Digitale Fabrik 4.0

Die Ausgangslage für die Digitale Fabrik 4.0 ist ein volatiles Marktumfeld, das zu häufigen Änderungen der Rahmenbedingungen der Fabrikprozesse und -ressourcen führt. Die Digitale Fabrik legt eine solide Grundlage, um auf diese Änderungen schnell zu reagieren. Durch neue Entwicklungen im Bereich der Industrie 4.0-Technologien sind heute ganz andere Möglichkeiten, zum Beispiel bei der Datenverfügbarkeit, vorhanden. Die Digitale Fabrik 4.0 nutzt diese erweiterten Potenziale, um durch die vollständige Vernetzung der Fabrikstrukturen eine dynamisch reaktionsfähige und dennoch stabile Fabrik zu erschaffen. Je nach Komplexität erfolgt die Regelung der Fabrik durch autonome, „sich selbst regulierende“ Systeme oder durch den Menschen als anpassungsfähigen, flexiblen Entscheider. Das IFU fokussiert den flexibleren Ansatz mit menschlichem Entscheider, der in einem vernetzten System die Fähigkeit besitzen muss, die Auswirkungen seines lokalen Handelns auf das globale Gesamtsystem zu verstehen. Deshalb liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der methodischen Entwicklung von Entscheidungsunterstützungssystemen (Assistenzsystemen), die das Ziel haben, den Mitarbeitern auf allen Hierarchieebenen, von der Unternehmensführung bis zum Shopfloor, die Auswirkungen ihres Handelns auf das Gesamtsystem zu verdeutlichen. Durch die Erkenntnis, welche Auswirkungen das lokale Handeln auf das globale System hat, werden die Vorteile aus der Prozessorientierung im Unternehmen realisiert.

Bedeutung der Digitalen Fabrik 4.0

Die Technologien der Industrie 4.0 dienen als Grundlage zur Implementierung dieser Assistenzsysteme, indem sie durch Sensorik und cyber-physische Systeme Sichtbarkeit („Was passiert?“) und Transparenz („Warum passiert es?“) im Produktionssystem ermöglichen, wodurch die Bewertung von Entscheidungsalternativen quantifizierbar ist. Mit der Rückkopplung der Betriebsdaten in die Planung und der Planungsdaten in den Betrieb kann der Digitale Schatten erzeugt werden. Dabei handelt es sich um ein dynamisches echtzeitfähiges Abbild der Produktion, das Informationen bedarfsgerecht zur Verfügung stellt. Dieser Digitale Schatten muss mit weiteren Daten und Simulationen angereichert werden, um die Daten aus der bestehenden Fabrik für die Planung zukünftiger Fabriksysteme zu nutzen. Dieses mit weiteren Daten angereicherte realitätsnahe Modell wird Digitaler Zwilling genannt. Es verbindet Realität und Virtualität und schafft Transparenz in komplexen Vorgängen. Assistenzsysteme eignen sich wegen ihrer methodischen Stärke in der sinnvollen Selektion und Aggregation von bereits vorhandenen Informationen dazu, dem Mitarbeiter mit dem Digitalen Zwilling die Wirkzusammenhänge im Produktionssystem zu verdeutlichen. Es entsteht eine durchgängige, konsistente und vollständig abgesicherte virtuelle Planungsgrundlage über den gesamten Fabriklebenszyklus.

Entwicklung hin zur Digitalen Fabrik 4.0

Bei der Digitalen Fabrik 4.0 handelt es sich um ein Netzwerk von digitalen Modellen und Methoden für die ganzheitliche Planung, Realisierung, Steuerung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Fabrikprozesse und -ressourcen in Verbindung mit dem Produkt innerhalb des Lean Enterprise 4.0. Die Digitale Fabrik 4.0 baut auf den Grundlagen der klassischen Digitalen Fabrik auf. Angereichert wird diese mit den Potenzialen der Industrie 4.0, die eine hohe Transparenz innerhalb der Produktionssysteme ermöglichen. Das Konzept der Digitalen Fabrik 4.0 basiert auf einem ganzheitlichen Planungsansatz für horizontal und vertikal vernetzte Fabrikstrukturen über den gesamten Lebenszyklus aller Fabrikebenen von der Außenhülle über die Technische Gebäudeausrüstung (TGA) bis hin zu einzelnen Technologien. Darüber hinaus werden auch wertschöpfungsnetzwerkübergreifende Potenziale einbezogen. Diverse Potenziale resultieren vor allem aus der engen Verzahnung und Zusammenführung der Fabrikplanungs- und Fabrikbetriebsprozesse, aus der sich ein umfassendes Netzwerk zwischen Produktentstehung, Produktionssystem sowie Vertriebs- und Servicesystem und einer kontinuierlichen Verbesserung der Fabrikstrukturen ergibt. Die Digitale Fabrik 4.0 stellt die Ausgangsbasis für die zielgerichtete Ausgestaltung und kontinuierliche Verbesserung des Lean Enterprise 4.0 dar.

Nutzen der Digitalen Fabrik 4.0

Der Mehrwert der Digitalen Fabrik 4.0 sind für Planer und Entscheider die über den gesamten Fabriklebenszyklus zur Verfügung stehenden verbesserten und innovativen digitalen Assistenzsysteme – eine transparente und zielgerichtete Unterstützung auf Basis vernetzter, ganzheitlicher und aktueller Informationen. Diese Informationsbasis unterstützt sämtliche Planungsbeteiligten entlang des gesamten Fabriklebenszyklus. Mithilfe dieser Assistenzsysteme der Digitalen Fabrik 4.0 können Fabrik- und Produktionsstrukturen zielgerichtet und standardisiert ausgeplant werden. Planungsfehler, zum Beispiel durch falsche Annahmen und den Verstoß aktueller gesetzlicher Restriktionen, können bereits vor der Umsetzung in einer sehr frühen Planungsphase identifiziert und behoben werden. Es resultiert eine starke Verkürzung der erforderlichen Planungszeit und eine Erhöhung der Planungsqualität, in der die Konsequenzen der getroffenen Entscheidungen über den ganzen Lebenszyklus einer Fabrik transparent werden. Diese Transparenz besteht im menschlichen, organisatorischen und technischen Bereich. So können in der Digitalen Fabrik 4.0 neben der Betrachtung von reinen Lebenszykluskosten auch weitere Auswertungen der Fabrik, zum Beispiel im Bereich der Nachhaltigkeit oder Ergonomie, erfolgen.