Welche Bedeutung hat die Digitale Fabrik für die Industrie 4.0?

Beitragsautorin: Sandra Bickelhaupt, März 2018

Inhaltsverzeichnis

Begriffsdefinition

„Die Digitale Fabrik ist ein Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen – u.a. der Simulation und dreidimensionalen Visualisierung – die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Strukturen, Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik in Verbindung mit dem Produkt.“
[VDI 4499 Blatt 1, 08]

Der Schwerpunkt der Digitalen Fabrik liegt auf der Produktionsplanung und der Gestaltung der Fabrik, wie in Abbildung 1 dargestellt.

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Abbbildung 1: Anwendungsgebiete – Fokus der Digitalen Fabrik
Foto: (c) gemakom

Die Produktionsplanung kann in verschiedene Teile gegliedert werden. Diese Teile sind in Abbildung 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Digitale Fabrik das zentrale Bindeglied ist und jeden Teil mit verschiedenen digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen unterstützen kann.

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Abbbildung 2: Digitale Fabrik
Foto: (c) computer-automation

Einordnung in den Kontext

Die Digitale Fabrik wird heutzutage schon in vielen Branchen eingesetzt. Zwar hat noch kein Unternehmen die Digitale Fabrik flächendeckend integriert, aber ihre Software-Werkzeuge gelten unter anderem als zentraler Aspekt für die Industrie 4.0. [BGW11]

Mit der Digitalen Fabrik, die digitale Modelle, Methoden und Werkzeuge umfasst, können Prozesse und Produkte virtuell abgebildet werden. So kann man am Rechner zuerst die Produkte und deren Fertigung am Rechner planen und simulieren. Die gesamte Produktionsplanung kann somit virtuell abgebildet werden. [Stre16]

Es entsteht die Virtuelle Fabrik. Hieraus ergeben sich verschiedene Nutzen. So kann zum einen eine gemeinsame Datenbasis aufgebaut werden, auf die verschiedene Bereiche eines Unternehmens zugreifen können. Diese Daten sind dann digital abgesichert. Zum anderen ermöglicht die Nutzung von Standardbibliotheken eine höhere Planungsgeschwindigkeit. Durch verbesserte Abstimmungsprozesse zwischen Entwicklung und der Produktionsplanung wird mehr übergreifend bzw. parallel gearbeitet. Es kommt zum Simultaneous Engineering.

So ergibt sich die Möglichkeit, sich Marktvorteile durch schnellere Produkteinführungen zu verschaffen. Zudem können Produktionskosten gesenkt und die Produktqualität und Produktionsstätten verbessert werden. [BGW11]

Nachdem die Virtuelle Fabrik in die Realität umgesetzt wurde, kann man von der realen Fabrik zur Smarten Fabrik übergehen. Bei der Smarten Fabrik werden alle Komponenten der realen Fabrik vernetzt und können miteinander kommunizieren. Unter den Komponenten werden Maschinen, Menschen, Werkzeuge und Ressourcen zusammengefasst. In der Abbildung 3 sieht man, dass die Digitale Fabrik (hier: Digitale Fabrik- und Prozessplanung) ein Bestandteil der Smarten Fabrik ist.

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Abbbildung 3: Smart Factory
Foto: (c) iff.fraunhofer

Mit Unterstützung der Smarten Fabrik kann man wie auch schon bei der Digitalen Fabrik effizienter arbeiten und zudem auch produzieren. Die Fabrik ist flexibler und kann auch steigende Komplexitäten beherrschen. Zwar ist der Gedanke von der Smarten Fabrik heute noch nicht ganz umsetzbar, aber durch den Grundstein mit der Digitalen Fabrik ergeben sich neue Wege für die Digitalisierung und die Industrie 4.0. Denn letztendlich ist die Smarte Fabrik,  wenn sie mal realisiert ist, das Ergebnis der Industrie 4.0. [Stre16]

Die Smarte Fabrik stellt dann den Basisstein der Pyramide von der Industrie 4.0 dar, wie die Abbildung 4 zeigt.

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Abbbildung 4: Digitalisierung Industrie 4.0
Foto: (c) unity

Auch Professor Thomas Bauernhansel, Leiter des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart, meint, dass die digitale Fabrik als Basis für die Industrie 4.0 dient. Wichtig ist jedoch, dass die „ Digitale noch zu einer Smarten Fabrik weiterentwickelt“ wird. Er erklärt zudem, dass „auch die digitalen Modelle echtzeit- sowie lernfähig gemacht werden und sich selbst an die Realität anpassen können“. [Stre16]

Beispiele

Die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrtindustrie und der Schiffsbau sind Branchen, die schon sehr stark die Aspekte der digitalen Fabrik ein- und umsetzen. Ein Beispiel aus der Automobilindustrie ist die Daimler AG, bei denen die Produktion smart wird. Der Begriff der Smart Factory wird dort schon oft erwähnt. Daimler versucht die gesamte Wertschöpfungskette zu digitalisieren und eine Vernetzung mit den Kunden zu schaffen. Dadurch sollen exzellente Produkte entstehen und schnelle, flexible und individuelle Lösungen gefunden werden. Die fünf Hauptziele sind: größere Flexibilität, erhöhte Effizienz, höhere Geschwindigkeit, attraktives Arbeitsumfeld und eine smarte Logistik. [Daimler AG]

Ein weiteres Beispiel ist die Siemens AG. Mit der Product Lifecycle Management Software von Siemens können viele Daten aus komplexen Produkten in einem System abgelegt werden. Diese Daten können dann in hoher Geschwindigkeit miteinander interagieren und alle Beteiligten können darauf zugreifen. Die Software ist in einer integrierten Produktdesign-CAD-Umgebung festgehalten. Es können Simulationen aufgebaut und abgespielt werden. Zudem kann in der Simulation mit digitalen Zwillingen gearbeitet werden. Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild eines Produktes, das man in den einzelnen Bestandteilen und in unterschiedlicher Ausführung einfügen und testen lassen kann. So können mit der Software smarte Produkte und smarte Maschinen hergestellt werden. [Zist16]

Literatur

Literaturverzeichnis:
Abbildungsverzeichnis:
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