Durch flexible Produktionssysteme Unsicherheit und Volatilität entgegnen. Dazu müssen starre Verbünde gelöst und auch die Produktions- und Fertigungsplanung flexibilisiert werden. Digitale Zwillinge können helfen, die Produktion in Losgröße 1 zu ermöglichen und dabei Abweichungen im Materialfluss zu kompensieren.
(Bild: ©Universität Stuttgart/ ISW, Sven Cichowicz)
Fehlerfrei, kundenindividuell und adaptiv, so die Wunschvorstellung zukünftiger Produktionssysteme. Ermöglicht durch digitale Zwillinge, eine neue Infrastruktur der Produktion und neue Methoden zur Wandlungsfähigkeit – Doch wie genau? Dieser Frage stellt sich das Forschungsprojekt mit dem Titel ‚Software-defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zuliefererindustrie‘, kurz SDM4FZI. Fazit vorweg: Es bedarf eines Paradigmenwechsels in der Produktion sowie in den Methoden der Fertigungs- und Produktionsplanung, um in flexiblen Produktionssystemen qualitativ hochwertig zu fertigen. Mit Blick auf heutige Produktionssysteme zeigen sich diesbezüglich verschiedene Herausforderungen:
Trotz dieser Widersprüche zum eingangs genannten fehlerfreien, kundenindividuellen und adaptivem System zeigt sich diese als festes Ziel, um als Unternehmen Zeiten von Konsumermärkten, Unsicherheit und Volatilität profitabel arbeiten zu können. Was allerdings bleibt ist die Frage, wie dies mit digitalen Zwillingen gelingen kann.
Ein digitaler Zwilling ist laut Definition eine vollständige digitale Repräsentation eines identifizierbaren Gegenstands (Entität), die genügt Anwendungsfälle zu erfüllen. Diese Entität stellt den Gegenstand nicht nur in seinem aktuellen Zustand dar, sondern kann auch historische Daten beinhalten sowie Fähigkeiten und Verknüpfungen zu weiteren digitalen Zwillingen darstellen. Die Umsetzung eines solchen digitalen Zwillings kann beispielsweise in Verwaltungsschalen geschehen.
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Somit können auch verschiedene für die Planung notwendige Produktionsgegenstände in digitalen Zwillingen abgebildet werden. Deren Verknüpfung verlagert Optimierungen in den digitalen Raum. Dazu bedarf es allerdings einer Modellierung dieser digitalen Abbilder. Diese wird klassischerweise in einer Produkt-Prozess-Ressourcen-Modellierung (kurz: PPR) vorgenommen und um zusätzliche Entitäten, wie die Werkstücke und den Produktionsprozess zur individuellen Verwaltung erweitert.
Basierend auf dieser Modellierung der digitalen Zwillinge wird im Folgenden die iterative Planung und deren Nutzen zur Abweichungskompensation im Materialfluss dargestellt.
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.
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 adaptivem Produktionssystem näher kommen.
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