Bitte benutzen Sie einen anderen Browser

Sie nutzen einen Browser, der nicht vollständig unterstützt wird. Bitte beachten Sie, dass Darstellung und Bedienbarkeit dieser Seite möglicherweise eingeschränkt sind. Zur optimalen Nutzbarkeit empfehlen wir den Download eines unterstützten Browsers in der neuesten Version:

Internet Explorer, Chrome Browser, Firefox Browser, Safari Browser

Mit dem aktuellen Browser fortfahren

Die Zukunft der Fertigung

Die Fabrik, die sich selbst optimiert

Die Produktionsanlagen von morgen stellen nicht einfach nur Güter und Waren her. Die durch das Internet der Dinge vernetzten Werke werden von Künstlicher Intelligenz (KI) gesteuert und von ihr fortlaufend verbessert. Das wird es in Zukunft erlauben, die Qualitätsstandards weiter zu steigern und die Herstellungsprozesse flexibel und kosteneffizient zu gestalten, egal, ob es um additive und subtraktive Fertigung geht, um die ergonomische Optimierung von Arbeitsprozessen oder um Assistenzroboter.

Cyber-physisches Ökosystem: Die Zukunft der Fertigung
Vollkommen neue Möglichkeiten: In der Fertigung der Zukunft entsteht ein cyber-physisches Ökosystem.

Der moderne Fertigungsprozess beginnt weit vor der Herstellung eines Produkts: Es entsteht dank der Fortschritte bei Simulationstechnologien zuerst in der virtuellen Welt als „digitaler Zwilling“ seines Gegenstücks in der realen Welt. Doch das ist nicht alles: Intelligente Computerprogramme definieren heute weit mehr als nur geometrische Objekteigenschaften. Sie testen komplexe Funktionseigenschaften wie Ausdehnungs- und Kontraktionskoeffizienten oder Hitzebeständigkeit und optimieren sogar die Produktionssicherheit. Und der nächste Schritt zeichnet sich bereits ab: Künftig sollen nicht nur Produkte entwickelt und optimiert werden, sondern auch ganze Fertigungsprozesse.

Optimierungskreislauf
Ist das schon beeindruckend, geht es noch weiter. Sobald ein Produkt – ob eine Gasturbinenschaufel oder eine komplette Fertigungsanlage – nach dem virtuellen Entstehungsprozess gebaut und in Betrieb genommen wurde, fließen Informationen über seinen realen Einsatz kontinuierlich in die virtuelle Welt zurück. Das erlaubt es, den digitalen Zwilling fortlaufend zu verbessern. „Wir schließen die Wissensschleife zwischen realer und virtueller Welt: Auch wenn der digitale Zwilling gebaut und im Einsatz ist, werden weiterhin Daten erfasst und laufend analysiert. So lässt sich das Design ständig verbessern, und Betrieb sowie Service können optimiert werden“, erklärt Dr. Norbert Gaus, Head of Research in Digitalization and Automation bei Siemens Corporate Technology.

Dieser Optimierungskreislauf eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Stellt eine Fabrik ein in der virtuellen Welt entstandenes Objekt mithilfe von menschlichen Arbeitskräften, halbautonomen Robotern sowie additiver und subtraktiver Fertigung her, erfasst die Anlage den Prozess gleichzeitig digital und vergleicht ihn mit dem virtuellen Optimum. So können Unternehmen ihre Produktion und Wartung fortlaufend verbessern, etwa was die ergonomischen Anforderungen für noch von Hand auszuführende Arbeitsprozesse betrifft.

Wir schließen die Wissensschleife zwischen realer und virtueller Welt. So lässt sich das Design ständig verbessern, und Betrieb sowie Service können optimiert werden.

Dr. Norbert Gaus, Head of Research in Digitalization and Automation bei Siemens Corporate Technology
Roboter lernen, ihnen unbekannte Teile eigenständig zu greifen.
Informationstechnik, Telekommunikation und Fertigungsindustrie verschmelzen. Die Autonomie der Produktionsmittel nimmt zu.

Cyber-physisches Ökosystem

Zusammen bilden die durch das Internet der Dinge vernetzten Roboter, Maschinen und Fertigungsschritte ein KI-gesteuertes, engmaschiges cyber-physisches Ökosystem. Was solche Anlagen leisten können, zeigt sich beispielsweise bei Siemens-Gasturbinen. „Selbst nachdem unsere Experten ihr Möglichstes getan hatten, um den Stickstoffoxidausstoß einer Turbine zu optimieren“, so Gaus, „konnte ein speziell darauf trainiertes KI-System die Emissionen um weitere zehn bis 15 Prozent senken.“ Die neue Welt permanenter Optimierung wird es zudem erlauben, an Kundenanforderungen angepasste Produkte erschwinglich und termingerecht zu produzieren, ohne bei der Qualität Abstriche machen zu müssen.

Um die Vision solcher industriellen Ökosysteme zu realisieren, gibt es freilich noch einiges zu tun. Ein Schritt in diese Richtung ist MindSphere, ein offenes, Cloud-basiertes IoT-Betriebssystem von Siemens, das Datenanalyse, vielfältige Konnektivität, Werkzeuge für Entwickler und Applikationen in sich vereint. An weiteren Bausteinen arbeitet das Unternehmen in Laboren rund um den Globus, damit die Zukunft industrieller Fertigung schneller zur Realität von heute wird.

Simulation des Unbekannten

Simulation des Unbekannten

Forscher von Corporate Technology in Indien entwickeln Algorithmen, die Simulationen von Produkten genauer und robuster und das Verhalten komplexer Systeme besser vorhersagbar machen – nicht nur während der Entwicklung, sondern auch für die Wartung und Optimierung von Produkten.

Auf dem Weg zur digitalen Fertigung

In der Digitalen Fabrik sind Produkte wesentlich schneller und individualisierter auf dem Markt – bei mindestens gleicher Qualität.

Interview mit S. Shankar Sastry

Die Fertigung wird sich massiv verändern

Das digitale Zeitalter vor Augen: Im Interview erklärt S. Shankar Sastry von der University of California, wie Fertigungsunternehmen dank modernster Technologien ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern werden.

Heute entstehen die meisten Produkte und die mit ihnen verbundenen Fertigungsprozesse zunächst in der virtuellen Welt. Doch wie entwickelt sich die Simulation selbst?

S. Shankar Sastry: Beim Entwerfen von Designs spielt die Simulation schon seit mehreren Jahren eine wichtige Rolle. Doch erst in jüngster Zeit haben sich die dafür zur Verfügung stehenden Digitalisierungswerkzeuge immens verbessert. So lässt sich heute mit der Integration der sogenannten Virtual Reality (VR) und der Augmented Reality (AR) im Prototyping-Prozess erahnen, wohin die Reise im Bereich der Simulation gehen wird.

Eine weitere wichtige Entwicklung ist, dass die Simulation nicht mehr länger nur auf die geometrischen Eigenschaften eines Produkts beschränkt ist, wie sie bislang etwa für ein einfaches Design notwendig waren. Heute gehören zunehmend physische Eigenschaften wie die Stärke des Materials, aus dem das Produkt gefertigt werden soll, sowie seine elektromechanischen Schnittstellen dazu. All das wird die Produktzyklen enorm verkürzen.

Siemens setzt verstärkt auf digitale Zwillinge. Wie nah sind wir dem Ziel, Objekte virtuell zu erstellen, die bis ins kleinste Detail ein Abbild ihres realen Gegenstücks sind?

Sastry: Meiner Meinung nach sind wir dem perfekten Abbild schon sehr nahe. Wir sind bereits in der Lage, Objekte mitsamt ihren geometrischen und funktionalen Eigenschaften virtuell so zu entwickeln, dass Konstrukteure auf dieser Grundlage präzise Entscheidungen treffen können. Das gilt insbesondere für die Siemens-PLM-Software NX.

Unternehmen bekommen die Chance, die Wünsche und Vorstellungen ihrer Kunden wesentlich direkter als bisher aufgreifen und erfüllen zu können. Das Rätselraten darüber, ob ein neues Produkt auch tatsächlich marktfähig ist, wäre damit vom Tisch.

S. Shankar Sastry
image
S. Shankar Sastry

Welche Rolle spielen Roboter bei der künftigen Fertigung?

Sastry: Die Rolle von Robotern verändert sich erheblich. Bislang haben wir sie für Aufgaben eingesetzt, die etwa zu schmutzig oder zu gefährlich für Menschen waren. Aber heute erleben wir, dass sie in der Lage sind, die Arbeitsabläufe des Fabrikarbeiters durch einen gewissen Grad an Autonomie nicht nur zu unterstützen, sondern auch zu verbessern. So könnten Maschinen etwa Aufgaben ausführen, für die die menschliche Hand nicht präzise genug ist. Die Idee des Roboters als Helfer des Menschen wird so ein neues Paradigma.

Und welche Bedeutung kommt der additiven Fertigung zu?


Sastry: Die additive Fertigung – also der 3-D-Druck – ist definitiv eine Technologie der Zukunft. Zwar haben nicht alle der dafür genutzten Werkstoffe die Produktionsreife erreicht, aber bereits heute werden Teile aus Verbundwerkstoffen und sogar aus Metallen gefertigt. Diese Technologie ist mittlerweile so weit, dass man damit fertige Produkte herstellen kann.

Simulation, Robotik, additive Fertigung, Datenanalytik: Wie werden sich Produktentwicklung und Fertigung in naher Zukunft voraussichtlich verändern?

Sastry: In der Welt der Massenproduktion ist es immer eine ungeheure Herausforderung für ein Unternehmen, ein neues Produkt auf den Markt zu bringen. Aber wir bewegen uns in Richtung der sogenannten Losgröße eins. Neue Simulationsfunktionen und autonome Roboter werden das heutige Bild der Fertigung maßgeblich verändern. Unternehmen bekommen dadurch die Chance, die Wünsche und Vorstellungen ihrer Kunden wesentlich direkter als bisher aufgreifen und erfüllen zu können. Das Rätselraten darüber, ob ein neues Produkt auch tatsächlich marktfähig ist, wäre damit vom Tisch.

 

Das Interview führte Arthur F. Pease.

 

S. Shankar Sastry ist Dekan der Ingenieurwissenschaften der Universität Kalifornien in Berkeley und dort auch als Professor für Elektrotechnik und Computerwissenschaften, Biotechnologie und Maschinenbau tätig. Zudem ist er Direktor des Blum Center for Developing Economies.

 

Auf dem Weg in die Zukunft der Fertigung

Siemens-Entwicklungen rund um die Welt

image
image
image
image
image
image
image
image