Autor: Michael F. Zäh

Zunehmende Variantenvielfalt und kürzer werdende Lebenszyklen stellen die Maschinen- und Anlagenhersteller vor neue Herausforderungen. Dies führt dazu, dass Produktionsmaschinen in immer kürzerer Zeit entwickelt und in Betrieb genommen werden müssen. Zusätzlich hat der Entwicklungsprozess, aufgrund der Abhängigkeiten zwischen den mechatronischen Disziplinen Mechanik, Elektrik und Software, bei vielen Herstellern einen sequenziellen Charakter. Mangelnde Abstimmung zwischen diesen Bereichen führt zu Verzögerungen während der Inbetriebnahme. Durch systematische Wiederverwendung mechatronischer Module in Form mechatronischer Standards können Synergieeffekte mit Vorgängerprojekten erzielt werden. Dies spart Zeit und erhöht die Entwicklungsqualität.

In den meisten Unternehmen wurde bereits ein Bedarf für Flexibilität in der Produktion identifiziert, aber die Bestimmung des optimalen Maßes an Flexibilität ist immer noch eine große Herausforderung. Modelle, welche Unsicherheiten in der Bewertung berücksichtigen, sind sehr zeitaufwändig und benötigen aufgrund der Komplexität der Aufgabe eine unterstützende Software, welche jedoch oft nur für spezifische Probleme anwendbar ist. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Siemens AG und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften wurde eine Methode zur Bewertung von Flexibilität in der Produktion entwickelt, welche durch die Software PLANTCALC™ umgesetzt wird.

Die Montage von empfindlichen Bauteilen der Mikrosystem- oder Halbleitertechnik stellt hohe Herausforderungen an die Handhabungstechnik, da Beschädigungen durch Greif- oder Fügekräfte vermieden werden müssen. Am iwb werden deshalb berührungslose Handhabungstechnologien entwickelt, die mithilfe strömungsmechanischer Effekte ein schonendes Greifen von fragilen Dies und hochausgedünnten Wafern ermöglichen. Die Vorteile dieser Technologie sind ein verringerter Ausschuss während der Handhabung, eine erhöhte Bauteilausbeute pro Wafer sowie die Vermeidung von Kontaminationen durch Partikelabrieb.

Im Rahmen des Beitrags wird der Weg von der Vision bis zur Einführung der Digitalen Fabrik an einem Projektbeispiel aus der Luftfahrtindustrie beschrieben. Zuerst wird auf die Ausgangssituation in den Unternehmensbereichen eingegangen, die in das Projekt involviert waren. Anschließend wird ein Anwendungs- und Integrationskonzept für die mit Werkzeugen der Digitalen Fabrik unterstützte Produktionsplanung vorgestellt und bewertet. Der Ausblick und letzte Teil dieses Beitrags widmet sich den organisatorischen Herausforderungen, die zur zukünftigen Umsetzung der Digitalen Fabrik gemeistert werden müssen.

Produktionsanläufe sollen zukünftig vor allem schneller, aber auch insgesamt kostengünstiger durchgeführt werden. Auftretende Probleme müssen deshalb effizient gelöst werden. Voraussetzung dafür ist eine Planung, die bereits im Vorfeld eine Vielzahl von möglichen Reaktionsstrategien definiert. Ein anlaufspezifisches Risikomanagement ermöglicht es, diesen zusätzlichen Aufwand in Abhängigkeit von den erwarteten Schwierigkeiten zu bemessen und für die kritischen Prozessschritte eines Produktionsanlaufs mehrere Alternativen zu planen.

Mittelständische Industrieunternehmen setzen für ihre betrieblichen Abläufe Planungs- und Ausführungssysteme ein. Aufgrund der Turbulenzen auf Absatz- und Beschaffungsmärkten kann die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit dieser Unternehmen nur durch permanente Anpassungen der Organisationsstrukturen und -abläufe erfolgen. In der Praxis zeigt sich eine unzureichende technologische Anpassungsfähigkeit der heute eingesetzten Standardsoftwaresysteme. Diese lassen zwar während der Einführungsphase vielfältige Konfigurationsmöglichkeiten zu, Veränderungen im laufenden Betrieb sind aber meist nur mit großem Aufwand möglich. Hier sind die Softwarehersteller in Zukunft zunehmend gefordert, wandlungsfähige Auftragsabwicklungssysteme zu entwickeln. Über die Entwicklungsphase (Build-Time) hinaus muss auch parallel zur Betriebsphase (Run-Time) der technische Fortschritt aufgrund von geänderten Anforderungen durch entsprechende Softwarereleases synchronisiert werden.

Die Virtuelle Produktion ist ein Schlüsselelement zur Bewältigung von aktuellen Herausforderungen in der produzierenden Industrie. Jedoch existieren in der Praxis vielfach Defizite im Bereich der Definition von Inhalten sowie der Festlegung einer Umsetzungsstrategie bezüglich der Virtuellen Produktion. Deshalb wird in diesem Beitrag - ausgehend von einer Darstellung der Definition und der Struktur - auf die Kernbereiche der Virtuellen Produktion eingegangen. Anschließend werden die essenziellen Schritte veranschaulicht, die zu einer ganzheitlichen Virtuellen Produktion sowie zu einer Vermeidung von Insellösungen notwendig sind.

Die Bedeutung des Menschen als wichtigster und wertvollster Produktionsfaktor ist heute unbestritten. Flexibilität, Kreativität und ein hohes Problemlösungspotenzial zeichnen den Menschen aus. Damit der Mensch seine Arbeit unter den turbulenten Randbedingungen produzierender Unternehmen erfüllen kann, muss er durch geeignete Informationstechnologie unterstützt werden. Eine „Just-in-Time“-Bereitstellung wird heute für das Material vorausgesetzt, nicht aber für die Information. Zielsetzung ist es daher, den Produktionsmitarbeiter möglichst effizient mit relevanten Informationen, am entsprechenden Ort, zum richtigen Zeitpunkt und in der entsprechenden Qualität zu versorgen. Neue Potenziale, um dieses Ziel zu erreichen, bieten Technologien wie Multimedia, Augmented Vision (AV) und Augmented Reality (AR). Im Beitrag werden die Einsatzpotenziale dieser Technologien aufgezeigt und praxisorientierten Anwendungen vorgestellt.