung lassen sich mit Simulationen lösen, indem unterschiedliche "Was-wäre-wenn"-Szenarien durchgespielt, Ergebnisse verglichen und Entscheidungen fundierter getroffen werden können.

Hersteller sollten daher ihre digitale Transformation beschleunigen, um die reale mit der virtuellen Welt zu verschmelzen. Denn Ansätze wie APS, MES und MOM entfalten ihr volles Potential erst, wenn digitale Durchgängigkeit, Transparenz und Rückverfolgbarkeit über alle Prozesse gewährleistet sind. Nur so lassen sich frühzeitig geplante und ungeplante Auswirkungen entlang der operativen Prozesse erkennen und entsprechende Aktionen einleiten. Ganzheitliche Lösungen wie die 3DEXPERIENCE Plattform und die Anwendungen von Dassault Systèmes befähigen produzierende Unternehmen, agile Entwicklungs- und Fertigungsprozesse aufzubauen und effektiver mit ihrem Wertschöpfungsnetzwerk zusammenzuarbeiten. So können sie die Chancen der Digitalisierung nutzen, um ihre wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Ziele zu erreichen und langfristig ihren Erfolg zu sichern.