Auf dem Weg zur digitalen Fabrik

Wie gelingt es der Industrie, Nachhaltigkeits- und Rentabilitätsziele miteinander zu vereinbaren? Siemens präsentiert eine Antwort in Form einer Kombination aus Software, Hardware und digitalen Services.

Bei seinem Digital-Enterprise-Konzept setzt der Technologiekonzern auf die digitale Abbildung verschiedenster Produktions- und Geschäftsprozesse. Die so geschaffene Verbindung von realer und digitaler Welt ermöglicht einen kontinuierlichen offenen Optimierungskreislauf für Produkte und Produktion. Wie das konkret funktioniert, demonstriert Siemens auf der Hannover Messe am Beispiel eines Elektrofahrzeugherstellers, der Fahrleistungen sowie Reichweite optimieren, zugleich aber nachhaltig und rentabel wirtschaften muss.

Eine virtuelle Produktionsreise zeigt, wie ein Unternehmen bei der Weiterentwicklung seines Elektroautos Leistungsdaten der ersten Modellgeneration in eine Computersimulation, den sogenannten Digitalen Zwilling, einspeist. Anhand dieser Daten lassen sich Engineering und verschiedene Prozesse simulieren, um Optimierungspotenzial zu ermitteln. Samuel Schäfer, Director Industry Market Development bei Siemens, nennt ein Beispiel: „Wie kann die Energieeffizienz verbessert werden bei gleichzeitigem Erhalt oder sogar einer Erhöhung der Antriebsleistung? Gewichtsreduktion spielt hier eine ebenso wichtige Rolle wie das Temperaturverhalten der Batterien.“

Diese Optimierung des Autos in der digitalen Welt schafft enorme Vorteile: Ingenieure können nun ohne großen Aufwand alle denkbaren Szenarien in Simulationen durchspielen, um die bestmögliche Kombination aus mechanischen und elektrischen Systemen zu finden. Innovative Leichtbaukomponenten aus dem 3D-Drucker etwa erhöhen die Reichweite und Leistung eines Fahrzeugs.

Virtuelle Tests schonen Ressourcen

Quartiere nachhaltig gestalten mit dem Digitalen Zwilling

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Das Ganze passiert, noch bevor der erste reale Prototyp gebaut wird oder gar die Serienfertigung beginnt. „Wir bleiben so lange wie möglich in der virtuellen Welt“, erklärt Schäfer. „So spart sich ein Unternehmen nicht nur erhebliche Mengen an Material für die Produktion von Prototypen, sondern auch viele Kilometer an realen Testfahrten – beides senkt die Kosten und schont zugleich die Umwelt.“ Der Digitale Zwilling helfe auch, die Herstellbarkeit der Komponenten zu prüfen und den Entwurf für das kommende Modell anhand der Markt- oder Kundenanforderungen zu validieren.

Steht das neue Fahrzeug auf der Straße, geht die Datenanalyse weiter. Das Fahrzeug sammelt kontinuierlich Informationen aus dem realen Betrieb, um den Digitalen Zwilling auf dem neuesten Stand zu halten. Dies versetzt einen Hersteller in die Lage, auch weitere Anpassungen an Soft- und Hardware des Fahrzeugs zu simulieren und virtuell zu erproben – alles im Sinne einer effizienten kontinuierlichen Verbesserung des Produkts.

Doch geht es nicht um das Fahrzeug allein, das Digital-Enterprise-Konzept setzt weit früher an: Noch bevor die Produktionslinie in der realen Welt gebaut wird, ermöglicht die digitale Produktionsplanung die Optimierung der zugehörigen Prozesse und Materialflüsse. Die Montage von Zulieferteilen lässt sich Schäfer zufolge genauso simulieren wie die effizientere Produktion verschiedener Fahrzeugvarianten mit Hilfe fahrerloser Transportsysteme und mobiler Roboter, die mit Industrial 5G über ein Kommunikationsnetz der fünften Generation drahtloser Breitbandtechnologie zusammenarbeiten.

E-Mobilität fördert Innovationsfreude

Der Umschwung in Richtung E-Mobilität habe die Offenheit der Automobilindustrie für solche Innovationen im Fertigungsprozess gesteigert, konstatiert Philipp Raab, Head of Strategy, Planning and Operations bei Siemens. „Insbesondere neue Player nutzen die innovativen Möglichkeiten, die unser Know-how bietet. So hat der 2017 gegründete Automobil-Hersteller Vinfast etwa seine Produktion in nur 21 Monaten mit Hilfe unseres Digital-Enterprise-Portfolios aufgebaut“, so Raab.

Da alle Beteiligten Zugang zu den dabei entstehenden offenen Planungs- und Produktionssystemen haben, können Ingenieure Maschinen entwickeln, die genau auf die für den Produktionsprozess notwendigen Anforderungen zugeschnitten sind. Ein weiterer handfester Vorteil: „Die Zahl der Rückrufaktionen aufgrund von Mängeln lässt sich senken, da Fehler bei Produktentwicklung oder -fertigung früher auffallen“, führt Schäfer aus.

Daten verwandeln sich für Fahrzeughersteller so in eine wertvolle Ressource, um die Effizienz der Antriebs- und Produktionssysteme sowie ihre Kompatibilität mit heutigen und zukünftigen Standards sicherzustellen – gerade auch im Hinblick auf Nachhaltigkeit. „Nimmt man alle Aspekte zusammen, kann man von einer Revolution des Entwicklungs- und Fertigungsprozesses sprechen“, so Schäfers Einschätzung.

Die nachhaltige Transformation der Wirtschaft hat begonnen. Für die Industrie bedeutet das große Veränderungen. Samuel Schäfer erklärt im Interview, wie die Siemens Enterprise Strategie Industrie-, Nachhaltigkeits und Profitabilitätsziele vereint.

Siemens bei der Hannover Messe

Auch andere Industriezweige profitieren

Eine Chance nicht nur für die Autobranche, sind Industrie und produzierendes Gewerbe allgemein doch für etwa 20 Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes und rund 30 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. Steigende Energiepreise, Regulierungen im Sinne des Umweltschutzes, aber auch das wachsende Umweltbewusstsein der Verbraucher selbst und ihr Verlangen nach nachhaltigen Produkten stellen Unternehmen aller Industriezweige daher vor existenzielle Herausforderungen.

Sie treibt die Frage um, wie sich Nachhaltigkeit, geringerer Ressourcenverbrauch und eine effiziente sowie flexible Produktion vereinbaren lassen. Eine mögliche Antwort liefert Raab und Schäfer zufolge das offene Ökosystem von Siemens, das auf eine Vernetzung verschiedener Player setzt: Es hilft Unternehmen, durch Kooperation ihren CO2-Fußabdruck zu messen und zu verringern – von der Entwicklung eines Produkts über die Produktionsanlagen bis hin zur gesamten Lieferkette. Zusätzlich helfen nachhaltige Stromverteilungslösungen des Technologiekonzerns, den Energieverbrauch von Produktions- und Bürogebäuden sowie übriger Infrastruktur zu senken.

Siemens sieht sich bei alldem als Partner der Industrie, die durch die weitreichende Digitalisierung von Arbeitsprozessen den Schlüssel zu einem vollständig auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Fertigungsprozess entlang der gesamten Wertschöpfungskette erhält. Die Ziele: Energieverbrauch und damit Schadstoffemissionen spürbar senken sowie die Transformation zur Industrie 4.0 bewältigen. Schäfer: „Letztlich geht es darum, nachhaltig und wettbewerbsfähig zu sein. Zum Wohle der Gesellschaft und Kunden. Dazu wollen wir beitragen.“

Das vollständige Interview mit Samuel Schäfer auf der Hannover Messe finden Sie im oben stehenden Video.