Pictures of the Future    Herbst 2007

Vereinte Produktionswelten

Produkte, Fertigungsstätten und komplette Lieferketten lassen sich heute virtuell entwerfen, visualisieren, testen und optimieren – lange bevor sie das Licht der realen Welt erblicken. Möglich machen das vor allem die Fortschritte in der Computer- und Simulationstechnik. Gleichzeitig werden Roboter, programmierbare Steuerungen und Kommunikationssysteme zunehmend digital und durch Software gesteuert, was ihre präzise virtuelle Darstellung immer weiter vereinfacht.

Am 4. Mai 2007 kam die Vision der Verschmelzung von realen und virtuellen Automatisierungswelten der Wirklichkeit wieder einen wichtigen Schritt näher – an diesem Tag wurde das texanische Unternehmen UGS ein Teil von Siemens Automation and Drives (A&D), dem Weltmarktführer im 121-Mrd.-€-Automatisierungsmarkt. Der Neuling in der Siemens-Familie ist einer der führenden Anbieter von Software für Product Lifecycle Management (PLM), also für den gesamten Lebenszyklus von Produkten. Insgesamt beschäftigt A&D nun mehr als 80 000 Mitarbeiter mit einem jährlichen Umsatz von über 14 Mrd. €.

Bei Siemens PLM Software (A&D PL) – so der Name der neuen Geschäfts­einheit – sind 7 750 Mitarbeiter in 62 Ländern tätig, davon 3 000 in Forschung und Entwicklung. Die Einheit hat 47 000 Kunden und 4,3 Millionen lizenzierte Nutzer – mehr als alle anderen Top-10-Anbieter zusammen. Mit Technologien wie UGS NX, einem System zur digitalen Produktentwicklung, und UGS Tecno­matix, einer Anwendungssoftware für die Digitale Fabrik, ist A&D PL weltweit führend. Damit können die Nutzer Produkte, Funktionen oder auch komplizierte Abläufe simulieren und entwerfen – angefangen vom Schiebedach eines neuen Autos bis zum Design und Betrieb einer kompletten Fabrik. All das funktioniert in 3D und Echtzeit – von jedem PC der Welt aus. Einzige Voraus­setzung ist die Software UGS Teamcenter, mit der sich der gesamte Produkt­lebenszyklus digital verwalten lässt. Sie ist der De-facto-Standard bei der kollaborativen Produktdatenverwaltung (cPDM) und Grundgerüst für alle anderen Produkte.

Dank A&D PL schlägt Siemens nun die Brücke zwischen der virtuellen Welt des Designs und der handfesten Hardware in den Fabriken. "Die Kombination der PLM-Software und der Hard- und Software von A&D bietet unseren Kunden den entscheidenden Vorteil, Produkte effizienter entwerfen und fertigen zu können", erläutert der A&D-Vorstandsvorsitzende Helmut Gierse. "Diese Kombination erfordert eine nahtlose Integration von Produktdesign, Anlagen­konstruktion und physischer Fertigung. Mit der Akquisition von UGS wollten wir Systemschnittstellen abbauen und so unsere Totally-Integrated-Automation-Produktpalette noch weiter stärken." Das haben die Kunden bereits jetzt honoriert. "Sie sind begeistert", freut sich Tony Affuso, CEO von A&D PL. "Denn sie wissen, dass sich so die Lücke schließt – zwischen den Vorstellungen der Ingenieure und Designer und dem, was die Fertigungsteams umsetzen können." Und Dr. Helmuth Ludwig, President von A&D PL, ergänzt: "Dieses Konzept haben wir zwar nicht als Erste entwickelt, aber wir können es nun als einziger Anbieter umsetzen – dank der führenden Position von A&D in Auto­matisierungstechnik und PLM."

Stark in drei Marktsegmenten.Beratungsunternehmen wie Frost & Sullivan und AMR Research glauben, dass der Weltmarkt für PLM-Produkte von heute etwa 13,4 Mrd. US-$ auf 24 Mrd. US-$ im Jahr 2012 wachsen wird. Dieser Markt ist laut David Shirk, Marketingleiter bei A&D PL, in drei Segmente unter­teilt. Computergestützte Konstruktion, Fertigung und Engineering (CAx) sind das erste Segment. Hier hat A&D PL mit der NX Software und anderen Produkten 18 % Marktanteil und ist weltweit die Nummer 2. Bei CAx wird ein Wachstum von 8 (in 2005) auf 12 Mrd. US-$ im Jahr 2012 erwartet. Das zweite Produktsegment ist cPDM, zu dem die Teamcenter-Lösungen gehören. In diesem Markt, der von 5 Mrd. US-$ (in 2005) auf etwa 11 Mrd. US-$ im Jahr 2012 wachsen dürfte, ist Siemens mit 14 % Anteil Marktführer. Das dritte Segment ist der Markt der Digitalen Fabrik mit den Tecnomatix-Lösungen. Dieses besonders zukunftsträchtige Feld, in dem Siemens mit 31 % Markt­anteil die Nummer eins ist, soll laut den Analysten von 400 Mio. US-$ mit 20 % pro Jahr auf voraussichtlich 1,3 Mrd. US-$ im Jahr 2012 wachsen.

Die Nachfrage auf diesen drei Märkten ist groß. Laut Shirk wird etwa der euro­päische Bedarf an PLM-Produkten bis 2012 jährlich um 7 bis 8 % steigen – von 5,6 (in 2006) auf 8,7 Mrd. US-$. In Nord- und Südamerika ist eine ähnliche Wachstumsrate zu erwarten, von 6,3 auf 9,7 Mrd. US-$. Und für Asien wird sogar ein jährliches Wachstum von 13 bis 14 % prognostiziert – von 3 auf 5,6 Mrd. US-$ Umsatz pro Jahr.

Darüber hinaus bietet A&D PL mit der UGS Velocity Series Software-Produkte an, die speziell auf die Bedürfnisse mittelständischer Unternehmen zuge­schnitten sind. Diese Produktfamilie ist die erste Software-Lösung, die diesen Betrieben ein unternehmensweites, leicht zu bedienendes und kosten­günstiges Management des Produktlebenszyklus bietet. Dem harten Wett­bewerb auf dem PLM-Markt ist A&D PL mehr als gewachsen: Im Gegensatz zur Konkurrenz hat Siemens seine Erfahrungen in computergestützter 3D-Produkt- und Anlagenkonstruktion (NX- und Tecnomatix-Software) mit seiner Lösung für kollaboratives Datenmanagement (Teamcenter) verbunden. Damit werden die vielfältigen Informationen der virtuellen Welt in eine integrierte Entwicklungs­umgebung übertragen. "Dank der Teamcenter-Lösung können wir all diese Elemente besser verknüpfen als unsere Mitbewerber", sagt Ludwig. "Und vor allem kann man mit Teamcenter auch standortübergreifend arbeiten – ein enormer Vorteil, den sonst niemand bieten kann."

Zusammenarbeit über Kontinente. Von Bedeutung ist das besonders für Großkunden wie General Motors. Sie können in Echtzeit und in Zusammen­arbeit der verschiedenen Standorte mit dynamischen 3D-Daten arbeiten und zugleich direkt von den Lieferanten die neuesten Daten über die Produkt­entwicklung abrufen. So haben sie jederzeit die präzisen Informationen, was weltweit an ihren Standorten passiert. "Wird ein Produkt verändert, lässt sich dank Teamcenter alles in Echtzeit verfolgen", erklärt Affuso. Treten etwa Schwierigkeiten auf, können die Originaldaten sofort beim Lieferanten abge­rufen und gemeinsam mit Konstrukteuren, Fertigungsfachleuten und dem Lieferanten überprüft und modifiziert werden. "Im Vergleich zu einem konventionellen Betrieb kann dies Stillstandszeiten von Wochen oder Monaten auf Tage oder sogar Stunden reduzieren", erklärt Helmuth Ludwig.

Die neue Simulationstechnologie spart dem Kunden zudem teure Fehler – denn viele können gar nicht erst entstehen. Bei Caterpillar beispielsweise produziert Software von A&D PL funktionsfähige virtuelle Prototypen. "Dort überprüfen sie zunächst jedes Produkt virtuell, bevor es in die Fertigung geht", sagt Affuso. Mit Tecnomatix und Teamcenter kann zudem auch jede Fertigungs­linie virtuell entwickelt und getestet werden. Das vermeidet nicht nur Fehler, sondern spart Zeit und Geld. "Die Kosten der Markteinführung ver­ringern sich um 30 bis 50 %", meint Affuso. Und der Kunde Nissan beispiels­weise konnte auf diese Weise die durchschnittliche Entwicklungszeit pro Fahr­zeug erheblich verkürzen.

Ein weiteres Erfolgsbeispiel ist Eclipse Aviation. Die Firma mit Sitz in Albuquerque, New Mexico, hat eine revolutionäre neue Flugzeugklasse auf den Markt gebracht: die Very Light Jets. In der Luftfahrtbranche gilt bereits der Ver­kauf von jährlich 100 Flugzeugen als Erfolg. Ziel von Eclipse sind 1000 Flug­zeuge pro Jahr, was bei über 2 600 Bestellungen durchaus realistisch er­scheint. Um dies zu erreichen und den sechssitzigen Jet zum halben Preis vergleichbarer Maschinen anbieten zu können, hat Eclipse das komplette Flugzeug, bis hinunter zu den Nieten, mit NX-Software entworfen. Sämtliche Produktinformationen wurden mit Teamcenter verwaltet, und die Fabrik wurde mit Tecnomatix konstruiert und optimiert. "Nur mit Hilfe dieser digitalen Modell­bildung und Validierung können wir unsere Ziele erreichen", sagt Dr. Oliver Masefield, Leiter Engineering bei Eclipse.

                                                 Engineering in China

UGS gründete seine erste China-Vertretung im Jahr 1990 in Peking. 2004 wurde ein Zentrum für Forschung und Entwicklung in Shanghai eröffnet. Heute beschäftigt Siemens PLM Software (A&D PL) in China 250 Mitarbeiter, ungefähr 100 davon im Shanghaier F&E-Zentrum, das sich auf das Design von Bedienoberflächen für den chinesischen Markt konzentiert sowie auf Product Lifecycle Management (PLM) für asiatische Kunden und CAD für Kunden der Automobilbranche, der Luftfahrt und des Schiffbaus. Zudem betreiben die Mitarbeiter Forschung für computergestütztes Engineering (CAE) und gemeinsame Projekte mit chinesischen Universitäten. Seit Juni 2007 unterstützt das Unternehmen an führenden chinesischen Universitäten PLM-Schulungszentren, in denen jährlich Tausenden von Studenten Kennt­nisse über die neueste industrielle Software vermittelt werden – mit derart gut ausgebildeten Ingenieuren helfen die Universitäten wiederum den Ferti­gungs­unternehmen vor Ort. Darüber hinaus stellt A&D PL mit der Initiative Global Opportunities in Product Lifecycle Management jährlich PLM-Techno­logie für mehr als 915 000 Studenten an fast 9 000 Bildungs­institutionen rund um den Globus bereit.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Die Simulations-Werkzeuge von A&D PL ermöglichen nicht nur eine Visualisierung der Komponenten, die für eine Baugruppe bestimmt sind, sondern auch eine dynamische Interaktion mit ihnen. "So können wir eine Vibrationsanalyse für Komponenten, Baugruppen, komplette Antriebsstränge, Karosserien oder die ganze Flugzeugstruktur durchführen", sagt Grindstaff. "Diese Technologie ist ideal, um Modelle zu vergleichen und sie hinsichtlich mechanischer Belastbarkeit, Schwingungen, Temperatur und Strömungs­dynamik zu analysieren. Mit den Ergebnissen können die Konstrukteure dann sehr gut begründete Entscheidungen treffen."

All diese Simulationen umfassen geradezu unglaubliche Mengen an Daten. Um sie nutzen zu können, müssen sie in Wissen umgewandelt werden. Des­halb erweitern die Forscher von A&D PL in den USA, England, Israel und China gerade die Funktionalitäten von Teamcenter im Feld des wissensbasierten Engineerings. "Teamcenter wird zunehmend lernfähig und kann sich den Anforderungen der Kunden anpassen", sagt Grindstaff. "Zudem wird es Ver­besserungen bei der Wissensgenerierung, der Datenbanksuche und der Anwendung von Wissen für Neukonstruktionen geben. Im Lauf der nächsten 20 Jahre werden wir die besten Anwendungsbeispiele der einzelnen Branchen sammeln und das sich daraus ergebende Wissen in den Designprozess einbringen."

Damit sich in der virtuellen Welt wirklich ein exaktes Abbild der realen Pendants ergibt, müssen die Hardware-, Software- und Elektronikdaten nahtlos integriert werden – eine Aufgabe, die Siemens mit der Kombination aus Automatisierungstechnik und PLM auf geradezu ideale Weise erfüllen kann.
                                                                                                                          Arthur F. Pease

                                            Präsenz in der virtuellen Welt

Siemens PLM Software (A&D PL) ermöglicht nicht nur perfekte virtuelle Welten, sondern hat auch selbst eine Niederlassung – die "Innovation Connection" – in Second Life gestar­tet. Second Life ist eine virtuelle, komplett von ihren Bewohnern erschaffene 3D-Welt, die seit 2003 explosionsartig gewachsen ist und nun von über vier Millionen virtueller Menschen bevölkert wird. A&D PL präsentiert sich als erstes reines PLM-Unternehmen in dieser allge­mein zugänglichen Internet-Welt und will dort mit Kunden und Partnern zu­sammenarbeiten, virtuelle Konferen­zen abhalten sowie auf neuartige Weise Fallstudien seiner Lösungen präsentieren. Unter den Kunden und Partnern von A&D PL, die in Second Life vorgestellt werden, befinden sich die NASCAR-Motorsportorganisation Hendrick Motorsports und das JCB DIESELMAX: ein Auto, das 2006 mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 563 km/h den Rekord für Diesel-betriebene Autos brach. Vor kurzem brachte A&D PL in Second Life zudem Updates für seine Produktreihen NX, Tecnomatix und Teamcenter heraus: www.ugs.com/secondLife.