Software-defined Manufacturing


Der Weg zur flexiblen Fertigung

Um nun die fehlerfreie, kundenindividuelle und adaptive Produktion auf Basis der digitalen Zwillinge zu ermöglichen, wird die Planung iterativ gestaltet. Das bedeutet, dass nicht eine einzige grundlegende Planung des Produktionsablaufs stattfindet, sondern diese für beliebig geänderte Rahmenbedingungen – etwa neue Messdaten oder sich ändernde Zustände der Ressourcen – wiederholt werden kann. Zu jedem Planungsschritt werden die zu fertigenden Differenzen ermittelt, Möglichkeiten zu deren Fertigung bis zur Fertigstellung des Produkts projektiert, die ganzheitlich beste Möglichkeit ausgewählt und daraus die entsprechenden Bearbeitungsinformationen und Software generiert.

Von Losgröße 1 bis Massenfertigung

Als Anwendungsfall bietet sich hier sowohl die Fertigung in Losgröße 1 als auch die Massenproduktion an. Durch die stetige Iteration der Planung lassen sich Bearbeitungsprogramme auf neue Maschinen generieren, Bearbeitungsergebnisse berücksichtigen und somit Abweichungen in der Fertigung innerhalb eines stetig optimalen Materialflusses kompensieren. Nacharbeiten und Ausschuss können reduziert und durch stetige Datenintegration in den digitalen Zwillingen Planungsergebnisse kontinuierlich verbessert und Kosten gesenkt werden. Starre Verbünde in Planung und Produktionssystemen werden flexibel. Unternehmen können Unsicherheit und Volatilität so besser entgegentreten und dem Wunsch nach einem adaptiven Produktionssystem näher kommen.

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@Abstract:Am 27. September veranstaltet die Low-Code Association in Zusammenarbeit mit dem Land Niedersachsen und dem SIBB den German Low-Code Day. Mit der Veranstaltung in den Design Offices Hannover will die Low Code Association Besuchern ein herstellerübergreifendes Bild über den Entwicklungsstand und die Möglichkeiten der Low-Code- und No-Code-Technologien bieten. ‣ weiterlesen

Laut McKinsey Quantum Technology Monitor 2023 liegt das Wertschöpfungspotenzial von Quantentechnologien für die Automobil-, Chemie-, Finanz- und Biowissenschaftsbranche bei bis zu 1,3 Billionen US-Dollar bis 2035. Zahl der Gründungen von Quanten-Startups sank jedoch von 40 in 2021 auf 17 im vergangenen Jahr. Universitäten verdoppeln laut Quantum Technology Monitor die Anzahl der Master-Studiengänge mit Bezug zu Quantentechnologien.Im vergangenen Jahr haben Quantentechnologien (QT) deutliche Fortschritte erzielt. Sie rücken damit immer näher in die Position, Probleme zu lösen, die mit heutigen Technologien nicht oder nur unter großem finanziellen Aufwand zu lösen sind. Gleichzeitig beflügelt der technologische Fortschritt die wirtschaftlichen Prognosen. So zeigt der ‘Quantum Technology Monitor 2023’ von McKinsey, dass die Automobil-, Chemie-, Finanz- und Biowissenschaftsbranche durch den Einsatz von Quantencomputing bis zum Jahr 2035 ein mögliches Wertschöpfungspotenzial von bis zu 1,3Bio.US$ erzielen können. Wertschöpfungspotenzial bezieht sich im Kontext der Studie auf zukünftige Umsatzerlöse und Kosteneinsparungen. Den größten ökonomischen Effekt könnten laut Unternehmensberatung Anwendungsfälle für Quantencomputing in der Finanzbranche entfalten. Hier liegen die Prognosen zwischen 394 und 700Mrd.US$ wobei Corporate Banking, Risk und Cybersicherheit die relevantesten Einsatzbereiche darstellen.Die öffentlichen und privaten Investitionen in Quantentechnologien konnten im Jahr 2022 an die starken Zahlen des Vorjahrs anschließen. Trotz der weiterhin starken Investitionen verloren jedoch alle notierten Quantum-Unternehmen massiv an Wert – sie büßten durchschnittlich 74 Prozent ihres Wertes seit IPO (Initial Public Offering) ein. Insgesamt flossen im vergangenen Jahr 2,35Mrd.US$ Investitionskapital in Quantum Startups – plus 1 Prozent im Vergleich zu 2021. Gleichzeitig sank die Zahl der weltweit neu gegründeten Quantum-Startups von 40 in 2021 auf 17 im vergangenen Jahr. “2022 war vor allem ein Jahr der großen Deals und der Entwicklung von Anwendungsszenarien. Vier der zehn größten Investitionsabschlüsse aller Zeiten in Quantum Startups kamen letztes Jahr zustande”, sagt Niko Mohr, Partner im Düsseldorf Büro von McKinsey und globaler Leiter des Bereichs für Quantentechnologien. Auch die öffentliche Hand stellt für die Entwicklung von Quantentechnologien weiter Kapital zur Verfügung. So investierte die EU im Jahr 2022 insgesamt 1,2Mrd.US$ in Quantentechnologien, die USA insgesamt 1,8Mrd.US$. Die Investitionsausgaben Chinas in Quantentechnologie übersteigen diese Summen mit 15,3Mrd.US$ aber bei weitem. Auch Bundesregierung kündigte die Bereitstellung von 3Mrd.? Investitionsmitteln bis 2026 an. “Aktuell sehen wir unter Investoren einen stärkeren Fokus auf Wachstumsunternehmen: Investitionen fließen in ausgereiftere Technologien und weniger in Early Stage Start-ups. Dieser Trend deckt sich mit dem allgemeinen Investitionsklima in der Technologiebranche”, so Mohr. China hat seinen Vorsprung im Hinblick auf QT-Patente im Jahr 2022 weiter ausgebaut. So entfallen laut McKinsey bis Ende 2022 mehr als die Hälfte aller Patente auf chinesische Organisationen. Europa und Japan liegen mit einem Anteil von je knapp 14 Prozent gemeinsam auf Platz zwei. Bei der Anzahl wissenschaftlicher Veröffentlichungen zu Quantentechnologien steht Europa laut McKinsey auf Platz zwei, knapp hinter China. Obwohl Europa und China mehr wissenschaftliche Veröffentlichungen produzieren (jeweils 22 Prozent), sind die Ergebnisse aus den USA (10 Prozent) nach dem h-Index relevanter für den QT-Sektor. Der h-Index dient als Indikator für die Relevanz von wissenschaftlichen Veröffentlichungen und berücksichtigt die Anzahl der Referenzen, die auf die jeweilige Veröffentlichung verweisen.

Ob zur Remote-Unterstützung der Mitarbeiter vor Ort, zur Schulung und technischen Einweisung neuen Personals oder bei der Umplanung von Produktionsstraßen – fotorealistische digitale Zwillinge können Unternehmen vielfältig unterstützen. Über den Lebenszyklus einer Produktionsstätte hinweg werden zahlreiche Daten generiert, die bei Bedarf verfügbar sein müssen. Unternehmen nutzen dafür oft verschiedene Einzelsysteme, zwischen denen die Nutzer wechseln müssen, wenn sie einen bestimmten Datensatz suchen. Eine Plattform, die bestehende Einzelsysteme zusammenführt, würde sich positiv auf Zeit und Kosten auswirken. Fotorealistische digitale Zwillinge – also digitale Abbildungen physischer Objekte – können den Aufwand für die Datensuche reduzieren. Dieser wird aus Fotos einer Digitalkamera erstellt. Durch Justieren dieser Bilder zueinander sowie ihrer geometrischen Verortung im Raum entsteht auf einer Softwareplattform ein maßhaltiger digitaler Zwilling. Nutzer finden dort alle Informationen und Daten, die zu einem Asset vorhanden sind – Anleitungen, Dashboards oder auch Videos, können im Bildmodell verortet und abgerufen werden. Anwender müssen dafür auf das gewünschte Objekt klicken und die Informationen werden in der Oberfläche dargestellt. Alternativ können Nutzer auch in ein Fremdsystem wechseln und dort weiterarbeiten. Um die Datenhoheit der Fremdsysteme zu gewährleisten, speichert der digitale Zwilling die Daten selbst nicht, sondern zeigt sie nur an. Die Daten bleiben im ursprünglichen System. Wo zentrale Use Cases der Technologie im Fertigungsumfeld liegen, zeigen die folgenden Beispiele.Um Instandhaltungs- und Instandsetzungsmaßnahmen adäquat und gesetzeskonform umsetzen zu können, ist oft eine Vielzahl unterschiedlicher Informationen notwendig. So sind etwa aktuelle und historische Daten, individuelle Besonderheiten der Anlagen sowie die örtlichen Gegebenheiten von großer Bedeutung. Liegen diese Informationen nicht vor, kann Mehraufwand entstehen. Durch den Einsatz eines fotorealistischen digitalen Zwillings, können sich Spezialisten ein Bild über die Anlage verschaffen, ohne dafür das Büro verlassen zu müssen. Im Bildmodell können Nutzer den Einbauort aus dem Homeoffice heraus sehen und Hindernisse, die beim Transport von für die Instandhaltung notwendigen Geräten zum Problem werden könnten, evaluieren. Dank der Verbindung zu anderen Systemen können aktuelle Mess- und Sensorwerte oder auch Informationen zu vorangegangenen Instandhaltungsmaßnahmen direkt in das Bildmodell eingeblendet werden. Auch Hinweise von Kollegen oder Anleitungen lassen sich mit sogenannten Points-of-Information (Punkte im Bildmodell, über welche Informationen abgerufen werden können) direkt an der Anlage verorten.Mittels fotorealistischer digitaler Zwillinge können Spezialisten via Remote Support virtuell mit Kollegen, die sich vor Ort befinden, in Kontakt treten. Diese können so etwa bei Problemen Unterstützung erhalten. Mitarbeiter oder auch externe Dienstleister können mit der im Zwilling integrierten Chat- und Kommunikationsfunktionen Schritt für Schritt Text- und Audioanweisungen erhalten und somit Instandhaltungs- oder Reparaturmaßnahmen selbst durchführen. Das spart Reisekosten und reduziert zugleich den CO2-Fußabdruck.

Welche Technologien versprechen in den nächsten 10 Jahren die größten Vorteile für Unternehmen. Dies hat die Managementberatung Gartner untersucht und aus mehr als 2.000 Technologien den Hype Cycle of Emerging Technologies erstellt. ‣ weiterlesen

Die Möglichkeiten der additiven Fertigung gehen weit über Prototyping hinaus. Aktuelle Drucker sind durchaus für den Seriendruck geeignet und können Entwicklung sowie Fertigung beschleunigen. Andreas Tulaj von Carbon gibt einen Überblick.Industriell eingesetzt hat die additive Fertigung heute nur noch wenig mit den vor 25 Jahren entwickelten Druckern zu tun, die bedächtig Schicht auf Schicht generierten. Die Technologie hat sich weiterentwickelt. Dank neuer Verfahren sowie Materialien, die widerstandsfähiger, hitzebeständiger oder haltbarer sind, können etwa in der Automobilindustrie 3D-gedruckte Bauteile die Stanz- oder Spritzgusstechnik ablösen. Ford verbaut beispielsweise digital gefertigte, spezielle Polymerteile im Kühlsystem oder für die elektrischen Bremssysteme und verwendet dafür die Drucker von Carbon mit der Carbon Digital Light Synthesis (DLS)-Technologie sowie das Epoxid-Material EPX 82, das Witterungseinflüssen, kurz- und langfristiger Hitzeeinwirkung, UV-Stabilität, Entflammbarkeit und Beschlagbildung standhält.Bei der DLS-Technik wird in einem photochemischen Prozess flüssiges Harz mit Hilfe von UV-Lichtprojektionen zu festen Teilen ausgehärtet und in einem weiteren Prozessschritt mit Hilfe von Wärme zur benötigten Festigkeit verdichtet. Die Bauteilgrenzen lassen sich dabei vorab bis auf 100 Mikrometer genau definieren. Auch komplexere Strukturen können über die Lichtoptik in hoher Auflösung abgebildet werden, so dass neuartige Objekte und Gitterstrukturen aus dem Materialbecken herauswachsen. DLS eignet sich für die Serienproduktion in unterschiedlichen Branchen – vom Automotive- und Industriebereich bis hin zur Zahntechnik oder für Consumer-Sport-Produkte. Industrielle 3D-Drucker werden so zu einem Universalwerkzeug, das beliebige Formen und Strukturen in verschiedenen Härte- und Festigkeitsgraden bis zu einer bestimmten Größe herstellen kann. Da die Produktion flexibler ist und daher näher an den Ort heranrücken kann, an dem Produkt gebraucht wird, lassen sich auch Lieferwege verkürzen.Ein weiterer Fortschritt des industriellen 3D-Drucks liegt in der zunehmenden Einbettung des Verfahrens in Prozesse, die die bestehenden Produktionsschritte berücksichtigen, sie ergänzen oder mit einem ganzheitlichen Konzept von der Entwicklung bis zur Herstellung ablösen. Carbon beschreibt dies als ‘Idea-to-Production’-Plattform. Während 3D-Druck-Hardware früher für das einfache Prototyping in Entwicklungsabteilungen produzierender Unternehmen zum Einsatz kam, sind heute komplette und integrierte Lösungen – bestehend aus Hardware, Software und Material – gefragt. Beispielsweise können Produktdesigner mit der Software Design Engine von Carbon Bauteile und Gitterstrukturen digital entwerfen und dann an beliebigen Standorten und Druckern, die dem Endkunden am nächsten sind, drucken lassen. Oberflächenstruktur, Härtegrad, Flexibilität und weitere Produkteigenschaften sind dabei vorab kalkulierbar. Mit Hilfe cloudbasierter Software, unterschiedlichen Materialien und einem Netz an einsetzbaren 3D-Druckern kann ein Designer seine Anforderungsprofile direkt in konkrete Objekte umsetzen. Auch kurzfristig können in den Druckerzentren hohe Stückzahlen entstehen. Als etwa während der Pandemie die Produktionskapazitäten für die Abstrich-Stäbchen der Corona-Tests fehlten, half ein Produkt aus der additiven Fertigung aus.

Auch Konstrukteure mussten in der Pandemie ihre Abläufe auf Remote umstellen. Doch bei der Anlagenplanung stehen ihnen mehr Möglichkeiten zur Verfügung, als nur im Video-Anruf miteinander zu sprechen. Mit der Software Rooms können sie in einem virtuellen Abbild eines CAD-Modells umherlaufen, um Fehler auszuspüren und Änderungen anzustoßen. Mit diesem Ansatz konnte die SMS Group in einem Projekt 80.000€ sparen. ‣ weiterlesen

Der Digitalverband Bitkom hat den Leitfaden ‘Ressourceneffiziente Programmierung’ veröffentlicht, um aufzuzeigen, wie Softwareunternehmen bzw. Entwicklerinnen und Entwickler mit mehr Rücksicht aufs Klima programmieren können. ‣ weiterlesen

Mit der digitalen Transformation der Wirtschaft und Gesellschaft wandeln sich Unternehmen, deren Geschäftsmodelle sowie die Nutzung der Produkte, was das Internet of Things (IoT) und Industrie 4.0 verdeutlichen. Technologien wie das Internet, die Blockchain sowie die durchgängige Verwendung von Digitalen Zwillingen ermöglichen, dass sich die Produkthersteller und -nutzer durch das digitale Angebot weiterentwickeln und teilweise auch disruptiv verändern.‣ weiterlesen

In den digitalen Schlüsseltechnologien haben die Patentanmeldungen aus den Vereinigten Staaten und China zugenommen. Rückläufige Zahlen meldet das Deutsche Patent- und Markenamt. ‣ weiterlesen