Intelligente Fabrik
Die industrielle Produktion steht vor einer kleinen Revolution, der sogenannten Intelligenten Fabrik. Sie digitalisiert und integriert den gesamten Lebenszyklus von der Idee eines neuen Produkts bis zu dessen Fabrikation und wird die Markteinführungszeiten wesentlich verkürzen.
Die Intelligente Fabrik ermöglicht es zum Beispiel, bereits während der Planung eines Produkts dessen Herstellung in der digitalen Fabrik vorab zu simulieren, sodass es dann später in der realen Fabrik optimal produziert wird. Das verkürzt die Zeit von der Produktidee bis zum Endprodukt erheblich, flexibilisiert darüber hinaus den Fertigungsprozess und führt letztlich zu deutlichen Kosteneinsparungen.
Die digitale Verknüpfung von Daten über den gesamten Lebenszyklus von Produkten und Produktionsanlagen war bereits in den 80er Jahren visionäres Ziel der Fabrikplaner und Automatisierer. CIM (Computer-Integrated Manufacturing) – so das damalige Schlagwort – stand für Durchgängigkeit der Daten über alle Phasen der Herstellung. Letztendlich reichte die damalige Leistungsfähigkeit von Rechnern, Datenbanken und KommunikaÂtionsnetzen aber nicht aus, um den ganzheitlichen Ansatz der Vision zu verwirklichen. Innerhalb einzelner Teilgebiete machte die Rechnerintegration aber große Fortschritte. Beispielsweise in der Produktentwicklung: Hier sind 3D-Visualisierung und Simulation seit Langem gängige Verfahren.
Komplexe Produkte können bereits während der Planung einem virtuellen Test unterzogen werden, der die real zu erwartenden Umgebungsbedingungen simuliert. Sehr erfolgreich wird diese Simulation unter anderem bei Turbinenschaufeln und Windrädern angewandt, deren Wirkungsgrad ohne aufwändige reale Tests optimiert werden konnte.
In der Fertigung verfügt Siemens mit TIA (Totally Integrated Automation) über ein bewährtes und äußerst erfolgreiches Komplett-Spektrum an Produkten und Systemen, mit denen sich die Produktion in der realen Fabrik effizient automatisieren lässt. Und auch die Umsetzung von der simulierten digitalen Welt in die reale Fabrik ist schon weit vorangeschritten. Eine Lücke im Produkt-Lebenszyklus besteht aber nach wie vor im Anschluss an die erste Entwicklungsphase, in der die Idee entsteht und in der die Produkte, die dann später in der digitalen und realen Fabrik zu produzieren sind, beispielsweise mit CAD-Systemen digital entworfen werden. Ursache für diese Lücke sind die unterschiedlichen Software-Werkzeuge, deren Schnittstellen nicht kompatibel sind, was wiederum zu datentechnischen Insellösungen führt.
Digitale Planung und Simulation vom Produkt über die Fertigungsorganisation bis hin zur Werkzeugmaschine – das spart Prototypenkosten und bringt Produkte schneller und in verbesserter Qualität auf den Markt.
Schneller von der Idee zum Endprodukt
Genau hier setzt die Intelligente Fabrik an. Sie verknüpft die digitale Planung des zu produzierenden Objekts – egal, ob Auto oder Glasflasche – mit der Planung der dazugehörigen Fertigungsanlage. Bereits bei der Entwicklung wird der Herstellungsprozess mitgeneriert und am PC simuliert. Produkte werden erst dann zur Fertigung freigegeben, wenn sie die digitale Fabrik erfolgreich durchlaufen haben und sämtliche Optimierungsmöglichkeiten ausgeschöpft sind. Dabei können zum Beispiel mehrere Produktvarianten zur selben Zeit getestet werden, wobei auch die einzelnen Entwicklungsschritte nicht mehr nacheinander, sondern teilÂweise simultan ablaufen. Der Ãœbergang von der Entwicklung zur Fertigung – bisher der teuerste und zeitintensivste Abschnitt – lässt sich auf diese Weise drastisch verkürzen. Intelligente Fabriken können sich somit schneller auf ändernde Marktbedingungen und die immer schnellere Abfolge verschiedener Produktvarianten einstellen.
Die Intelligente Fabrik birgt aber mehr Potenzial, als nur die Planungen von Produkt und Fertigungsanlage zusammenzuführen. Aufgrund ihrer Definition als „umfassendes Netzwerk digitaler Modelle und Methoden“ ist sie prinzipiell geeignet, auch die Trennung von Planung und Fertigungsbetrieb zu überwinden. Informationen aus diesen beiden Gebieten können dann in einem Regelkreis nutzbar gemacht werden und zu einer wechselseitigen Optimierung beitragen. Das derart gewonnene und virtuell vorgehaltene Know-how geht in das Konstruktions- und Planungswissen für neue Projekte ein.
Erwerb von UGS Corp.
Siemens forciert die Methode des virtuellen Engineerings schon seit längerer Zeit und arbeitet dazu intensiv mit Partnern und Kunden zusammen. Nun stehen Lösungen für eine Ausweitung der Intelligenten Fabrik auf den Fertigungsprozess unmittelbar vor einem Durchbruch. Einen entscheidenden Schritt hierzu machte Siemens mit dem Erwerb der UGS Corp., Plano, Texas, USA, einem weltweit führenden Anbieter von PLM-Software (Product Lifecycle Management). Die einzigartige Kombination aus der virtuellen PLM-Welt von UGS und der physischen Automatisierungswelt von Siemens eröffnet die Möglichkeit, heute noch bestehende Schnittstellen abzubauen und Daten aus Produktplanung, Anlagenauslegung und Produktion reibungslos zu verknüpfen.
BMW Spartanburg
Einen ersten Vorgeschmack auf das ZusammenÂwirken von Siemens und UGS gab es bereits Anfang 2006 im BMW-Werk Spartanburg im amerikanischen South Carolina. Dort wurde im Rahmen eines kompletten Werkumbaus unter anderem die "Hochzeitsanlage" – sie verbindet Karosserie und Antriebsstrang in einem komplexen Fügegang miteinander – von Grund auf neu konzipiert. Mit einer von Siemens und UGS gemeinschaftlich entwickelten Software gelang es, diese Anlage vorab im Computer zu simulieren und jeden einzelnen Prozessschritt umfassend zu testen. Das Ergebnis war eindrucksvoll: Innerhalb nur eines Tages konnten die Ingenieure die reale Erst-Inbetriebnahme mit allen Basisfunktionen durchführen – ein Vorgang, der für vergleichbare Anlagen vorher bis zu acht Arbeitstage beanspruchte.
Die virtuelle Inbetriebnahme von Produktionsanlagen – in Spartanburg noch spektakuläre Neuerung – wird in wenigen Jahren Stand der Technik sein. Digitales Engineering und Produktion werden verschmelzen. Siemens spielt dabei eine Vorreiterrolle und kann nach der Akquisition von UGS als erster Industrieausrüster ein durchgängiges Hardware- und Softwareangebot über den kompletten Lebenszyklus von Produkten und Produktionsanlagen anbieten. Den Kunden wird dies ein völlig neues Maß an Effizienz ermöglichen.
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