Mit der Digitalisierung in technischen Unternehmen steigt die Anzahl der Systeme, in denen produktionsbezogene Informationen erstellt werden. Auch die Datenmengen werden immer größer und heterogener. Heute werden Daten in einer Vielzahl von Systemen erzeugt: M-CAD, elektrische und elektronische CAD-Software, sowie produktrelevante digitale Informationen in Bürodokumenten, im ERP-System, im CRM- oder Support-System.
Die Verwaltung dieser Daten ist komplex, da sie über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts hinweg berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen der integrativen Zusammenarbeit zwischen allen Abteilungen ist es auch wichtig, dass nicht jeder nur mit seinen eigenen Daten arbeitet. Die manuelle Übertragung von Informationen von einem System zum nächsten ist jedoch eine ständige Fehlerquelle.
Der Begriff Digitalisierung wird in diesem Zusammenhang oft zu kurz interpretiert.
Bei laufendem Geschäftsbetrieb genauso innovativ sein wie ein Start-up: Der deutsche Mittelstand hat im technologischen Umfeld immer noch Schwierigkeiten mit diesem Spagat. Technologien zu verfeinern und sie an die Weltspitze zu bringen – da macht den deutschen Ingenieuren so leicht keiner was vor. Was derzeit im Rahmen der Digitalisierung geschieht, ist mehr als nur eine technologische Entwicklung. Es ist eine Revolution, bei der viele etablierte Unternehmen bereits von einem bis gestern noch unbekannten Konkurrenten überrollt wurden – Stichwort disruptive Innovation.
Disruptive Innovation entsteht nicht in erster Linie durch technologische Differenzierung, sondern durch das Geschäftsmodell. Gerade diese Eigenschaft stellt eine besondere Herausforderung für die Digitalisierung im deutschen Mittelstand, im Maschinenbau, im Anlagenbau oder anderen Branchen dar. Als etabliertes Unternehmen können Sie nicht einfach wegwerfen, was Sie bereits haben, und sich sorglos und mit aller Kraft neuen Ideen widmen. Vielmehr müssen Sie einen zweigleisigen Ansatz verfolgen, um innovative Dinge wirtschaftlich abzusichern: das bestehende Modell weiter nutzen und es gleichzeitig übertragen.
Aber wie können Sie mit sich selbst und in vollem Tempo disruptiv sein? Wie können Sie unbelastet von bestehenden Verpflichtungen mit der gleichen Dynamik und dem gleichen Enthusiasmus wie ein Start-up im Silicon Valley neue Wege gehen?
Die wichtigsten Faktoren bei der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle sind Timing und Management. Nicht der „frühe Vogel“ fängt den Wurm, sondern derjenige, der richtig positioniert ist, wenn die „frühe Mehrheit“ der Kunden eintrifft, d.h. die größte Gruppe von Käufern, die das neue Produkt oder die Dienstleistung nachfragen.
Aus der Perspektive von PDM/PLM-Systemen betrachtet, ist die Grundlage für die Prozesssteuerung in der Industrie 4.0-orientierten Produktion die vollständige Verwaltung von Produktdaten.
„Das effiziente und effektive Management dieses digitalen Produktmodells von der Entwicklung über den Vertrieb, die Produktion und die Inbetriebnahme bis hin zur Nutzung durch den Kunden und die Sicherstellung der mit dem Produkt verbundenen Dienstleistungen“ – dies wird seit Beginn des neuen Jahrtausends als Produktlebenszyklus bezeichnet. Management oder PLM. Und zunehmend umfasst PLM nicht nur die mechanischen Geometriedatenmodelle, sondern auch die Logik der elektrischen und elektronischen Systeme und die Programme der eingebetteten Software.
Diese Verwaltung von Produktdaten ist die Grundvoraussetzung dafür, dass moderne, „intelligente“ und vernetzte Produkte ihre Funktion erfüllen und auf dem globalen Markt erfolgreich sein können. Sie ist die Grundvoraussetzung dafür, dass die Produktion in einem „intelligenteren“ Netzwerk organisiert werden kann. Sie ist die Grundvoraussetzung für Industrie 4.0.“ (Hechenberger Thesen des Sendler-Kreises)
In der Praxis finden Sie oft Prozesse, die nur scheinbar digital sind. Ein echter digitaler Geschäftsprozess zeichnet sich jedoch nur dadurch aus, dass verwertbare Informationen zur Verfügung stehen, die weiterverarbeitet werden können.
Heute muss man schon genau hinsehen, um falsche von echten digitalen Geschäftsprozessen zu unterscheiden. Nur weil es kein Papier mehr gibt, heißt das nicht, dass die Informationen digital sind. Vielmehr ist sie nur „elektronisiert“. Die eingescannte Rechnung, die ein Lieferant seinem Kunden per E-Mail schickt, ist ein typisches Beispiel. Die darin enthaltenen Rechnungsinformationen sind nicht digital verwertbar. Aber Sie brauchen echte digitale Informationen für einen echten digitalen Geschäftsprozess.
Dazu müssen – im Falle der Rechnung – die Bilddaten zunächst mit optischer Zeichenerkennung ausgelesen, Kopf- und Positionsdaten erkannt und idealerweise mit einem zugrunde liegenden Auftrag im ERP-System verglichen werden. Wenn die Bestell- und Rechnungswerte übereinstimmen, wird ein Workflow eingesetzt, der die Rechnungsdaten zur Zahlung an die Finanzbuchhaltung weiterleitet – die klassische Dunkelbuchung ohne menschliches Zutun und ein Paradebeispiel für einen echten digitalen Geschäftsprozess. Dies kennzeichnet also: digital verarbeitbare Informationen, die von Maschinen und Systemen verarbeitet werden, die zu diesem Zweck miteinander verbunden sind.
Was für Rechnungen in einer kommerziellen Umgebung gilt, kann auf Design und Entwicklung übertragen werden, d.h. auf die in einem Product Lifecycle Management System (PLM) verfügbaren Informationen. In diesem Fall handelt es sich um alle Daten und Prozesse, die mit dem Produktmanagement zusammenhängen. Ein Änderungsantrag für ein Produkt als PDF, der in der PLM-Software erstellt wurde, ist noch nicht funktionsfähig, d.h. eine digital verarbeitbare Information. Vielmehr müssen die entsprechenden Informationen in der Anfrage „Ändern Sie das folgende Teil auf diese Weise“ separat verfügbar und mit der zugehörigen Komponente im PLM-System verknüpft sein. Nur dann können Verbindungen hergestellt werden. Die bloße Tatsache, dass die einzelnen Änderungspositionen in der Anwendung aufgeführt sind, ermöglicht keine vollständig digitale Zuordnung. Und es sind nicht nur die Informationen über die Änderung, die digital verfügbar und mit der Änderungsdokumentation verknüpft sein müssen. Aber auch die Aufgabe, die sich daraus ergibt.
Wenn ein digitaler Geschäftsprozess in der PLM-Umgebung erstellt werden soll, reicht es nicht aus, eine Aufgabe per E-Mail zu versenden und die betreffenden Komponenten als Anhang anzuhängen. Vielmehr muss die Aufgabe in der PLM-Software über eine Aufgabendatei zugewiesen werden und jedes Dokument ist nur einmal vorhanden. Der Änderungsprozess im PLM-System steuert dann alle Produktdaten und Dokumente, die mit der Änderung verbunden sind, zusammen mit der Aufgabendatei. Ein PLM-System als Produktdaten-Backbone ist die Voraussetzung für einen solchen Änderungsprozess, denn es steht in direktem Zusammenhang mit Produktdaten, die im gesamten Unternehmen erstellt werden. Nur so ist es möglich, den Wandel von der Reklamation über das Änderungsmanagement bis zur Entwicklung konsequent zu managen oder aus einer Maschinen- und Lebenslaufakte auf Knopfdruck einen digitalen Informationszwilling zu erstellen.
Diese beiden Szenarien zeigen, was einen echten digitalen Prozess ausmacht. Ein Unternehmen betreibt nur dann eine durchgängige Digitalisierung, wenn es Informationen aus CAD, ERP und PLM digital zur Verfügung stellt und dafür sorgt, dass sie sofort von anderen Systemen genutzt werden können. Informationen müssen daher in ihrer digitalen Form ohne menschliche Interaktion genutzt werden können, um Aktionen und nachgelagerte Prozesse auszulösen. Dies wird dann als digitales „Impact Management“ bezeichnet. Um die Digitalisierung in technischen Unternehmen richtig betreiben zu können, brauchen Sie eine entsprechende digitale Plattform. Ein Produktdaten-Backbone stellt eine solche Informationsbasis dar.
Ein Unternehmen muss dafür die notwendigen IT-technischen Voraussetzungen schaffen. Es gibt drei Bereiche, die für die Digitalisierung unerlässlich sind: das ERP-System (mit SCM, Business Intelligence und Wartung) zur Verknüpfung von Produktion, Finanzen, Vertrieb und Service, die Office-Systeme einschließlich Intranet, Portal und CRM-System sowie die PLM-Software für Produktentwicklung und -management – das Product Data Backbone .
Die Entwicklung von immer anspruchsvolleren mechatronischen Systemen erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Spezialisten aus allen beteiligten Disziplinen. Wenn Sie ein neues Produkt entwerfen oder es grundlegend umgestalten, kann und soll zu Beginn oft nicht genau erkannt werden, welche Funktion mit welcher Technologie umgesetzt wird. Vielmehr ist es zunächst wichtig, die Funktionalität eines Produkts sehr genau zu beschreiben. So kann jeder, der an der Entwicklung, Herstellung und Vermarktung beteiligt ist, sehen, was zu tun ist. Das ist die Aufgabe der Systemtechnik.
Die Systementwicklung ist die erste Phase des Produktlebenszyklusmanagements. Es begleitet auch alle nachfolgenden Phasen des PLM-Prozesses. Systems Engineering und Product Lifecycle Management müssen daher eng miteinander verbunden sein. Systemorientiertes Design, losgelöst von der Form der Umsetzung in Mechanik, Elektrik oder Software, wird in Zukunft enorm an Bedeutung gewinnen und stellt einen zentralen Punkt einer Industrie 4.0 Strategie dar.
Die Produkte müssen nun stärker durch das Geschäftsmodell definiert werden. Dazu ist es wichtig, eine Brücke zwischen der Entwicklung in den jeweiligen Abteilungen und dem Geschäftsmodell zu schlagen. Diese Brücke ist die Systemtechnik, die als übergeordnetes Konzept angewendet werden soll. In Zukunft wird der Anteil von Software und Elektronik in Produkten steigen und damit auch der Marktdruck, solche Produktkomponenten anzubieten. Die Verschiebung der Anteile am Wertangebot wird zur treibenden Kraft für die Methoden der Systemtechnik. Durch ihren Einsatz werden Produktzyklen verkürzt und die gesamte Entwicklung zeichnet sich durch eine größere Dynamik über den gesamten Lebenszyklus des Produkts aus.
Maschinen und Anlagen werden in ihrer Struktur immer komplexer; der Produktanteil von Elektronik und Software im Vergleich zur reinen Mechanik nimmt im Hinblick auf die Digitalisierung und Industrie 4.0 stetig zu. Wenn die Produktinformationen aller Komponenten eines Systems über seinen gesamten Lebenszyklus in einem Produkt- und Dokumenten-Lebenszyklus-Management-System (PDM/PLM-Software) zusammengeführt werden, entsteht ein digitaler Informationszwilling des an den Kunden ausgelieferten Systems.
Computergestützte Modelle von Objekten, an denen virtuelle Simulationen durchgeführt werden können, machen seit einiger Zeit unter dem Begriff der digitalen Zwillinge von sich reden. Die Digitalisierung wird im Maschinen- und Anlagenbau als Konzept im Zusammenhang mit Industrie 4.0 diskutiert. Als Abbild eines Prozesses, eines Produkts und einer Dienstleistung verbindet der digitale Zwilling die reale und die virtuelle Welt. An einem realen Objekt installierte Sensoren übermitteln ihre Daten an den digitalen Zwilling, der sie verarbeitet und auswertet. Die Überwachung von Systemen macht es einfacher, Fehler zu erkennen und Probleme zu vermeiden, bevor sie auftreten.
Im Geschäftsalltag sind komplette digitale Zwillinge dieser Art aufgrund der damit verbundenen technischen Anforderungen noch nicht über das Anfangsstadium hinausgewachsen. Derzeit werden einzelne Teile des Systems aus der Ferne überwacht, zum Beispiel um eine vorausschauende Wartung zu gewährleisten. Die technische Grundlage für einen digitalen Zwilling ist eine konsistente digitale Plattform, die produktrelevante Dokumente und Informationen verknüpft und über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg zur Verfügung stellt.
Maschinen- und Lebenslaufakten als eine Form des digitalen Zwillings
Einfacher zu implementieren als ein vollständig digitales Bild ist ein „digitaler Informationszwilling“. Dies ist eine Lebenslaufakte eines Produkts/Systems. Es basiert auf der technischen Struktur aller Elemente des Systems und fasst alle damit verbundenen Informationen, die für die Produktentwicklung und das Produktmanagement relevant sind, an einem zentralen Ort zusammen. Produktdaten und Dokumente fließen in der Lebenszyklusakte über den gesamten Lebenszyklus des Systems zusammen. Diese Informationen über ein Produkt werden kundenbezogen oder projektspezifisch zusammengeführt und stellen die gelieferte Maschine als digitalen Informationszwilling dar.
Um beispielsweise wiederkehrende Fehler in einer Anlage im Hinblick auf die Produktqualität beurteilen zu können, muss eindeutig dokumentiert werden, wie jede einzelne Maschine beim Kunden aussieht. Welche Pumpe und welcher Motor wurden installiert? Welche Änderungen hat dieser Motor bereits erfahren? Welche Softwareversion befindet sich in der Antriebssteuerung? Wo finden Sie die entsprechende Beschreibung? Anhand der vollständigen digitalen Dokumentation, die auf Knopfdruck abrufbar ist, lassen sich die Schlussfolgerungen aus Störungen besser beurteilen. Der Hersteller kann auch automatisch Dokumentationen erstellen, ursprüngliche Anforderungen abbilden oder die Auswirkungen von Änderungswünschen analysieren.
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