Digitalisierung

Mit der Digitalisierung im Maschinenbau steigt die Anzahl der Systeme, in denen produktionsbezogene Informationen entstehen. Auch die Datenmengen werden immer größer und heterogener. Daten werden heute in verschiedensten Systemen erzeugt: M-CAD, Elektro- und Elektronik-CAD-Software, hinzu kommen produktrelevante digitale Information in Office-Dokumenten, im ERP-System, im CRM oder Support-System.

Die Verwaltung dieser Daten ist komplex, denn sie müssen über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes betrachtet werden. Im Zuge einer integrativen Zusammenarbeit zwischen allen Abteilungen ist es zudem wichtig, dass nicht jeder nur mit seinen eigenen Daten arbeitet. Die manuelle Übertragung von Informationen von einem System in das nächste stellt allerdings eine ständige Fehlerquelle dar.

Der Begriff der Digitalisierung wird in diesem Zusammenhang oft zu kurz interpretiert.

1.1 Disruptive Innovation

In voller Fahrt bei laufendem Geschäftsbetrieb genauso innovativ sein wie ein Start-up. Bei diesem Spagat tun sich deutsche Mittelständler aus dem technologischen Umfeld noch schwer. Technologien zu verfeinern und weiterzutreiben bis zur Weltspitze – darin macht deutschen Ingenieuren so leicht keiner etwas vor. Was derzeit im Rahmen der Digitalisierung geschieht, ist aber mehr als bloße technologische Weiterentwicklung. Es ist eine Revolution, bei der schon so manch Etablierter von einem bis gestern noch unbekannten Wettbewerber überrollt wurde.

Disruptive Innovation kommt nicht vornehmlich über technologische Differenzierung, sondern über das Geschäftsmodell. Für den deutschen Mittelstand im Maschinenbau, im Anlagenbau oder anderen Branchen ist genau dieses Kennzeichen der Digitalisierung die besondere Herausforderung. Denn als etabliertes Unternehmen kann man nicht einfach Bestehendes über Bord werfen und sich unbekümmert und mit aller Kraft neuen Ideen widmen. Man muss vielmehr zweigleisig fahren, um Innovatives wirtschaftlich abzusichern: das bestehende Modell weiterfahren und gleichzeitig transferieren.

Wie aber kann man mit sich selbst disruptiv sein und das aus voller Fahrt? Wie kann man, unbelastet von bestehenden Verpflichtungen mit höchster Dynamik und gleicher Begeisterung wie bei einem Start-up im Silicon Valley neue Richtungen sondieren?
Die wichtigsten Faktoren bei der Gestaltung neuer Geschäftsmodelle sind Timing und Management. Nicht der „Early Bird“ fängt den Wurm, sondern derjenige, der richtig aufgestellt ist, wenn die „Early Majority“ der Kunden kommt, d.h. die größte Gruppe der Käufer, die das neue Produkt oder den neuen Service nachfragen.

 

Disuptive Innovation - Early Majority

Einen konkreten Ansatz dafür stellt die Methode „Digitales Wirkungsmanagement“ dar, die PROCAD-Geschäftsführer Raimund Schlotmann in seinem neuen Buch beschreibt. Mittelständler finden darin praktische Schritte, auf was es ankommt, und eine Anleitung, wie sie – wissend um die eigenen Stärken – die technologischen Möglichkeiten nutzen können.

Digitalisierung auf mittelständisch

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1.2 PLM und Industrie 4.0

Einer Umfrage der Staufenakademie vom Dezember 2014 zufolge wird der Weg der Produkte und der Organisation in Entwicklung, Fertigung und Instandhaltung in Zukunft von den unter „Industrie 4.0“ zusammengefassten Technologien geprägt. Etwa ein Drittel der Unternehmen des Maschinenbaus haben sich noch wenig mit Industrie 4.0 befasst, vor allem mit dem Zusammenhang von PLM und Industrie 4.0. Weitere 33 % orientieren sich und prüfen Einsatzszenarien. Das letzte Drittel sieht sich schon in der Umsetzung der vierten industriellen Revolution.

Aus dem Blickwinkel von PDM und PLM betrachtet, ist die Basis für Steuerungsprozesse in einer Industrie 4.0-orientierten Produktion die vollständige Verwaltung der Produktdaten.

„Das effiziente und effektive Management dieses digitalen Produktmodells von der Entwicklung über den Vertrieb, die Produktion und Inbetriebnahme bis zur Kundennutzung und zur Gewährleistung der mit dem Produkt verbundenen Dienste – das wird etwa seit dem Beginn des neuen Jahrtausends als Produkt-Lebenszyklus-Management oder PLM bezeichnet. Und in wachsendem Maße umfasst PLM nicht mehr nur die mechanischen Geometriedatenmodelle, sondern auch die Logik der Elektrik und Elektronik und die Programme der eingebetteten Software.

Dieses Management der Produktdaten ist die Grundvoraussetzung dafür, dass moderne, „intelligente“ und vernetzte Produkte ihre Funktion erfüllen und auf dem Weltmarkt erfolgreich sind. Es ist die Grundvoraussetzung, dass dann auch die Produktion „intelligenter“ vernetzt organisiert werden kann. Es ist die Grundvoraussetzung für Industrie 4.0.“ (Hechenberger Thesen des Sendler Circle)

Was ist ein digitaler Geschäftsablauf?

Häufig findet man in der Praxis Abläufe, die nur dem Anschein nach digital sind. Ein echter digitaler Geschäftsablauf zeichnet sich jedoch allein dadurch aus, dass operable Informationen vorliegen, die sich weiterverarbeiten lassen.

Man muss heute schon genau hinsehen, um falsche von echten digitalen Geschäftsabläufen zu unterscheiden. Nur dass kein Papier mehr vorliegt, heißt nicht, dass die Information digital ist. Sie ist vielmehr nur „elektronifiziert“. Die gescannte Rechnung, die ein Lieferant per E-Mail an seinen Kunden schickt, ist ein typisches Beispiel. Die darin enthaltenen Rechnungsinformationen sind nicht digital operabel. Man braucht aber echte digitale Informationen für einen richtigen digitalen Geschäftsprozess.

Dazu müssen – im Fall der Rechnung – zunächst per Optical Charakter Recognition die Bilddaten ausgelesen, Kopf- und Positionsdaten erkannt und im Idealfall mit einer zugrunde liegenden Bestellung im ERP-System abgeglichen werden. Stimmen Bestell- und Rechnungswerte überein, kommt ein Workflow zum Einsatz, der die Rechnungsdaten an die Finanzbuchhaltung zwecks Bezahlung weiterleitet – die klassische Dunkelbuchung ohne menschliches Zutun und Paradebeispiel für einen echten digitalen Geschäftsprozess. Diesen kennzeichnet mithin: digital operable Informationen, die maschinell verarbeitet werden und Systeme, die zu diesem Zweck miteinander verbunden sind.

Was für die Rechnung im kaufmännischen Umfeld gilt, ist auf Konstruktion und Entwicklung übertragbar. Ein in der PLM-Software erstellter Änderungsantrag für ein Produkt als PDF ist noch keine operable Information. Um es zu werden, muss vielmehr die darin enthaltene Anweisung separat vorliegen und automatisiert in Verbindung mit dem entsprechenden Bauteil gebracht werden. Allein dass die einzelnen Änderungspositionen im Antrag aufgelistet sind, erlaubt noch keine vollständig digitale Zuordnung. Und es nicht nur die Information über die Änderung, die digital vorliegen und mit der Änderungsdokumentation verbunden werden muss. Sondern zudem auch noch die sich daraus ergebene Aufgabe.

Wenn im PLM-Umfeld daher ein digitaler Geschäftsprozess entstehen soll, reicht es nicht aus, per E-Mail eine Aufgabe zu verschicken und die Bauteile, um die es geht, als Attachement anzuheften. Vielmehr muss die Aufgabe in der PLM-Software über eine Aufgabenakte vergeben werden und jedes Dokument liegt nur einmal vor. Der Änderungsprozess im PLM-System lenkt dann alle mit der Änderung verbundenen Produktdaten und Dokumente, begleitet durch die Aufgabenakte.

Diese beiden Szenarien demonstrieren, was einen echten digitalen Prozess ausmacht. Ein Unternehmen betreibt erst dann durchgängige End-to-End-Digitalisierung, wenn es Informationen digital verfügbar macht und dafür sorgt, dass diese sofort von anderen Systemen genutzt werden können. Eine Information muss also fähig sein, in ihrer digitalen Form ohne menschliche Interaktion genutzt zu werden und Aktionen und nachgelagerte Prozesse auszulösen. Man spricht dann von einem digitalen „Impact Management“. Um Digitalisierung im Maschinenbau richtig zu betreiben, benötigt man eine entsprechende Plattform. Ein Product Data Backbone stellt eine solche Informationsbasis dar.

Ein Unternehmen muss dafür die notwendigen IT-technischen Voraussetzungen schaffen. Es sind drei Bereiche, die für die Digitalisierung wesentlich sind: das ERP-System, (mit SCM, Business Intelligence und Instandhaltung) zur Verknüpfung von Produktion, Finanzen, Vertrieb und Service, die Office-Systeme inklusive Intranet, Portal und CRM-System sowie die PLM-Software für Produktentstehung und -management – das Product Data Backbone.

1.3 Systems Engineering

Die Entwicklung immer ausgefeilterer mechatronischer Systeme erfordert eine enge Zusammenarbeit von Spezialisten aller beteiligten Fachdisziplinen. Beim Design eines neuen Produktes oder der grundlegenden Überarbeitung soll und kann am Anfang oftmals noch nicht genau erkannt werden, welche Funktion über welche Technologie realisiert wird. Vielmehr kommt es zunächst darauf an, die Funktionalität eines Produktes sehr exakt zu beschreiben. So können alle, die an der Entwicklung, Fertigung und Vermarktung beteiligt sind, erkennen, was zu tun ist. Dies ist die Aufgabe von Systems Engineering.

Systems Engineering ist die erste Phase des Product Lifecycle Managements. Es begleitet auch alle nachfolgenden Phasen im PLM-Prozess. Systems Engineering und Product Lifecycle Management sind daher eng miteinander in Beziehung zu setzen. Der systemorientierte Entwurf, losgelöst von der Realisierungsform in Mechanik, Elektrik oder Software, erhält künftig eine enorme Bedeutung und stellt einen zentralen Punkt einer Industrie 4.0-Strategie dar.

Systems Engineering und PLM

Produkte müssen inzwischen stärker über das Geschäftsmodell definiert werden. Hierfür gilt es, eine Brücke zwischen der Entwicklung in den jeweiligen Abteilungen und dem Geschäftsmodell sicherzustellen. Diese Brücke ist das Systems Engineering, welches dabei als übergeordnetes Konzept anzuwenden ist. Denn künftig steigt der Anteil von Software und Elektronik in den Produkten und damit auch der Marktdruck, solche Produktbestandteile anzubieten. Die Verschiebung der Value-Proposition-Anteile wird zum Treiber von Systems-Engineering-Methoden. Durch ihren Einsatz verkürzen sich die Produktzyklen und die gesamte Entwicklung ist geprägt von einer höheren Dynamik über den gesamten Lebenszyklus des Produktes.

1.4 Digitaler Informationszwilling

Maschinen und Anlagen werden in ihrer Struktur immer komplexer; der Produktanteil von Elektronik und Software gegenüber reiner Mechanik steigt angesichts von Digitalisierung und Industrie 4.0 permanent an. Lässt man die Produktinformationen aller Komponenten einer Anlage über ihren gesamten Lebenszyklus in einem Product- and Document Lifecycle Management System zusammenfließen, entsteht ein digitaler Informations-Zwilling der an den Kunden ausgelieferten Anlage.

Computergestützte Modelle von Objekten, an denen man virtuell Simulationen durchführen kann, machen seit einiger Zeit unter dem Schlagwort des Digitalen Zwillings von sich reden. Im Maschinenbau wird das Konzept im Zusammenhang mit Digitalisierung und Industrie 4.0 diskutiert. Als Abbild eines Prozesses, eines Produktes und einer Dienstleistung verbindet der Digitale Zwilling die reale mit der virtuellen Welt. Installierte Sensoren an einem realen Objekt übermitteln ihre Daten an den digitalen Zwilling, der sie verarbeitet und auswertet. Durch die Überwachung von Systemen lassen sich Fehler besser antizipieren und Probleme vermeiden, noch bevor sie auftreten.

Im unternehmerischen Alltag sind vollständige Digitale Zwillinge dieser Art aufgrund der damit verbundenen technischen Voraussetzungen noch nicht über ihr Anfangsstadium hinausgewachsen. Derzeit werden vor allem einzelne Teile der Anlage remote überwacht, um z.B. die vorrausschauende Wartung zu gewährleisten.

Lebenslaufakte als Ausprägung des Digitalen Zwillings

Was sich statt eines vollständig digitalen Abbilds durchaus einfacher realisieren lässt, ist ein „Digitaler Informationszwilling“. Dabei handelt es sich um eine Lebenslaufakte eines Produktes/einer Anlage. Sie orientiert sich an der technischen Struktur aller Elemente der Anlage und vereinigt sämtliche damit in Verbindung stehenden Informationen, die für die Produktentstehung und das Produktmanagement relevant sind, an zentraler Stelle. In der Lebenslaufakte fließen über den gesamten Lebenszyklus der Anlage hinweg Produktdaten und Dokumente zusammen. Diese Informationen zu einem Produkt werden kundenbezogen oder projektspezifisch zusammengeführt und repräsentieren die ausgelieferte Maschine als Digitaler Informations-Zwilling.

Wissensbeitag_Auftragsakte

 

Um beispielsweise wiederholt auftretende Störungen an einer Anlage in Bezug auf die Produktqualität einschätzen zu können, muss klar dokumentiert sein, wie jede einzelne Maschine beim Kunden aussieht. Welche Pumpe und welcher Motor wurden verbaut? Welche Änderungen hat dieser Motor bereits durchlaufen? Welche Softwareversion steckt in der Antriebssteuerung? Wo liegt die dazugehörige Beschreibung? Auf Basis der vollständigen und auf Knopfdruck abrufbaren digitalen Dokumentation, können die Rückschlüsse aus Störungen besser beurteilt werden. Der Hersteller kann ferner Dokumentationen automatisch erstellen, ursprüngliche Anforderungen zuordnen oder die Auswirkung von Änderungsanträgen analysieren.