Open-Access-Beiträge

Um zukünftig Verbesserungen der zirkulären Produkteigenschaften wie Lebenszeitverlängerung, Weiternutzung oder hochwertiges Recycling zu realisieren, müssen industrielle Produktentwicklungs- und Designprozesse den gesamten ökologischen und ökonomischen Lebenszyklus von Produkten berücksichtigen. Dieser Artikel erläutert an einem Unternehmensbeispiel, wie solche Prozesse mithilfe der Makigami-Methode erfasst und analysiert werden können, um ein umfassendes „Design for Circularity“ zu unterstützen. Der gewählte Ansatz erleichtert die Identifikation der Anwendungszeitpunkte zirkulärer Designentscheidungen und die Implementierung validierter Kreislaufwirtschaftsprinzipien.

Die Entwicklung von Textilprodukten ist mit hohem Material-, Zeit-, Personal- und Kostenaufwand verbunden. Bisher ist der Entwicklungsprozess geprägt von einer empirischen Vorgehensweise, die auf dem Knowhow langjähriger Fachkräfte beruht. Dieses Expertenwissen ist kaum dokumentiert und damit nicht beliebig abrufbar und reproduzierbar. Aufgrund des Fachkräftemangels und der Altersstruktur der Beschäftigten in der Textilbranche ist der langfristige Wissenstransfer gefährdet. Eine verlässliche Dokumentation der Prozesse durch digitale Zwillinge würde dem entgegenwirken. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Entwicklung Experimentierbarer Digitaler Material-(EDMZ) und Prozesszwillinge (EDPZ) sowie deren Einsatz zur Realisierung eines digitalen Produktentwicklungsprozesses, was die Ramp-Up-Phase beschleunigt und die Entwicklungskosten um bis zu 60 % reduzieren kann.

Das Wire Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM, ist ein additives Fertigungsverfahren, welches metallische Bauteile auf Grundlage des Lichtbogenschweißens fertigt. Additive Fertigung ist laut DIN EN ISO/ASTM 52900 ein Prozess, welcher Bauteile aus 3D-Modelldaten schichtweise herstellt. Die grundlegenden Komponenten sind ein Schweißgerät, welches die benötigte Energie zum Schmelzen des Metalldrahts in den Prozess einbringt sowie eine Führungsmaschine, welche die vorgegebene Geometrie des Bauteils abfährt. Anwendungsbereiche sind Rapid Prototyping und Tooling, Direct Manufacturing und Additive Repair. Die größten Vorteile stellen die kostengünstige Anlagentechnik und die hohen Abscheidungsraten dar. Nachteilig am Verfahren sind die mangelnde Prozessstabilität und Wiederholgenauigkeit. Der Beitrag soll dazu dienen, den Fertigungsprozess des WAAM-Verfahrens übersichtlich darzustellen, und dabei auf die komplexen Wechselwirkungen eingehen.

Der vorliegende Beitrag behandelt das Konzept des Industrial Metaverse und seine potenziellen Auswirkungen auf die produzierende Industrie. Dabei werden zunächst die Möglichkeiten des Industrial Metaverse allgemein erläutert und anschließend mögliche resultierende Funktionalitäten für die Produktionstechnik entlang des Lebenszyklus dargestellt. Für die beiden Themenfelder „Synthetische Datengenerierung“ und „Virtuelle Qualifizierung“ werden die Implikationen des Industrial Metaverse intensiver betrachtet.

Veränderungen im wirtschaftlichen Umfeld erzeugen immer wieder neue Herausforderungen für Unternehmen. So sind eine regelmäßige Prüfung der Positionierung gegenüber Wettbewerbern, eine Adaption aufkommender Innovationen und die Sicherung von Wettbewerbsvorteilen unabdingbar. Zur Berücksichtigung solcher Veränderungen ist ein vollumfängliches Wissen über die eigenen Prozesse und eine damit einhergehende hohe Transparenz der Ablauforganisation des Unternehmens notwendig. Der Prozess, dargestellt in einer auf Modellen basierenden Dokumentation, nimmt dabei als Abbildung der Tätigkeiten einen bedeutenden Stellenwert ein. Die Anwendung einer Modellierungssprache aus dem Bereich der semantischen Standardisierung verhilft den modellierten Prozessen zu einer hohen Transparenz und Nachvollziehbarkeit.

Energieintensive Unternehmen stehen durch globale Entwicklungen vor Herausforderungen bei Preisen und Versorgungssicherheit, während Kunden mehr Informationen zu Energiekennzahlen und CO₂-Emissionen verlangen. Eine energiedatenbasierte Simulationsmethode extrahiert aktuelle und historische Daten aus dem EDMS, erstellt einen energetischen digitalen Schatten und ermöglicht Simulationen der Energiebedarfe, Optimierung der Produktionsplanung und chargen- sowie produktscharfe Ressourcenpässe.

Durch Megatrends wie Mass Customization verkürzen sich die Produktlebenszyklen immer weiter, während die Variantenvielfalt stark ansteigt. Dadurch entstehen neue Herausforderungen für die Produktion, insbesondere in der Montage. Zur Lösung dieser Problemstellungen kann die Automatisierung der Montage ein wichtiges Hilfsmittel sein. Dieser Beitrag gibt Einblick in eine Studie, in der Experten aus mittelständischen Unternehmen zur genannten Thematik befragt wurden. Er zeigt die bestehenden Hemmnisse sowie Treiber der Automatisierung auf und leitet Handlungsmaßnahmen für KMU ab, wie diese eine zukunftsfähige Produktion in Deutschland aufrechterhalten können.

Globale Liefer- und Wertschöpfungsketten sind komplex und hochgradig vernetzt. Ein temporärer Ausfall eines einzelnen Lieferanten aufgrund von Naturkatastrophen, politischen Konflikten oder Pandemien kann weitreichende Folgen für Wertschöpfungsprozesse an vielen anderen Standorten haben. Der Beitrag skizziert strategische Optionen für Unternehmen, um die Resilienz ihrer Wertschöpfungsketten zu verbessern. Mögliche Optionen sind die Ausweitung lokaler oder globaler Lieferketten, die regionale Konzentration oder globale Diversifizierung der eigenen Produktionskapazitäten von Unternehmen sowie das Insourcing oder Outsourcing von Wertschöpfungsaktivitäten. Anhand der Daten von 314 deutschen Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes wird der Zusammenhang des Einsatzes verschiedener digitaler Technologien und Organisationskonzepte mit der Umsetzung der verschiedenen Wertschöpfungsoptionen untersucht.

Jüngst zeigte die Corona-Pandemie zum Teil erhebliche Defizite in den Wertschöpfungsnetzwerken der Gesundheitsindustrie auf, da Bedarfe nicht schnell genug erfasst und Produktionssysteme sowie -prozesse nicht zeitnah adaptiert werden konnten. Märkte und Lieferketten brachen zusammen, sodass spontane Engpässe entstanden, die insbesondere im medizinischen Bereich fatale Auswirkungen hatten. Dem damit offengelegten Resilienzbedarf der Unternehmen muss adäquat begegnet werden, um diese auf weitere krisenbedingte Störungen vorzubereiten und deren Folgen abzumildern. Der Beitrag stellt daher ein Konzept vor, das auf die Steigerung der Resilienz von Unternehmen der Gesundheitsindustrie und deren Wertschöpfungsnetzwerk abzielt.

Die Weltwirtschaft steht unter Spannung. Schon seit Jahren stockt die Globalisierung, Handel, Produktions- und Kapitalverflechtungen entwickelten sich bestenfalls seitwärts. In jüngster Zeit sorgten mit der Pandemie, den zunehmenden geopolitischen Spannungen - vor allem, aber nicht nur - zwischen den USA und China sowie dem Ukraine-Krieg gleich drei Entwicklungen für zusätzliche Verwerfungen. Lieferketten brachen, Vorprodukte fehlten, Produktion fiel aus. Entsprechend groß ist nun der Wunsch nach Unabhängigkeit. Den Weg dahin sollen vielerorts Subventionen bereiten. In einigen Bereichen ist diesbezüglich ein regelrechter Wettbewerb entbrannt. Wie dieser Wettbewerb aussieht, welche Vor- und Nachteile mit Subventionen einhergehen und wie der eingeschlagene Weg aus ökonomischer Sicht zu bewerten ist, ist Gegenstand dieses Beitrags.