Vom Produkt-Lieferant zu erweiterten Geschäftsmodellen – Teil 3

Im Teil 2 meiner Berichtsreihe habe ich mich mit dem Thema Konnektivität eines Complete Fan System (CFS) befasst, und an dem Beispiel des IoT-Systems eine der Möglichkeiten einer SAAS-Lösung der Firma SH-Tools GmbH beschrieben. 

Voraussetzung für einige Digitale Geschäftsmodelle ist jedoch ein Digitaler Zwilling (Digital Twin), deshalb möchte ich mich im Teil 3 meiner Berichtsreihe nun mit dem Digitalen Zwilling befassen.

Ein Digitaler Zwilling wird allgemein als intelligente, digitale Repräsentation eines realen materiellen oder immateriellen Objekts beschrieben. Intelligent ist die Bezeichnung für die Fähigkeit von digitalen Zwillingen, Prozesse abzubilden, zu ermöglichen und zu optimieren. Dieses Verständnis wird zunehmend nicht nur bei der Firma LocLab Consulting GmbH in Darmstadt, um eine Dimension erweitert – die Geometrie. So versteht auch Dr. Ilka May, CEO von LocLab, unter einem Digital Twin, eine „dreidimensionale, objektbasierte und realitätsgetreue digitale Kopie, eines Objektes“ [1].  

In der Anwendung im Maschinenbau muss zumindest zwischen dem  Digital Product Twin  also dem virtuellen Abbild des Produktes und dem Digital Production Twin also den Produktionsmaschinen und –anlagen , NC-Programme und Prüfprogramme etc. zur Produktion des Produktes unterschieden werden.

Das größte Potenzial von intelligenten Digitalen Zwillingen, die die Fähigkeit besitzen, Prozesse abzubilden, zu ermöglichen und zu optimieren, liegt unbestritten im produzierenden Gewerbe. 

Das volle Potenzial digitaler Zwillinge entfaltet sich, wenn Zwilling und physisches Abbild zu einem sogenannten bidirektionalen System werden, d.h. die beiden Komponenten tauschen Informationen miteinander aus und können so zu einem sich selbst steuernden System werden. Die Verknüpfung verschiedener digitaler Zwillinge und ihrer realen Gegenstücke innerhalb einer einzigen Produktionskette wird auch als digitaler Faden (digital thread) bezeichnet.

Bild 26: https://www.computerwoche.de/i/detail/artikel/3544863/2/3222404/EL_mediaN10124/

Eine erfolgreiche Transformation erfordert eine durchgängige digitale Innovationsstrategie, um umfassende und präzise digitale Modelle von Produkten und Produktionsabläufen zu erstellen, um die Komplexität intelligenter Produkte und intelligenter Produktionsabläufe zu bewältigen. 

Diese Digitalen Zwillinge bieten bei entsprechenden Integrationskonzepten, wie Cloud-, ERP-, MES-, PLM- und IoT- einen detaillierten Einblick in alle Aspekte der Entscheidungsfindung für Produktentwicklung und Produktion bis zu den Industrial IoT-Performance-Erkenntnissen, die aus dem Feld (also aus den in Betrieb befindlichen Produkten und Anlagen)  gewonnen werden. 

Bild 27:Quelle: Bild UNITY AG

Nur dann – wenn diese digitalen Zwillinge mit einem konsistenten digitalen Thread verbunden werden – können Unternehmen die Kraft und Flexibilität erkennen, um die Entwicklung zu beschleunigen, die Fertigung zu optimieren und die Erkenntnisse aus dem Produkt- und Anlagenbetrieb zu nutzen, um die zukünftige Leistung zu verbessern.

Nun hängen der Aufwand und damit die Kosten der Erstellung von Digitalen Zwillingen von der Zielsetzung und Erwartungshaltung des Einzelnen ab. Denn trotz allen Potenzials ist eine erfolgreiche Einführung auf Unternehmens- oder Organisationsebene oft schwierig. Eine Marktanalyse aus dem Jahr 2020 unter 250 Ingenieuren, Designern, Produktmanagern und Führungskräften [2] bestätigt diese Einschätzung. Zu den häufigsten Hemmnissen und Blockern gehören demnach:

  • Keine Unterstützung durch das Management
  • Fehlender oder nicht verstandener Business Case
  • Unsicherheit, womit man anfangen soll
  • Finanzielle Hürden und mangelnde Bereitschaft zu Anfangsinvestitionen.
  • Mangelnde Integration vorhandener Software und Datenspeicher
  • Fehlendes Know-how zur Implementierung einer Lösung
  • Lösungen sind oft komplex und müssen aufwändig angepasst werden, kein „Off-the-shelf“ Produkt
  • Silohaftes Arbeiten, silohafte Datenstrukturen, silo-hafte Budgets, Verantwortungen, Zuständigkeiten – Silos sind das Gegenteil vom Digitalen Zwilling!

Wie kann also eine skalierbare und marktfähige Lösung aussehen, um verschiedenen Nutzern digitale Zwilling für eine möglichst große Bandbreite an Anwendungsfällen zur Verfügung zu stellen? Mit dieser Frage hat sich auch das Unternehmen LocLab aus Darmstadt eingehend beschäftigt und setzt voll auf Kosteneinsparung durch Technologie, Automatisierung und KI bei der Erstellung digitaler Zwillinge von Bauwerken, Maschinen und Anlagen.

Der erste Hebel in die Kostensenkung ist die Verwendung möglichst niedrigschwelliger Eingangsdaten. Die Kosten für die Datenaufnahme können signifikant reduziert werden, wenn anstatt aufwändiger 3D Laservermessung eine Produktion der 3D Modelle auf Basis von Videos erfolgt, die mit einfachen Aktion-Kameras aufgenommen werden, wie man sie z.B. aus dem Sport kennt. Aus den Videoaufnahmen werden in einem semi-automatisierten Verfahren datenschlanke Vektormodelle errechnet. Eine Muster- und Objekterkennung sorgt anschließend für die Semantisierung, also die objektbasierte Datenstruktur der Modelle.

Bei der Verwendung von Videos aus Mobilgeräten oder Action-Kameras werden in der LocLab Methode zunächst über einen speziellen Algorithmus in einem zweistufigen Verfahren Tiefenwerte errechnet.  Um die entstandene Punktwolke zu kalibrieren, wird lediglich ein zusätzliches Referenzmaß benötigt, das im einfachsten Fall mit einem Laser Distanzmessgerät erhoben werden kann. Die Genauigkeit der Tiefenwertberechnung liegt im Innenraum bei ca. 5 cm, im Außenraum bei ca. 10 cm. Die Genauigkeit der Kalibrierung kann durch verschiedene Verfahren sogar noch erhöht werden, zum Beispiel durch Verwendung mehrerer videogrammetrischer Auswertungen zugleich, Erhöhung der Referenzmaße, den kombinierten Einsatz von Videokameras mit einem 3D-Laserscanner oder über eine Verringerung der Distanz zwischen der Videokamera und dem Objekt. Damit können für Maschinen, Anlagen oder technische Komponenten Genauigkeiten von < 1 cm erreicht werden, denn diese Objekte können in der Regel aus großer Nähe gefilmt werden.

Die entstandene Punktwolke, nun in der richtigen Skalierung, wird in ein texturiertes Dreiecksnetz, ein sogenanntes „Mesh“, überführt. Damit entsteht bereits ein 3D Modell, dies ist jedoch nur als Zwischenergebnis zu betrachten, da es noch keine qualifizierten Geometrien oder Objekte enthält.

In der Software-unabhängigen ToolChain von LocLab laufen zur weiteren Verarbeitung des 3D Modells eine Reihe von Algorithmen ab. Zunächst wird eine Kantendetektion durchgeführt, Vektoren werden erkannt und gesetzt. Mit Hilfe der Vektoren werden anschließend über die KI-gesteuerte Mustererkennung Objekte in den Videos erkannt, über ein punktförmiges Element räumlich positioniert und mit einem Attribut „Objekttyp“ versehen. Anschließend findet ein Algorithmen-basierter Abgleich der erkannten Objekte mit der LocLab Objektbibliothek statt, bei dem Instanzen aus der Bibliothek in die Szene eingesetzt werden. Die korrekte Lage und Größe der Objekte wird über Parametrik gesteuert. Das kann man sich so vorstellen: wenn man ein Fenster ohne Parametrik skaliert, also z.B. vergrößert, dann wird alles größer und breiter, der Rahmen und die Fensterfläche. Das ist aber nicht korrekt, denn Rahmen haben in der Regel genormte Breiten. Mit Parametrik bleibt der Rahmen in der genormten und korrekten Breite und nur die Fensterfläche wird vergrößert. Diese Vorgänge laufen vollautomatisch ab, sie müssen allerdings kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert werden. LocLab haben mit diesem Verfahren eine ausgereifte Technologie aus der Spieleindustrie aufgegriffen und weiterentwickelt.

Im nachfolgenden Beispiel ist eine Szene aus einem Video zu sehen (Bild 28) und das in dem oben geschilderte Verfahren daraus erstellte digitale 3D Modell (Bild 29).

Bild 28:Quelle: Bildsequenz aus einem Video der Firma Konrad Reitz Ventilatoren GmbH & Co.KG

Das hier aufrufbare Video zeigt eine einfache Datenanbindung über eine Verlinkung von Dokumenten und einen Abruf von Objektinformationen aus einer Datenbank bei Anklicken. Ebenfalls durch Anklicken wird das Modell zur Explosion gebracht, was beeindruckend verdeutlicht welche Detailtiefe aus dem zur Verfügung gestellten Video und einer Teileliste im PDF-Format erzeugt werden kann. Sogar Barcodes sind lesbar und funktionieren im digitalen Modell.

Bild 29:Quelle: von LocLab Consulting GmbH erstellte digitale 3D-Modell
Bild 30:Quelle: Detailbild des von LocLab Consulting GmbH erstellte digitale 3D-Modell

Wie bereits zu Beginn der Artikels erläutert, ist es aber nicht die Genauigkeit der Geometrie oder der Lichtreflex des verwendeten Materials, die den Digitalen Zwilling für die Industrie wertvoll machen. Es ist die Struktur der Daten, die auch im 3D Modell vollständig abgebildet ist, die es ermöglicht, dass aus einem 3D Modell ein echter Digital Twin wird.

Digitale Zwillingen können vor Realem Zwilling existieren[3]

Digitale Zwillinge können auch schon vor dem Realen Zwilling existieren, zum Beispiel als Designmodelle künftiger Produkte. Und sie können dazu dienen, Daten aus dem Einsatz der Realen Zwillinge zu analysieren und auszuwerten. Sie haben unterschiedlichste Zwecke und Funktionen. Ihr besonderer Wert für die Industrie ergibt sich aus der Einsparung physikalischer Prototypen und der Möglichkeit, Verhalten, Funktionalität und Qualität des Realen Zwillings unter jedem relevanten Aspekt zu simulieren. Dieser Wert kann für alle Teile der Wertschöpfung über den gesamten Lebenszyklus von Produkten, Anlagen und Dienstleistungen genutzt werden. Ein Digitaler Zwilling nimmt verschiedenste Formen an. Er kann zum Beispiel aufbauen auf einem Verhaltensmodell der Systementwicklung, einem 3D-Modell oder einem Funktionsmodell, das mechanische, elektronische und andere Eigenschaften und Leistungsmerkmale des Realen Zwillings im Lauf einer modellbasierten Ausgestaltung möglichst realistisch und umfassend abbildet.

Wenn dann reale Produkte und deren Digitale Zwillinge Daten austauschen, und diese Unmengen an Daten durch intelligente Datenanalyse verständlich gemacht werden, können neue Produkte mit rein virtuellen Entwicklungen bereits ohne reale Prototypen optimiert werden. Das verbessert die Effizienz, schont die Recourcen, beschleunigt die Entwicklung und Produktion, hilft auf Kundenwünsche einzugehen und fördert somit eine nachhaltig gesteigerte Wettbewerbsfähigkeit.  

Wie die Unmengen an Daten strukturiert und standardisiert werden könnten, damit befassen sich u.a. auch die Arbeitsgruppen „Referenzarchitekturen, Standards und Normung“ und „Sicherheit vernetzter Systeme“ der „Plattform INDUSTRIE 4.0“. Die aus Mitarbeitern dieser Arbeitsgruppen gebildete Task Force haben in dem Dokument „Was ist die Verwaltungsschale aus technischer Sicht?“ [4]. Welche Dokumente definieren die Verwaltungsschale (eng. Abk.: AAS für Asset Administration Shell) hierzu einiges zusammengefasst.  Nach Ansicht der Plattform INDUSTRIE 4.0 realisiert erst die Verwaltungsschale den Digitalen Zwilling.

Bild 31:Quelle: Plattform Industrie 4.0 Glossary http://4.0.iosb.fraunhofer.de/                                                                          Folie 8 aus der Präsentation „Die Verwaltungsschale im Detail – von der Idee zum implementierbaren Konzept“
Bild 32:Quelle: Plattform Industrie 4.0 Glossary http://4.0.iosb.fraunhofer.de/                                                                          Folie 10 aus der Präsentation „Die Verwaltungsschale im Detail – von der Idee zum implementierbaren Konzept“

D.h. also erst das Abbild eines Gegenstandes in Verbindung mit dem so strukturierten und kontrollierten Zugriff auf alle Informationen des Gegenstandes stellen den Digitalen Zwilling dar und bringen den wahren Nutzen und eröffnet die Möglichkeiten neuer, erweiterter, digitaler Geschäftsmodelle. Womit ich auch schon bei meinem nächsten Thema dem Product Lifecycle Management (PLM) bin. Den vor berichteten zwingenden Zusammenhang von Produkt und Produktdaten versucht die folgende Darstellung deutlich zu machen.

Bild 33:Quelle: PROCAD GmbH & Co. KG, Konrad Reitz Ventilatoren GmbH & Co.KG

Hierzu mehr im Teil 4 meiner Themenreihe „Vom Produkt-Lieferant zu erweiterten Geschäftsmodellen.“

Literaturhinweise

[1] May, Ilka (2021): KI-gestützte Erstellung digitaler Zwillinge von Infrastrukturanlagen.- In: Fachkongress Digitale Transformation im Lebenszyklus der Verkehrsinfrastruktur, Juni 2021, Heft 1, pp 221-227. Digital verfügbar:https://elibrary.narr.digital/article/99.125005/dtv202110221

[2] Engineering.com (Hrsg.) (2020): Are We Ready for Digital Twins?Engineering.com audience survey of perceptions and readiness.- online verfügbar: https://discover.3ds.com/sites/default/files/2020-01/are-we-read-for-digital-twins.pdf (zuletzt abgerufen 27.04.2021).

[3]  Auszug aus einem Bericht der Interessengemeinschaft SendlerCircle in der KEM Konstruktion vom 26.02.2019 siehe  https://kem.industrie.de/digitalisierung/was-ist-ein-digitaler-zwilling/?utm_source=email&utm_medium=newsletter&utm_campaign=nl26209click

[4] siehe das zum Download bereitgestellte Dokument: https://www.plattform-i40.de/PI40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/2021_Was-ist-die-AAS.html           

 

 

 

                       

 

 

 

2019 das Jahr der Herausforderung für den Mittelstand

Ein großes aktuelles Thema wird sein, die Herausforderungen im Zeichen der Digitalisierung zu meistern.

Andererseits bestehen aber gerade auch für den fertigenden Maschinenbauer und speziell der KMU´s hierin Chancen. Deshalb sollte dem Führungspersonal der mittelständischen, fertigenden Maschinenbauer dies Anlass genug sein, sich mit dem Thema zu befassen.  Wenn der Mittelstand auch weiterhin das Rückrat der deutschen Wirtschaft bleiben soll, und nicht als verlängerte Werkbank der Plattformunternehmen abgehängt werden will, müssen die mittelständischen Unternehmen ihre Geschäftsmodelle, Prozesse und Services digitalisieren.

Über die Innovationen von rein physikalischen Produkten hinaus, werden die dezentrale Erfassung und Verarbeitung von Maschinendaten, die Vernetzung von Maschinen und Anlagen und die intelligente Auswertung von Daten die Grundlage für völlig neue Geschäftsmodelle sein. Die Voraussetzung dafür ist die Wandlung zu smarten Produkten und dem Einsatz eines Product Lifecycle Management System.

Um all diesen Voraussetzungen gerecht zu werden empfehle ich den Besuch des Seminars „Veränderungen des Ventilatorenbaus im Zeichen der Digitalisierung.“ siehe https://www.tae.de/seminar/seminar-veraenderung-des-ventilatorenbaus-im-zeichen-der-digitalisierung-35271/

TAE – Seminar: „Veränderung des Ventilatorenbaus im Zeichen der Digitalisierung“

Die Technische Akademie Esslingen hat das 2-tägige Seminar „Veränderung des Ventilatorenbaus im Zeichen der Digitalisierung“ in ihr Programm mit aufgenommen.
Ziel des Seminars:
Das Seminar schärft das Bewusstsein, dass den KMUs auch heute bedarfs-/budgetbezogene Rechenkapazitäten und Dienste aus der Cloud zur Verfügung stehen. PaaS- und SaaS-Funktionen können Schritt für Schritt bedarfsbezogen genutzt werden. Damit werden die Weichen in Richtung Digitalisierung der Unternehmensprozesse und innovativer Geschäftsmodelle gestellt. Maschinenkomponenten erhalten intelligente Sensoren und können dank Analytics und IIoT-Plattformen regelbasiert interagieren. Profitieren Sie von der Bereitstellung maßgeschneiderter Data Analytics Lösungen in einem vielfältigen Ökosystem und Dienstleistungen im Kontext von IIoT.

Als Seminarleiter ist es mir gelungen kompetente Referenten (die drei verschiedene Plattform-Anbieter vertreten) zu den Themen IIoT-Plattformen, PLM-Software aber auch AR etc. zu gewinnen. Gemeinsam wollen wir die Erfordernis, Möglichkeiten und Vorteile der Digitalisierung auch und gerade für KMUs des produzierenden Maschinenbaus aufzeigen und abschließend gerne mit Ihnen diskutieren.

Link siehe:
https://www.tae.de/seminar/seminar-veraenderung-des-ventilatorenbaus-im-zeichen-der-digitalisierung-35271/

Bedarf an einem Seminar? – „Veränderung des Ventilatorenbaus im Zeichen der Digitalisierung“

Da die HBC im Rahmen ihrer Beratertätigkeit immer mehr die Fragen nach den Vorteilen und Möglichkeiten der Digitalisierung auch für mittelständische Maschinenbauer, wie z.B. dem Ventilatorenbau, gestellt bekommt, habe ich überlegt, diese Themen eventuell in einem größeren Rahmen zu behandeln. Dies hätte den Vorteil, dass ich von verschiedenen Lösungsanbietern hierzu Referenten gewinnen könnte, um so den Teilnehmern einen neutralen Überblick bereits bestehender Lösungen aufzeigen zu können.

Mich würde interessieren, wer an einem Seminar, wie im ersten Entwurf des nachfolgenden Konzeptes beschrieben, teilnehmen würde, wenn dies auf einem entsprechenden Bildungsforum angeboten würde. Rückmeldungen bitte nur direkt an meine

E-Mail: horst.benderoth@benderoth-consulting.de

Ihre Daten werden von mir rechtskonform und gemäß DSGVO behandelt und keinem Dritten weitergeleitet.

1. Entwurf des Seminarkonzeptes

Vom Produkt-Lieferant, zum System-Lieferant, zu Digitale Services und erweiterten Geschäftsmodellen auf Basis einer IIoT (Industrial Internet of Things) Plattform.

Zielsetzung

Die Schärfung des Bewusstseins, dass auch dem Klein- und Mittelstand heute bedarfsbezogen Rechenkapazitäten, PaaS (Platform as a Service) und Saas (Software as a Service) – Dienste aus der Cloud zur Verfügung stehen, mit denen sich Schritt für Schritt die Weichen in Richtung Digitalisierung der Unternehmensprozesse und des Geschäftsmodells realisieren lassen.

Dies Seminar soll der Tatsache, dass trotz des Hypes im Mittelstand digitale Geschäftsmodelle aktuell immer noch stark defizitär sind, entgegen wirken.

Teilnehmerkreis

Da die Digitalisierung Chefsache und in die Firmenstrategie und Organisation adäquat zu verankern ist, richtet sich dies Seminar gezielt an die Führungsebene der Klein- und Mittelständler.

Die beispielhafte Konkretisierung an dem Ventilatorenbau, soll aber Interessierte aus anderen Branchen nicht ausschließen.

Zum Thema

Die Digitalisierung hat auch auf produzierende Unternehmen starke Auswirkungen sowohl auf deren Fertigung als auch auf deren Geschäftsbeziehungen.

Am Beispiel des Ventilatorenbaus soll den für die Unternehmensentwicklung Verantwortlichen der notwendige Wandel im Zeichen der Digitalisierung und die Möglichkeiten, die sich hierdurch auch dem Mittelstand eröffnen, aufgezeigt werden.

Die Entwicklung vom Produkt-Lieferanten, über den System-Lieferanten, bis zu erweiterten Geschäftsmodellen (wie z.B. IIoT-basiertes Predictive Maintenance des CFS (Complete Fan System), oder die Unterstützung des Service-Personals durch verfügbaren Remote Support mit Augmented Automation Anwendungen usw. wird behandelt.

Der Weg dahin führt über die Wahl des geeigneten Plattform-Anbieters, der Erstellung des Digitalen Zwilling (des Produktes und der Produktion) – dem PLM Product Lifecycle Management System usw.

Das diese Entwicklung dem Mittelstand (trotz meist fehlender Ressourcen) nicht vorenthalten bleiben muss, soll dieses Seminar vermitteln.

Themen

  • Einführung aktueller Stand und Aussichten
  • Vom Produkt-Lieferant zum System-Lieferant
  • Von der technologischen Anforderung über den digitalen Zwilling zum realen Produkt (Stichwort Engineering-Kette)
  • Digitale Services und neue Geschäftsmodelle auf Basis einer IIoT Plattform
  • Vom Ventilatorhersteller bis zum Anlagenbetreiber, ein wachsendes Ökosystem im Kontext von IIoT.
  • Zustandsüberwachung für die Kernelemente des Antriebstrang (FU, Motor) leicht gemacht.
  • Daten zusammenführen, aufbereiten und visualisieren.
  • Maßgeschneiderte Data Analytics Lösungen entwickeln.
  • Mit virtueller Inbetriebnahme Risiken senken und Kosten reduzieren.
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Veränderungen des Ventilatorenbaus im Zeichen der Digitalisierung

Die Veränderungen durch die zunehmende Digitalisierung sind  immens – und zwar sowohl aus ökonomischer als auch sozialer Perspektive: Informationstechnologien, digitale Geschäftsmodelle, Maschinen mit künstlicher Intelligenz und neue Medien wandeln Märkte, Branchen und damit die Anforderungen an die eigene Geschäftsphilosophie.

Man kann die Entwicklung der vergangenen dreißig Jahre grob unterteilen in ein Zeitalter der Hardware, ein Zeitalter des Engineerings und ein beginnendes Zeitalter vernetzter Systeme, bei dem ein digitales Modell im Zentrum der Entwicklung stehen wird. Die Vorteile der digitalen Transformation liegen beispielsweise in der Produktionssimulation, im Maintenance, der Flexibilisierung, der Modularisierung usw.

Dafür bedarf es eines digitalen Modells. Man spricht hier vom digitalen Zwilling (Digital Twin), der für eine Maschine vorhanden sein muss. Der digitale Zwilling ist das virtuelle Abbild eines Produktes, das sein physisches Pendant ein Produktleben lang begleitet. D.h. es muss mit der realen Maschine per Datenaustausch verbunden sein. Dafür braucht es auch integrierte Informationssysteme, die einen durchgängigen Austausch von Informationen von der Planung über die Produktion, der Auftragsabwicklung bis hinunter in die Maschinenebene zulassen. Bei einem derartigen durchgängigen System spricht man von einem Product Lifecycle Management System (PLM) das sinnvollerweise von der Produktentwicklung, der digitalen Fabrik für die Produktionsplanung, dem ERP-System für die unternehmerischen Belange, dem Manufacturing Execution System (MES) für die Produktion bis hin zu den Informationen aus dem Feld, also wenn das Produkt bei Kunden im Einsatz ist, alle Informationen enthält.

Realer und digitaler Zwilling tauschen dann Statusdaten aus, die Sensoren permanent erfassen. Unternehmen können so Produktfehler in der Entwicklungsphase früher erkennen – und ihre Anlagen und Bauteile selbst nach der Auslieferung mittels IoT-basierter Rückmeldungen kontrollieren.

Doch all diese aktuell angesagten Entwicklungen setzen voraus, dass sich der Ventilatorbauer zumindest einmal vom Produkt-Lieferanten zum System-Lieferanten entwickelt hat. Denn erst für das komplette Ventilatorsystem (CFS Complete Fan System), also Ventilator plus Motor plus Regelung (idealerweise mittels Frequenzumrichter) und den erforderlichen Sensoren, gibt die Entwicklung hin zu erweiterten Geschäftsmodellen, wie z.B. dem IoT-basierten Predictive Maintenance des CFS einen Sinn.

Die digitale Herausforderung, speziell für mittelständische Firmen im Maschinen- und Anlagenbau.

Die Digitalisierung, das Internet der Dinge (IoT) und alles rund um das Thema Industrie 4.0 eröffnet neue Möglichkeiten und Geschäftsmodelle aber auch gleichzeitig enorme Herausforderungen speziell für mittelständische Firmen im Maschinen- und Anlagenbau.

Themen wie Product- and Document Lifecycle Management (PDM/PLM), Digital Twins (Digitale Zwillinge), Künstliche Intelligenz (KI), Edge und Cloud Computing, Industriel Internet of Things (IIoT), Predictive Maintenance, um nur einige Themen zu nennen, werden einen großen Teil der Geschäftsgrundlagen verändern.

Um diesen neuen Anforderungen gerecht zu werden, braucht es integrierte Informationssysteme, die einen durchgängigen Austausch von Informationen für die Planung, Entwicklung, Konstruktion und Produktion über die  Auftragsabwicklung bis hinunter in die Maschinenebene zulassen.

Bei dem Thema Effizienz bietet die virtuelle Darstellung von Maschinen oder Anlagen als Abbild auf einer digitalen Plattform den Unternehmen über den gesamten Lebenszyklus viele Vorteile. Voraussetzung dabei ist, dass der digitale Zwilling und die reale Maschine bzw. Anlage dauerhaft miteinander verbunden ist. So fließen Betriebsdaten aus dem realen Einsatz der Maschinen und Anlagen in die Beurteilung und Weiterentwicklung der Produkte ein. D.h. die Daten aus dem jeweils führenden System müssen also dem Product Lifecycle Management (PLM) für die Produktentwicklung, der digitalen Fabrik für die Produktionsplanung, dem ERP-System für die unternehmerischen Belange bis hin zu den Informationen aus dem Feld, also wenn das Produkt beim Kunden im Einsatz ist. Realer und digitaler Zwilling tauschen mittels IIoT Daten aus, die Sensoren permanent erfassen. So können Unternehmen aus Schwächen ihrer Produkte im realen Einsatz Erkenntnisse gewinnen und diese bereits in die Entwicklungsphase einfließen lassen.

Zurück zum Mittelstand.

Am Beispiel eines fiktiven mittelständischen Maschinebau-Unternehmen für Prozess-Ventilatoren möchte ich die Schwierigkeiten, die sich bei der Umsetzung vorgenannter Szenarien auftun, und die nur zu einem Bruchteil einen technischen Hintergrund aufweisen, kurz erläutern.

Der leider immer noch vorwiegende Ist-Zustand läuft wie folgt ab.

Soll eine neue Anlage in der u.a. Prozess-Ventilatoren zum Einsatz kommen gebaut werden, erteilt der zukünftige Betreiber einen Planungsauftrag an einen Anlagenplaner. Dieser erstellt die Anlagenplanung und erstellt Spezifikationen zur Ausschreibung der Anlage. Da hier das Rad nicht neu erfunden wird, werden viele Bausteine der Spezifikationen aus dem Fundus genommen. Was aber auch gleichzeitig bedeutet nicht mehr den neuesten Erkenntnissen zu entsprechen. Die in der Ausschreibung berücksichtigten Anlagenbauer halten sich in ihren Offerten an den Ausschreibungstext und den hier aufgeführten Spezifikationen. Ist der Auftrag dann an einen Anlagenbauer vergeben, wird dieser dann in einzelne Lose aufgeteilt und die Komponenten an Zulieferer, wie z.B. dem Prozess-Ventilatoren Lieferanten vergeben. Die vom Anlagenplaner vorgegebenen Spezifikationen werden als Auftragsbestandsgrundlage weitergereicht.

Was bedeutet das z.B. für das Ventilator-System des Prozess-Ventilators?  Kurz in Erinnerung zu rufen. Ein Ventilator-System besteht aus dem eigentlichen Ventilator, dem Antrieb und der Regelung. Zusätzlich meist und sinnvollerweise noch aus den Schalldämmmaßnahmen.

Vorausgesetzt ein Ventilator-Lieferant hätte bereits die qualitativen, personellen, technischen und kommerziellen Voraussetzungen und die Digitalisierung seiner Geschäftsgrundlage im eingangs erwähnten Sinne umgesetzt, müssten folgende Kundenauftragsvoraussetzungen erfüllt sein.

  1. Der Kundenauftrag sieht die Lieferung eines kompletten Ventilator-Systems  inklusive aller erforderlichen intelligenten Sensoren und den SaaS-Diensten zu deren Auswertung vor.

Nur so kann ein digitaler Zwilling eine Voraussetzung für eine IIoT-Anbindung etc. geschaffen werden.

In der Realität werden häufig Komponenten wie Antriebsmotor, Regelung etc. vom Anlagenbauer separat eingekauft und beigestellt. Liefert dann der Ventilator-Lieferant (als Komponenten-Lieferant) dem Anlagenbauer auch nur für seinen Part die Daten und erstellt der Anlagenbauer dann den digitalen Zwilling?

  1. Die Auftrags-Spezifikationen lassen dem Lieferanten die freie Wahl der erforderlichen Komponenten zur Umsetzung eines derart digitalen Systems zu. D.h. die von ihm vertraglich in sein Gesamtkonzept eingebundenen Lieferanten von z.B. Antriebsmotoren, Frequenzumrichter aber auch Smart-Sensoren inkl. der SaaS Dienste und der entsprechenden vertraglichen Einigung zur Multi-Cloud-Nutzung werden nicht durch Spezifikationsvorgaben ausgehebelt.

In der Realität werden häufig aus der Historie heraus (Spezifikationen aus der Schublade) Komponenten, Überwachungseinrichtungen etc. vorgeschrieben, die nicht in ein derartiges digitales Konzept passen.

Was heißt dies für die Praxis. Komponenten-Lieferanten z.B. für Motor und Frequenzumrichter bieten bereits PLM-Software Lösungen an und stellen auf den von Ihnen ausgewählten Cloud-Plattformen Digitale Zwillinge Ihrer Produkte zur Verfügung. Hier verlangt keiner die Produkte der Schnittstellengeometrie anzupassen. Der Ventilator-Lieferant muss aber bei vielen einzelnen Komponenten sein Produkt an die gewählten Komponenten anpassen (Beispiel Motor-, Lagerkonsole, Kupplungsbohrung für die Antriebsseite etc.). Würde er also dem Anlagenbauer genauso auf einer Cloud-Plattform für den nackten Ventilator den digitalen Zwilling zur Verfügung stellen wollen, ist dies so ohne weiteres nicht möglich.

Fazit:

Bevor mittelständische Maschinenbauer, wie an dem Beispiel Ventilatorenbauer aufgezeigt, sich mit der Umsetzung der Digitalisierung ihrer Geschäftsgrundlage befassen, sollten sie erst einmal den Weg zum System-Lieferanten beschreiten. Denn nur in sich abgeschlossene Maschinen- bzw. Anlagensysteme schöpfen den Vorteil  aus der Digitalisierung und eröffnen ganz neue Geschäftsmodelle wie z.B. einem IoT-basiertem Predictive Maintenance des Complete Fan Systems (CFS).