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Hartmut Berthel, 7. Der intelligente Produktlebenszyklus in:

Hans-Georg Kemper, Burkhard Pedell, Henry Schäfer (Ed.)

Management vernetzter Produktionssysteme, page 107 - 122

Innovation, Nachhaltigkeit und Risikomanagement

1. Edition 2011, ISBN print: 978-3-8006-4224-3, ISBN online: 978-3-8006-4225-0, https://doi.org/10.15358/9783800642250_107

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Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 101 7. Der intelligente Produktlebenszyklus Hartmut Berthel Kapitelübersicht 7.1 Der Produktlebenszyklus – mehr als das geplante Produkt . . . . . . . 102 7.1.1 Der Produktlebenszyklus im betrieblichen Umfeld . . . . . . . . . . 103 7.1.2 Vom geplanten Produkt zum geplanten Produktionsprozess . 105 7.1.3 Umsetzung des geplanten Prozesses in der realen Fabrik . . . . 107 7.2 Implementierung und Sicherung des Produktlebenszyklus im CAD/CAM-Prozess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 7.2.1 Prozessintegration CAD/CAM und Produktionsbetrieb . . . . . 108 7.2.2 Technische Realisierung der CAD/CAM-Prozesskette . . . . . . . 108 7.2.3 Modulkonzept und Ergebnisse der CAD/CAM- Prozessintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 7.2.4 Der lernende Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 7.3 Die Herausforderung – der intelligente Produktlebenszyklus . . . . . 111 7.3.1 Risiken und Handlungsfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.3.2 Datenmanagement im Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . 112 7.3.3 Automatisierung der Prozessausführung . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.4 Erfolgsfaktor intelligenter Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.5 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Management Summary Produkte treffen heutzutage auf dynamische Umfeldbedingungen und Prozesse. Zielgerichtete Entwicklungen von IT-Tools unterstützen zunehmend den Weg vom geplanten Produkt bis in die Produktionsausführung. Eine aktuelle Herausforderung ist hierbei die stärkere Vernetzung der Produkt- und Prozesssicht, beginnend in operativen Tagesaufgaben bis hin zu strategischen Veränderungen. Unternehmen mit durchgängig integrierten Prozessen von der Konstruktion bis auf die Maschine können bereits heute deutliche Erfolge in der Umsetzungszeit von Innovationen, in den Prozesskosten und in der Produktqualität nachweisen.1 1 Vgl. Bullinger (2007). Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 102 102 7. Der intelligente Produktlebenszyklus 7.1 Der Produktlebenszyklus – mehr als das geplante Produkt In der klassischen Definition des Produktlebenszyklus liegt der Fokus auf dem Management eines Produktes, beginnend mit der Konstruktion bis zum Start der Vermarktung. Die Dynamik kundenspezifischer Anforderungen bzgl. Funktion, Lieferzeit, Qualität, Service und Preis hat im zunehmend internationalen Wettbewerb diesen eingeschränkten Blick geweitet. Der Lebenszyklus eines Produktes beginnt jedoch bereits mit der strategischen Ausrichtung des Produktportfolios und endet ggf. erst nach Jahrzehnten des Gebrauchs beim Kunden mit der schadfreien Entsorgung (siehe Abb.1). Hierbei ist es gängige Praxis, dass Kunden direkt in den Produktlebenszyklus eingebunden werden, z.T. bereits ab der Ideenfindung. Diese Gesamtsicht des Produktlebenszyklus erschließt Möglichkeiten bei Herstellern, Kunden und Lieferanten, die weit über das heute genutzte Potenzial hinausgehen. Diese weitgreifende PLM-Sicht auf das Produkt, seinen Herstellprozess und seine Nutzung durch den Kunden hat gravierende Auswirkungen auf die Prozessgestaltung und bis in die Strukturorganisation eines Unternehmens. Sichtbar werden diese Veränderungen z.B. durch produkt- oder prozessbezogene Reorganisationsmaßnahmen in Unternehmen. Die klassische Konstruktionsabteilung und Arbeitsvorbereitung werden abgelöst durch Product Center, in denen die konstruktive Entwicklung, die Produktionsprozessplanung, die Lieferantenauswahl und ggf. auch Produktionsstandort- bzw. Investitionsentscheidungen für eine definierte Produktgruppe zusammenlaufen. Die Kooperation mit Lieferanten und Kunden bis hin zu strategischen Partnerschaften betreffen nicht nur den Warenfluss, sondern auch den Austausch von Daten, Informationen und Know-how, einschließlich geeigneter IT-Tools für die organisatorische und technische Unterstützung der Zusammenarbeit. Zwischen Automobilherstellern und Zulieferern ist dies geübte Praxis; im Maschinen- und Anlagenbau eher noch die Ausnahme. Kooperationen und Zusammenschlüsse von Unternehmen der Software-Branche gehen schon in die Richtung, Kunden nicht nur einzelne, spezielle Softwarelösungen, sondern bereits teilintegrierte Prozesslösungen anbieten zu können. Die ganzheitliche Sicht auf den Lebenszyklus eines Produktes und seine nachhaltige Optimierung ist eingebettet in ein dynamisches Netzwerk sich tangie- Abb.1: Ganzheitliche Sicht des Produktlebenszyklus Neuheitenentstehungs- und Innovationsprozess Marktund Produktstrategie Produktkonzept Produktplanung Prozessplanung Prozessdurchführung Produktservice laufende Verbesserung Produkt u. Prozess Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 103 7.1 Der Produktlebenszyklus – mehr als das geplante Produkt 103 render Prozesse – sprich, der intelligente Produktlebenszyklus. Dieser stellt eine strategische Herausforderung für produzierende Unternehmen in Deutschland dar. 7.1.1 Der Produktlebenszyklus im betrieblichen Umfeld Sowohl in der Planungs- als auch in der Produktions-, Vermarktungs- und Servicephase unterliegt der Produktlebenszyklus sich permanent ändernden unternehmensinternen und äußeren Bedingungen. Einige Aspekte dieser komplexen Umgebung sind in Abb.2 dargestellt. Typisch für viele längerfristig im Markt agierende Unternehmen ist die Vielzahl von autarken, wenig integrierten Teilprozesslösungen und IT-Anwendungen. Häufig präsentierte Grüne-Wiese- Ansätze sind für strategische Neuorientierungen hilfreich. Die Umsetzung in der betrieblichen Realität trifft hingegen häufig auf heterogene Prozessstrukturen und IT-Landschaften, die nicht per Stichtag abgeschaltet oder ausgetauscht werden können.2 Aus der Ist-Situation lassen sich drei wesentliche kurz- bis mittelfristige Handlungsfelder ableiten: Handlungsfeld 1: Autarke bzw. wenig integrierte Teilprozesslösungen sind durch häufig nur lokal verfügbare und genutzte Prozessergebnisse, Daten, Informationen und Wissen geprägt. Diese sind mit Blick auf einen intelligenten, lernenden Produktlebenszyklus organisatorisch und informationstechnisch zu integrieren. Allein die systematische Aufbereitung und Visualisierung von Informationen ausMDE/BDE/QDE und die Bereitstellung über Reporting und Controllingfunktionen hinaus kann bereits Potenziale in den Produktionskernaufgaben erschließen. 2 Vgl. Berthel (2008). Abb.2: Der intelligente Produktlebenszyklus im Umfeld realisierter Lösungen Produktplanung ProzessausführungProzessplanung MDE/BDE/QDE Prozessregeltechnik Condition Monitoring Process Controlling QualitätsrealisierungQualitätsplanung AuftragssteuerungTechnologielebenszyklus Reklamationsmanagement Wissensmanagement Technik-Leistungsdaten Materialdaten Forschungsergebnisse Megatrends Markttrends Kundenanforderungen K V P Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 104 104 7. Der intelligente Produktlebenszyklus Handlungsfeld 2: Angebotene Systemlösungen decken im Wesentlichen nur einzelne Standardfunktionen und -situationen ab. In der betrieblichen Realität treffen diese auf eine bereits vorhandene spezifische Prozessorganisation sowie eine Anwendungs- und IT-Systeminfrastruktur. Diese gewachsenen Strukturen bieten durchaus effiziente Prozesslösungen, die es zu erhalten und mit neuen Lösungen zu integrieren gilt. Systemanbieter sind künftig stärker gefordert, flexiblere, skalierbare Lösungen anzubieten und diese ggf. in Zusammenarbeit mit dem Anwender in dessen Infrastruktur zu integrieren. Handlungsfeld 3: In einzelnen Prozessen des Produktionsnetzwerkes identifizierte Trends, technische Neuerungen, Ideen aus Ad-hoc-Auswertungen in operativen Prozessen etc. können durch ein organisiertes systematisches Wissens- und Informationsmanagement allen tangierten Fachfunktionen zur Verfügung gestellt werden. Dies muss auch ohne hochintegrierte IT-Systeme sichergestellt werden. Des Weiteren ist zu beachten, dass der Produktlebenszyklus sich in einem permanent von Veränderungen geprägten Umfeld befindet (siehe Abb.3). Typische Beispiele hierfür sind die Optimierung des Prozesses der Fabrikplanung bis hin zur Arbeitsplatzgestaltung (Thema Digitale Fabrik), die Optimierung des Prozesses der Fertigungsplanung (Thema CAPP), die kontinuierliche Entwicklung von Hochtechnologien oder die Veränderung der Produktionsorganisation in Verbindung mit neuen komplexen Baukastenprodukten (One-Piece-Flow).3 3 Vgl. Jovane (2009). Abb.3: Vernetzung des intelligenten Produktlebenszyklus Technik-/ Technologieentwicklung Entwicklung Produktionsorganisation In te lli g en te r Pr o d u kt le b en sz yk lu s Prozessentwicklung Wissensmanagement Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 105 7.1 Der Produktlebenszyklus – mehr als das geplante Produkt 105 In diesem Netzwerk sind eine eingehende Analyse der Ausgangssituation sowie die Definition strategischer Ziele und der einzelnen Realisierungsschritte auf dem Weg zum intelligenten, lernenden Produktlebenszyklus unerlässlich. Daraus abgeleitet ergeben sich weitere fallspezifische Anforderungen wie – der Bedarf an und die Auswahl von neuen Software-Tools, – die Entwicklung von Systemschnittstellen, – die Initialbefüllung mit Basisdaten, – die nachhaltige Aktualisierung bzw. Weiterentwicklung des Datensets, von Systemen und Anwendungen, – der Aufbau von Wissensdatenbanken, – die Umsetzung von Regeln der Zusammenarbeit in einer Workfloworganisation, – die Definition innerbetrieblicher Standards etc. Zusammenfassen lässt sich dieser Sachverhalt mit der Feststellung, dass es den intelligenten Produktlebenszyklus nicht als Lizenz zu kaufen gibt. Eigenleistungen von Anwendern sind ein entscheidender Erfolgsfaktor, erfordern jedoch einen nicht zu unterschätzenden längerfristigen Ressourcen- und Kostenaufwand. In einem komplexen Prozessumfeld muss deshalb auch die Maßgabe sein „nicht so viel Intelligenz wie möglich, sondern so viel wie für die effiziente Umsetzung dezidierter Kernziele erforderlich“. Mit der Produktplanung, der Planung des Herstellprozesses und der Prozessausführung sind in den letzten Jahren zumindest Kernkompetenzen produzierender Unternehmen im Automobil- und Maschinenbau in das Blickfeld der Softwareentwickler gerückt. Hier bieten sich bereits gute Lösungsansätze für den intelligenten Produktlebenszyklus und damit auch kurzfristig realisierbares Optimierungspotenzial. Die nachfolgenden Betrachtungen des CAD/CAM-Prozesses in einem Maschinenbauunternehmen sollen den Weg und erste Lösungsansätze hin zum intelligenten Produktlebenszyklus verdeutlichen. 7.1.2 Vom geplanten Produkt zum geplanten Produktionsprozess Der Integrationsgrad von Produkt- und Prozessplanung dokumentiert sich ggf. bereits in der Strukturorganisation eines Unternehmens durch die Trennung von Konstruktion und Arbeitsvorbereitung. Sie setzt sich fort über die Workfloworganisation zwischen sog. Fachabteilungen und der sequentiellen Bearbeitung der einzelnen Aufgaben im Produktentstehungsprozess. Getrieben durch – die Realisierung immer kürzerer Innovationszyklen vom Produktkonzept bis zur Positionierung von Produkten in internationalen Märkten (time to market), – die Beschleunigung des Produktionsanlaufes (time to volume) und – die Realisierung einer zunehmenden Varianz kundenspezifischer Produkte in immer kürzeren Lieferzeiten (time to customer) nimmt im Maschinen- und Anlagenbau heute der CAD/CAM-Prozess eine zentrale Rolle bei der Rationalisierung des Produktlebenszyklus ein. Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 106 106 7. Der intelligente Produktlebenszyklus Ziel muss es sein, zunächst ein Umdenken einzuleiten und entsprechende organisatorische Rahmenbedingungen für die Zusammenarbeit von Produktplanern, Prozessplanern und der Produktion zu etablieren (siehe Abb.4). Die Aufgabe IT-gestützter Lösungen ist es hierbei, neben der Optimierung einzelner spezieller Planungsaufgaben, eben diesen integrierten Gesamtprozess effizient zu unterstützen und nachhaltig zu sichern.4 Hierzu bieten gemeinsame Arbeitsplattformen die erforderlichen kommunikationstechnischen Möglichkeiten. Gefördert wird diese Entwicklung durch innovative web-basierte Informationstechnologien und den Übergang von der 2D- zur 3D-Technologie. Die integrierte Arbeitsorganisation von Produkt- und Prozessplanung im Unternehmen und ggf. auch mit externen Partnern auf gemeinsamen Entwicklungsplattformen bildet dabei ein entscheidendes Instrument für – die Beschleunigung von Produktinnovationen bis zum Abschluss der Produkt- und Prozessplanung und – die Verbesserung der Qualität des Planungsergebnisses, d.h. des Reifegrades der Konstruktion und des geplanten Produktionsprozesses in Fertigung und Montage. Ein weiterer entscheidender Erfolgsfaktor ist die durchgängige Nutzung einer integrierten Datenplattform für die Produkt- und Prozessplanung. Die Doppelerfassung von Daten in unterschiedlichen Systemen mit ggf. manueller Adaption ist eine wesentliche Quelle für Fehler und Nacharbeit in der Produkt- und Prozessplanung. 4 Vgl. Spath/Lentes/Haselberger (2008). Abb.4: Umsetzungsnetzwerk des intelligenten Produktlebenszyklus Konstrukteur … Fertigung Montage Produktplanung Prozessdurchführung im Bereich im Werk im Konzern KundeLieferant externe Kooperationspartner Collaborative Connections Collaborative Workspaces Collaborative IT-Platforms Prozessplaner … Prozessplanung ServiceEinkauf Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 107 7.2 Produktlebenszyklus im CAD/CAM-Prozess 107 Einerseits haben hier IT-seitige Entwicklungen in Richtung Standardisierung von Datenformaten und Tools für die Datenkonvertierung zwischen verschiedenen Systemen unterschiedlicher Anbieter begonnen. Andererseits bereiten aber bei der Implementierung zahlreiche Detailprobleme, z.B. die Übernahme von Technologiedaten aus dem 3D-Modell oder der Zeichnung in Prozessplanungstools des gleichen Anbieters, erhebliche Schwierigkeiten und erfordern eine manuelle Datenkonvertierung. 7.1.3 Umsetzung des geplanten Prozesses in der realen Fabrik Das sequentielle Arbeiten in der Produkt- und Prozessplanung bis zum Produktionsstart mit zahlreichen Iterationsschleifen zwischen Konstruktion, Prozess-, Qualitäts- und Materialflussplanung verursacht erhebliche Zeit- und Qualitätsverluste im gesamten Produktplanungsprozess. Die wesentlichen Erfolgsfaktoren einer signifikanten Verbesserung im Produktlebenszyklus von der Produktidee bis zum Produktionsstart sind – eine frühzeitige, systematische Zusammenarbeit von Produktplanung und Prozessplanung (Collaborative Engineering, Simultaneous Engineering), – die informationstechnische Integration von CAD-, CAPP-, CAM-Tools auf der Basis moderner Kommunikationsmedien, – die (digitale) Abbildung der Produktion und Simulation des Planungsergebnisses mittels Modellen der realen Fabrik und – die effiziente Beschaffung und Wiederverwendung von Technologiedaten, Produkt- und Prozessbausteinen. Der hohe Reifegrad des Ergebnisses der Produkt- und Prozessplanung an der Schnittstelle zur Produktionsausführung ist ein weiterer wesentlicher Faktor für die schnelle und flexible Platzierung eines Produktes im Markt, für die Produktqualität bei Produktionsstart und für die Herstellkosten. Hier setzen neue Verfahren zur digitalen 3D-Abbildung an. Die digitale Abbildung der realen Fabrik in Verbindung mit technischen Daten bietet bereits in der Phase der Prozessplanung die Möglichkeit der realitätskonformen Prozesssimulation. Über bisher bekannte Anwendungen zur Layout-Planung und ergonomischen Arbeitsplatzgestaltung weit hinausgehend, besteht damit die Möglichkeit, den geplanten Produktionsprozess detailliert an der virtuellen Fabrik zu testen und zu optimieren. Zeitintensive und kostentreibende iterative Produktanlaufphasen werden damit deutlich reduziert. 7.2 Implementierung und Sicherung des Produktlebenszyklus im CAD/CAM-Prozess Mit Fokus auf den CAD/CAM-Prozess im Maschinenbau lassen sich bereits effiziente teilintegrierte Prozesslösungen realisieren, die strategisch gesehen in den intelligenten Produkt- und Prozesslebenszyklus münden. Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 108 108 7. Der intelligente Produktlebenszyklus 7.2.1 Prozessintegration CAD/CAM und Produktionsbetrieb Die typische Ausgangssituation im Maschinenbau ist historisch gewachsen und geprägt durch – die Implementierung von IT- Anwendungen für einzelne, abgegrenzte Funktionen wie Arbeitsplanung, Auftragssteuerung, Werkzeugverwaltung, NC-Programmierung, Lagerverwaltung, Instandhaltungsmanagement etc., – die stark technisch orientierte Teilintegration von IT-Lösungen für ausgewählte betriebliche Aufgaben wie die Auftragsplanung und -steuerung (ERP + MES) oder die Auftragssteuerung und -verfolgung (MES + MDE/BDE) in der CIM-Ära und – die prozessorientierte Teilintegration von Prozessketten wie Produkt- und Prozessplanung, Produktionssteuerung und Instandhaltungsmanagement oder Produktionsdurchführung und -controlling im betrieblichen Umfeld (siehe Abb.2). Am Ziel „intelligenter Produktlebenszyklus“ ausgerichtet, bedeutet das, zunächst die End-to-End-Integration des Prozesses von der Produktidee bis zum gefertigten Produkt zu realisieren (siehe Abb.5). 7.2.2 Technische Realisierung der CAD/CAM-Prozesskette Die technischen Herausforderungen einer integrierten CAD/CAM-Prozesskette lassen sich in drei wesentlichen Punkten zusammenfassen: – Fehlende Standards unterschiedlicher CAD-Systemanbieter für die Beschreibung von Produktgeometrie und technischen Daten führen bereits in der Kommunikation mit Kunden, Lieferanten, externen und ggf. unternehmensinternen Kooperationspartnern zu erheblichen Mehraufwendungen. Zu kommunizierende 3D-Modelle und Zeichnungen müssen ggf. an Systemschnittstellen konvertiert und nachbearbeitet werden. 3D-Modelle und technische Daten von Werkzeugmaschinen und Werkzeugen werden heute Serienprodukte Kundenspezifische Produkte Produktplanung CAD - Normen - Referenzteile - Rohteile - Materialdaten - 3D-Modelle - Zeichnungen - Stückliste Prozessplanung NC- Programmierung - Werkzeuge - Maschinen - Leistungsdaten - NC-Makros - Arbeitsplan - neutrales NC- Programm - Spannblatt NC-Simulation / Schnittoptimierung - Werkzeugmodelle - Maschinenraummodelle - Postprozessoren - NC-Programme * optimiert und * crash-getestet Prozessausführung/ Maschine DNC-Betrieb Abb.5: End-to-End-Integration der CAD/CAM-Prozesskette Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 109 7.2 Produktlebenszyklus im CAD/CAM-Prozess 109 von Lieferanten nur begrenzt digitalisiert und sind daher nicht direkt im CAD/CAM-Prozess nutzbar. – Sofern Basisdaten, z.B. zu schneidendenWerkzeugkomponenten, Werkzeughaltern oder Vorrichtungen, als 3D-Modelle vorliegen, sind für definierte Bearbeitungsaufgaben spezifische 3D-Modelle von Komplettwerkzeugen zu erstellen. Diese sind u.a. die Basis für die NC-Simulation und Schnittoptimierung. Der Aufbau des Start-Datensets für eine effiziente CAD/CAM- Prozesskette erfordert erfahrungsgemäß erhebliche Vorleistungenmit detailliertem technischem Fachwissen. – Die Pflege des Datensets über den gesamten Prozesslebenszyklus erfordert auch nach der organisatorischen und technischen Implementierung des CAD/CAM-Prozesses laufende Aufwendungen insbesondere im Industrial Engineering. Der kontinuierliche, zielgerichtete Ausbau von Bibliotheken für Best-Practice-Referenzlösungen, NC-Bausteine, betriebliche Standards etc. erschließt letztlich das hohe Rationalisierungspotenzial einer integrierten Prozesskette im Vergleich mit der herkömmlichen sequentiellen Arbeitsweise. 7.2.3 Modulkonzept und Ergebnisse der CAD/CAM- Prozessintegration Das dargestellte Beispiel der CAD/CAM-Prozesskette macht deutlich, dass – je nach bestehendem betrieblichem Umfeld, Produkt- und Marktanforderungen – differenzierte Kernziele verfolgt werden, die ein modulares, flexibles Gesamtkonzept der Prozesskette erfordern. Die Implementierung der integrierten CAD/CAM-Lösung führt an der traditionellen Schnittstelle zwischen Produkt- und Prozessplanung wesentlich schneller und effektiver zu einem abgestimmten Planungsergebnis: – Die NC-Prozessplanung wird durch die Integration von Planungsmethoden, Technologiedaten und wiederverwendbaren Makros deutlich beschleunigt. – Die Crash-Simulation des NC-Programmes auf Basis virtueller 3D-Modelle eines Maschinenraumes sowie Komplett-Werkzeugen und Vorrichtungen erübrigt das Einfahren von Programmen auf der NC-Maschine und reduziert die Rüstzeit auf ein Minimum. – Tools für die Schnittoptimierung auf Basis aktueller technologischer Leistungsparameter von Maschinen undWerkzeugen ermöglichen deren maximale Nutzung und Reduzierung der Bearbeitungszeiten. Bereits in der Prozessanalyse werden für den CAD/CAM-Prozess zwei differenzierte Zielrichtungen erkennbar: – Die kundenspezifische Herstellung eines Produktes, in der Regel in kleiner Stückzahl mit dem Kernziel einer signifikanten Verkürzung der Produktplanung, Prozessplanung und -durchführung vom erfassten Kundenauftrag bis zur Übergabe in den Versandprozess. Beispielsweise konnte bei einer kundenspezifischen Produktion unter Nutzung der integrierten CAD/ CAM-Prozesskette eine Reduzierung der Durchlaufzeit ab Eingang Auftrag bis „die ersten Späne fliegen“ von ca. einer Woche auf vier Stunden erreicht werden. Neben dem betriebswirtschaftlichen Vorteil beim Hersteller stellt Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 110 110 7. Der intelligente Produktlebenszyklus die signifikant verkürzte Lieferzeit (time to customer) einen wesentlichen Kundenvorteil dar. Darüber hinaus erschließen sich mit einem derartigen Sprung der Lieferzeit deutliche Wettbewerbsvorteile bis hin zu neuen Kunden- und Marktsegmenten. – Die Serienproduktion auf Lager bzw. in großen Stückzahlen mit dem Kernziel einer signifikanten Optimierung der Herstellkosten. Im Bereich großer Produktionsstückzahlen ist nicht die maximal mögliche Reduzierung der Prozessplanungsdauer zielführend, sondern die maximal mögliche Reduzierung der Herstellkosten. Über die Schnittoptimierung in der Prozessplanung werden Bearbeitungszeit-Potenziale im Minuten- und Sekundenbereich erschlossen. Unabhängig von den genannten Zielrichtungen kann auch die Prozess-Planungsphase bei der Einführung von Produktneuheiten durch die informationstechnische Unterstützung annähernd halbiert werden. 7.2.4 Der lernende Produktlebenszyklus Das Beispiel der CAD/CAM-Prozesskette zeigt, dass die Herausforderungen und Chancen für weitergehende deutliche Effizienzsteigerungen und Verbesserungen der Wettbewerbsfähigkeit zunächst in der Vernetzung von Produktund Prozesslebenszyklus liegen. Auf dieser Basis werden beide im Sinne eines permanent lernenden Systems kontinuierlich verbessert. Aus der Implementierung leiten sich unmittelbar weitere konkrete Aufgabenpakete und Realisierungsschritte auf demWeg zum intelligenten Produkt- und Prozesslebenszyklus ab: – Über MDE, BDE, QDE und ConditionMonitoring gewonnene Informationen zum Herstellprozess eines Produktes können zeitnah ausgewertet werden und in die Definition bzw. Optimierung von NC-Makros, die Anpassung digitaler 3D-Maschinen- und Werkzeug-Modelle und in die Optimierung von Betriebsmittel-Leistungsdaten einfließen. Nachfolgende im CAD/CAM- Prozess realisierte Produkte treffen damit unmittelbar auf ein kontinuierlich verbessertes Prozessplanungs- und -realisierungsumfeld. – Technische Neuerungen oder verbesserte Technologie-Parameter vonWerkzeugen fließen unmittelbar und automatisch in die Prozessplanung, NC- Simulation und Schnittoptimierung nachfolgender Produkte ein. – In der realitätsnahen digitalen Simulation des geplanten Prozesses werden bereits vor dem Produktionsstart Kostenpotenziale, fertigungstechnisch kritische Konstruktionselemente sowie Konstruktionsfehler und Technologiegrenzen erkennbar. Diese können sofort in die konstruktive Gestaltung von Produkten, die Prozessplanung und die Technologieentwicklung einfließen. – Unter definierten technischen Bedingungen auftretende Qualitätsprobleme können systematisch identifiziert, simuliert und zugeordnet werden. Konstruktive Maßnahmen am geplanten Produkt oder Modifikationen des geplanten Produktionsprozesses sind damit schnell und zielsicher umsetzbar. Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 111 7.3 Die Herausforderung – der intelligente Produktlebenszyklus 111 – Anforderungen an die digitale Abbildung von Geometriedaten, Toleranzangaben etc. in Zeichnungen und Modellen werden in betriebliche Konstruktionsstandards umgesetzt und sichern damit eine direkte Übernahme der CAD-Ergebnisse in die NC-Planung. In der CAD/CAM-Prozesskette wird der Planungsstand von Produkt und Herstellprozess permanent mit der Realität im Shopfloor abgeglichen. Die vernetzte digitale Darstellung sichert personenunabhängig und nachhaltig einen wesentlichen Teil des Produktlebenszyklus (siehe Abb.6). 7.3 Die Herausforderung – der intelligente Produktlebenszyklus AmBeispiel der CAD/CAM-Prozesskette wird deutlich, welcheMöglichkeiten ein nachhaltiger, intelligenter Produktlebenszyklus erschließt und welche Vorteile sich daraus für den Hersteller und den Kunden ableiten. An vorgenannten Beispielen wird auch deutlich, dass mit dem Einstieg in eine neue Qualität der Produkt- und Prozessplanung nicht sofort alle Bausteine automatisiert und vollintegriert verfügbar sind.5 7.3.1 Risiken und Handlungsfelder Die Einarbeitungsmaßnahmen und der Aufbau eines Startsets an Basisdaten erfordern einen hohen Ressourcen- und Kostenaufwand. Diese Leistungen erfordern Fachwissen und sind weitgehend durch Fachspezialisten neben ihren 5 Vgl. Schlögl (2008). Prozessplanung NC-Simulation / Schnittoptimierung Prozessdurchführung/ Maschine DNC-BetriebProduziertes Teil Produktplanung CAD NC- Programmierung Produktdaten Prozessstammdaten ProduktionsdatenTechnologiedaten Abb.6: CAD/CAM-Prozess im intelligenten Produktlebenszyklus Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 112 112 7. Der intelligente Produktlebenszyklus weiterlaufenden operativen Aufgaben zu erbringen. Ein einseitiger Blick auf Soforterfolge kann hier durchaus richtige Entscheidungen für eine nachhaltige strategische Positionierung verhindern. Die erforderliche permanente Aktualisierung und Erweiterung der Datenbasis sindmit vertretbaremAufwand auf Dauer nur durch eine weitgehend automatisierte Übernahme geometrischer und technischer Daten von Technologielieferanten leistbar (siehe Abb.7). Hier besteht erheblicher Nachholbedarf seitens der Technologielieferanten. 7.3.2 Datenmanagement im Produktlebenszyklus Als zunehmend kritisches Thema für schnelle Fortschritte auf dem Weg zum intelligenten Produkt- und Prozesslebenszyklus erweist sich das integrierte Produkt- und Prozessdatenmanagement (siehe Abb.8). Die historisch gewachsene Trennung der Produkt- und Prozessplanung spiegelt sich häufig in einer Trennung von Produkt- und Prozessdaten wider. Ausgeprägte Ebenenmodelle für ERP- und MES-Anwendungen führten in der Vergangenheit ebenfalls zur Trennung von Daten aus der Prozessplanung und der Prozessdurchführung. Überlagert wird diese Situation durch sprunghaft ansteigende Datenmengen. Hier muss synchron zur Integration von Produktplanung, Prozessplanung und Prozessdurchführung auch eine Restrukturierung und Integration des Produkt- und Prozessdatenmanagements stattfinden. Der Blick auf das Datenmanagement verdeutlicht, wie eng Produktplanung, Prozessplanung und Prozessausführung verzahnt sind. Er veranschaulicht darüber hinaus auf der Anwendungsebene, dass ein Produkt und sein Herstellprozess nur Teilelemente eines wesentlich komplexeren unternehmerischen Prozessnetzwerkes sind. Aktuelle Themen wie – Collaborative Engineering, – Simultaneous Engineering, Abb.7: Integriertes Technologiedatenmanagement Integriertes Technologiedatenmanagement Tool-Data- Management- System CAM- System Technologiedaten Werkzeuglieferant n Technologiedaten Werkzeuglieferant 1 Technologiedaten Maschinenlieferant 1…n NC-Programmier- Tools Simulationstools Tools für Schnittoptimierung Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 113 7.3 Die Herausforderung – der intelligente Produktlebenszyklus 113 – Rückverfolgbarkeit von Produkten, – Digitale (papierarme) Informationsbereitstellung in innerbetrieblichen Prozessen, – Digitale (papierarme) Informationsbereitstellung für Kunden und Lieferanten, – Prozess Monitoring und bedienarmer Betrieb von Produktionseinrichtungen, – Prozessregelung und -automatisierung, – CAD/CAQ-Integration, – Prozess- und Anlagendiagnose und – Instandhaltungsmanagement in unterschiedlichen Fachprozessen setzen auf gleichen Daten auf. Die derzeitige Situation ist jedoch eher durch anwendungsgetriebeneMehrfacherfassung von Daten, Dateninkonsistenzen, Erfassungs- und Interpretationsfehler, lokale und nur begrenzte Verfügbarkeit von Daten geprägt. Erfahrungen aus den unterschiedlichen Innovationsfeldern zeigen, dass sich das Daten-, Informations- und Wissensmanagement bei der Implementierung neuer Prozesse und Anwendungen als erfolgskritisches Thema herausstellen kann. Die Implementierung neuer innovativer Prozesse sollte deshalb auch Anlass für die Überprüfung ggf. veralteter Datenmodelle und die strategische Neuausrichtung des Datenmanagements im Unternehmen sein. 7.3.3 Automatisierung der Prozessausführung Ein maßgebender Erfolgsfaktor für Unternehmen am Industriestandort Deutschland ist die Fähigkeit, die rasanten Entwicklungen in den Technologien und in der Automatisierungstechnik zu nutzen.6 Bei der Entwicklung neuer Produkte, der Planung des Produktionsprozesses und demAufbau entsprechender Produktionsressourcen ist der Einsatz neues- 6 Vgl. Jovane (2009); Spath/Lentes/Haselberger (2008). MDE BDE QDE Condition Monitoring Sensorik Technologiedaten Prozessstammdaten CAD-System ERP-System CAD/CAM- Prozess Produktionssteuerung Instandhaltung Prozesscontrolling Wissen Dokumente Services Traceability Abb.8: Handlungsfeld Produkt- und Prozessdatenmanagement Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 114 114 7. Der intelligente Produktlebenszyklus ter Technologien und Automatisierungslösungen selbstredend. Die eigentliche Herausforderung produzierender Unternehmen liegt in der Implementierung des technischen Fortschritts in bestehende Produkte und Produktionsprozesse. Hier treffen sich Produktlebenszyklus, Prozesslebenszyklus und technische Innovation. Der intelligente Produkt- und Prozesslebenszyklus stellt deshalb nicht nur einen sich permanent selbst optimierenden Kreislauf dar, sondern muss hochflexibel technische Innovationen aufgreifen. Die mit Fokus auf der Integration von Produktplanung, Prozessplanung und Prozessausführung dargestellten Herausforderungen erhalten damit eine weitere Dimension – die Integration der Produkt- und Technologieentwicklung. Gemeinsammit organisatorischen Maßnahmen bietet hier das integrierte Daten- undWissensmanagement (siehe Abb.8) eine zukunftsorientierte Plattform. 7.4 Erfolgsfaktor intelligenter Produktlebenszyklus Innovative Produkte in Verbindung mit einem intelligenten Produkt- und Prozesslebenszyklus bilden einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil deutscher Produktionsstandorte im globalenWettbewerb. DieserWettbewerbsvorteil wird umso deutlicher, je besser es gelingt, Lieferanten einzubinden und den eigenen wirtschaftlichen Erfolg mit einem überzeugenden Kundennutzen zu verbinden. Produktplanung, Prozessplanung und Produktionsdurchführung innerhalb des eigenen Unternehmens werden hierfür künftig ebenso eng zusammenrücken wie über die Unternehmensgrenzen hinaus mit Lieferanten und Kunden. Im Wettbewerb steht heute nicht mehr das einzelne Produkt eines Herstellers, sondern die gesamte Supply Chain des Produktes und sein unter Einbindung von Prozesslieferanten und Kunden optimierter Herstellprozess.7 Das Rationalisierungspotenzial erschließt sich durch die systematische und nachhaltige Nutzung des intelligenten Produkt- und Prozesslebenszyklus. Neue IT-Konzepte wie Cloud Computing und Webservices skalierbarer Anwendungen werden diese strategische Aufgabe in produzierenden Unternehmen unterstützen. Entscheidend für die erfolgreiche Umsetzung ist damit – dieWandlungsfähigkeit im Unternehmen, beginnendmit organisatorischen Veränderungen, – die Akzeptanz eigener, nicht zu unterschätzender Beiträge in einem längerfristigen, schrittweisen Realisierungsprozess und – die Orientierung an dem langfristigen Ziel „Nachhaltiges wirtschaftliches Handeln in globalen Märkten“. 7.5 Literatur Berthel, Hartmut (2008), Digitale Produktion im Umfeld gewachsener Prozesse und Strukturen, in: Fraunhofer IAO (Hrsg.), Tagungsband Innovationscluster „Digitale Produktion“ 2008, Stuttgart. 7 Vgl. Bullinger (2007). Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 115 7.5 Literatur 115 Bullinger, Hans-Jörg (2007), Vorsprung schaffen – Vorteile sichern Innovationskraft und Erneuerungsbereitschaft für eine intelligente Produktion in Deutschland, in: Tagungsband VDMA-Kongress „Intelligenter Produzieren“ 2007, Stuttgart. Jovane, Francesco (2009), Leadership of European Manufacturing Industry, in: Jovane, Francesco/Westkämper, Engelbert/Williams, David (Hrsg.), The ManuFutureRoad, Berlin/Heidelberg, S.5–29. Schlögl, Wolfgang (2008), Digitale Fabrik 2.0 – Die Digitale Fabrik am Übergang zur realen Fabrik, in: Gesellschaft für Fertigungstechnik Stuttgart (Hrsg.), FTK 2008 – Fertigungstechnisches Kolloquium Stuttgart 2008, Stuttgart, S.453–462. Spath, Dieter/Lentes, Joachim/Haselberger, Frank (2008), Virtual Engineering – mit virtuellen Techniken die Produktentwicklung beschleunigen, in:Gesellschaft für Fertigungstechnik Stuttgart (Hrsg.), FTK 2008 – Fertigungstechnisches Kolloquium Stuttgart 2008, Stuttgart, S. 361–376. Kemper/Pedell/Schäfer – Management vernetzter Produktionssysteme – Allg. Reihe – Herst. Frau Deuringer – Stand: 10.10.11 – Imprimatur – Seite 117 8. Business-Intelligence-Systeme in produzierenden Unternehmen – Neue Ansätze einer ganzheitlichen Informationsversorgung Hans-Georg Kemper, Henning Baars und Heiner Lasi Kapitelübersicht 8.1 Traditionelle Konzepte zur IT-basierten Management- Unterstützung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 8.2 Business Intelligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8.3 Industrial Intelligence – Neue Business-Intelligence-Konzepte für industrielle Unternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 8.4 Umsetzungshemmnisse und die strategische Bedeutung der Digitalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 8.5 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Management Summary Industrielle Unternehmen stehen vor der Herausforderung, ihre wertschöpfenden Prozesse hinsichtlich Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz und Time-to-Market permanent zu verbessern. Grundlage hierfür ist eine wirksame Entscheidungsunterstützung auf allen operativen und dispositiven Ebenen, die auf einer ganzheitlichen Informationsversorgung basiert. Dieser Beitrag thematisiert die Erweiterung etablierter Business-Intelligence- Konzepte (BI-Konzepte) um die Belange industrieller Unternehmen und stellt Lösungsansätze einer technischen, inhaltlichen und organisatorischen BI-Integration vor. 8.1 Traditionelle Konzepte zur IT-basierten Management- Unterstützung Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz und Time-to-Market sind Schlüsselfaktoren für den Erfolg industrieller Unternehmen. Die genannten Größen werden maßgeblich durch die wertschöpfenden Prozesse determiniert, weshalb deren Planung, Überwachung und Steuerung ein zentraler Stellenwert

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References

Zusammenfassung

Die Erfolgsfaktoren vernetzter Produktionssysteme.

Die globale Vernetzung

von Produktionssystemen eröffnet einerseits große Chancen, andererseits aber auch erhebliche Risiken dadurch, dass hochinterdependente und verschlankte Lieferketten anfälliger gegen Störungen werden. So z.B. die Lieferengpässe, die in der Folge des Erdbebens in Japan am 11. März 2011 weltweit in unterschiedlichen Branchen auftraten.

Produktionssysteme: Erfolgsfaktoren erkennen

Dieses Werk beleuchtet detailliert und praxisnah das Management von vernetzten Produktionssystemen aus verschiedenen betriebswirtschaftlichen Blickwinkeln und zeigt die Erfolgsfaktoren auf. Im Mittelpunkt stehen

* Strategien in Produktionsnetzwerken,

* Optimierung des Produktionsverbundes,

* Innovation und Dienstleistungen,

* Risiko- und Resilienzmanagement.

Erfahrene Experten zu vernetzten Produktionssysteme

Herausgegeben von Prof. Dr. Hans-Georg Kemper, Inhaber des Lehrstuhls für Informationsmanagement, Prof. Dr. Burkhard Pedell, Inhaber des Lehrstuhls für Controlling, und Prof. Dr. Henry Schäfer, Inhaber des Lehrstuhls für Finanzwirtschaft an der Universität in Stuttgart.