Lösungen für die Fertigungsindustrie

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1 Eine Publikation der WIN-Verlag GmbH & Co. KG 24,80 Euro 42,10 SFr 2011 S O L U T I O N S Lösungen für die Fertigungsindustrie Digital Engineering Produktlebenszyklusmanagement (PLM) Produktdatenmanagement (PDM) Manufacturing-Execution-Systeme (MES) ERP/CRM/SCM Hardware Dienstleister/Vertriebspartner Automatisierungstechnik Werkstoffe/Materialien Bild: Dassault Systèmes

2 Lösungen von Dassault Systèmes für den Maschinen- und Anlagenbau Kundenanforderungen im Zentrum innovativer Lösungen Gehen Sie neue Wege in der Produktentwicklung. Unsere PLM-Lösungen ermöglichen die Zusammenarbeit zwischen den Ingenieursdisziplinen und unterstützen Sie bei der Integration der Systeme selbst über Unternehmensgrenzen hinaus. Machen Sie den entscheidenden Schritt, um die Anforderungen Ihrer Kunden noch effektiver zu erfüllen. Halle 17, Stand C40 Wir freuen uns auf Ihren Besuch DASSAULT SYSTEMES DEUTSCHLAND GMBH Meitnerstrasse 8 D Stuttgart Tel. +49 (0)

3 Vorwort LIEBE LESER, nach den dramatischen Produktionseinbrüchen im Jahr 2009, ausgelöst durch die weltweite Finanzkrise, konnten sich die deutschen Industriebranchen bereits 2010 wieder spürbar erholen. Die starken Auftragsrückgänge hinter sich lassend, verzeichnen viele deutschen Industrieunternehmen wieder erfreuliche Auftragseingänge und blicken optimistisch in die Zukunft. Aber gute konjunkturelle Bedingungen alleine führen nicht automatisch zum Unternehmenserfolg. Ebenso wichtig sind innovative Produkte, die eine hohe Nachfrage erzeugen, sowie effi ziente Prozesse im Unternehmen, mit denen sich Zeit und Kosten sparen lassen. Und zwar nicht nur für einzelne Teilbereiche, sondern für die gesamten Unternehmensprozesse von der Produktidee über die Entwicklung bis hin zur Produktion. Grundvoraussetzung für effi ziente Prozesse in der Produktentwicklung und Produktion sind leistungsfähige Werkzeuge. Lösungen für CAD/CAM, Simulation, PLM, ERP, SCM, CRM und für die Produktionsplanung und -steuerung unterstützen die Unternehmen dabei, ihre Produkte schneller, effi - zienter und kostengünstiger zu entwickeln und herzustellen. Mit dem aktuellen Lösungskatalog für die Fertigungsindustrie DIGITAL ENGI- NEERING SOLUTIONS 2011 erhalten Sie einen Überblick über geeignete Lösungen sowie Dienstleistungen für eine durchgängige Prozesskette in der Produktentwicklung und Produktion. Neben den Firmenpräsentationen bietet der Katalog dieses Jahr einen erweiterten redaktionellen Einführungsteil sowie umfassende Anbieterübersichten. Neu ist die Rubrik Komponenten und Werkstoffe mit einem umfangreichen Anbieterüberblick. Rainer Trummer Chefredakteur Impressum Die Deutsche Bibliothek CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz für diese Publikation ist bei der Deutschen Bibliothek erhältlich. 5. Auflage 2011 Vaterstetten: WIN-Verlag GmbH & Co. KG Herausgeber und Geschäftsführer: Hans-J. Grohmann, DIGITAL ENGINEERING Solutions: Mitarbeiter dieser Ausgabe: Albert Urban (www.areion.org), Martina Luise Pachali Anzeigenverkauf: Martina Summer (Tel.: 08106/306164, Maike Gundermann (Tel.: 08106/ , Vertriebsleitung: Ulrich Abele, Gestaltung: Saskia Kölliker, München, Viktoria Horvath, Hofstarring Titelbild: Dassault Systèmes Bildnachweis/Fotos: Werkfotos Produktion und Herstellung: Jens Einloft, Anschrift Anzeigen, Vertrieb und alle Verantwortlichen: WIN-Verlag GmbH & Co. KG Johann-Sebastian-Bach-Straße 5, Vaterstetten Tel /350-0, Fax: 08106/ Verlagsleitung Marketing + Sales: Bernd Heilmeier, Objektleitung: Rainer Trummer, Bezugspreis: Einzelverkaufspreis Euro 24,80 zzgl. Versandkosten. Kein Teil dieser Publikation darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages vervielfältigt oder verbreitet werden. Unter dieses Verbot fallen insbesondere der Nachdruck, die gewerbliche Vervielfältigung per Kopie, die Aufnahme in elektronische Datenbanken und die Vervielfältigung auf CD-ROM und allen anderen elektronischen Datenträgern. Einsendungen: Redaktionelle Beiträge werden gerne von der Redaktion entgegen genommen. Die Zustimmung zum Abdruck und zur Vervielfältigung wird vorausgesetzt. Gleichzeitig versichert der Verfasser, dass die Einsendungen frei von Rechten Dritter sind und nicht bereits an anderer Stelle zur Veröffentlichung oder gewerblicher Nutzung angeboten wurden. Honorare nach Vereinbarung. Mit der Erfüllung der Honorarvereinbarung ist die gesamte, technisch mögliche Verwertung der umfassenden Nutzungsrechte durch den Verlag auch wiederholt und in Zusammenfassungen abgegolten. Eine Haftung für die Richtigkeit der Veröffentlichung kann trotz Prüfung durch die Redaktion vom Herausgeber nicht übernommen werden. Copyright 2011 für alle Beiträge bei WIN-Verlag GmbH & Co. KG ISSN ISBN Dieses Buch ist umweltfreundlich auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Außerdem erscheinen bei der WIN-Verlag GmbH & Co. KG: AUTOCAD & Inventor Magazin, Autodesk Partner lösungen, DIGITAL ENGINEERING Magazin, digitalbusiness Magazin, e-commerce Magazin, IBM Business Partner Katalog, Partnerlösungen für HP Systeme 3

4 Inhalt Grundlagen Schutz geistigen Eigentums im Engineering Kein Patentrezept für den Schutzschild Von der Software-Integration zur Interoperabilität Planungssicherheiten Teilekonsolidierung und -klassifizierung Eingebunden in eine PLM-Strategie Digitale Fabrikplanung Layout in drei Arbeitstagen Rechnet sich die virtuelle Fabrik? Strömungsberechnung Näher an der Wirklichkeit Standardisierte Kennzahlen für die Produktionssteuerung Internationale Vergleichbarkeit ist wichtig D-Drucker für Rapid Prototyping Aufbauende Wirkung Objektorientierung erobert die Automatisierung Objekten gehört die Zukunft Neuer Werkstoff Corroplast FM Flaschen in Form gebracht Software Anbieterüberblick Software CAD-Software (2D/3D) SCHOTT SYSTEME GmbH Branchensoftware ACATEC Software GmbH PLANET GmbH Produktlebenszyklusmanagement (PLM) Aras Software AG DSC Software AG EPLAN Software & Service Dassault Systèmes Deutschland GmbH CIDEON Software GmbH simus systems GmbH Simulation und Berechnung (CAE) MSC.Software

5 Inhalt Teilebibliotheken TraceParts GmbH ERP-Lösungen (Enterprise Ressource Planning) ABAS Software AG CAM OPEN MIND Technologies AG SCHOTT SYSTEME GmbH DP TECHNOLOGY Germany GmbH InterCAM-Deutschland GmbH CAMTECH GmbH & Co. KG Camtek GmbH COSCOM Computer GmbH Manufacturing Execution Systems (MES) PROXIA Software AG gbo datacomp GmbH MPDV Mikrolab GmbH Die MES-Experten! GFOS mbh InQu Informatics GmbH CRM-Lösungen (Customer Relationship Management) Perspectix AG Technische Dokumentation DOCUFY GmbH Hardware Anbieterüberblick Hardware Workstations TAROX Systems & Services GmbH Littlebit Technology AG D-Drucker Z Corporation Speicherlösungen/Storage certon systems GmbH Dienstleister Anbieterüberblick Dienstleister Integratoren GNS Systems GmbH Engineering-Dienstleister HEITEC AG

6 Inhalt PLM-Dienstleister ComputerKomplett ASCAD GmbH Messeveranstalter DEMAT GmbH Vertriebspartner Anbieterüberblick Vertriebspartner Komponenten Anbieterüberblick Komponenten Anbieterüberblick Werkstoffe Antriebstechnik Mitsubishi Electric Europe B.V Anbieterverzeichnis Stichwortverzeichnis Impressum Vorwort

7 High-End Simulation Technology Nastran - Adams - Marc - Patran - SimManager Unser Lösungsangebot reicht von CAD-Integrierten Simulationswerkzeugen über unabhängige Finite Elemente Analysen (FEA) und Mehrkörpersimulation bis hin zu Simulationsdaten- & Prozessmanagement. Gleichzeitig sorgt unser Dienstleistungsangebot mit individueller Beratung, technischem Support und Schulungen für effizienten Einsatz der Lösungen. MSC.Software GmbH, Am Moosfeld 13, München Telefon: +49 (89) , Fax: +49 (89)

8 Schutz geistigen Eigentums im Engineering Kein Patentrezept für den Schutzschild Der Schutz des geistigen Eigentums ist die Achillesferse bei der global verteilten Produktentwicklung. Ein Patentrezept dafür, wie man sich gegen den Diebstahl und Missbrauch von Daten schützen kann, gibt es nicht. Die Wahl der richtigen Lösung hängt von den Prozessanforderungen der Austauschpartner ab. Von Michael Wendenburg IN BRANCHEN wie der Automobil-, der Luftfahrt- oder der Schiffbauindustrie erbringen weltweit verteilte Systemlieferanten und Zulieferer einen großen Teil der Entwicklungsleistung. Um ihre Arbeit aufeinander abzustimmen, müssen sie in kurzen Zeitabständen große Datenmengen austauschen. Aufgrund der vielen Austauschvorgänge mit unterschiedlichen Partnern erhöht sich die Gefahr, dass schützenswerte Informationen ungewollt das Unternehmen verlassen, insbesondere wenn die Anwender den Datenaustausch noch von Hand organisieren. Die parametrischen 3D-CAD-Modelle verraten nicht nur, was das betreffende Unternehmen gerade entwickelt, sondern auch, wie die Entwickler dabei vorgegangen sind und wie das betreffende Bauteil gefertigt werden soll. Der Verlust oder Diebstahl dieser Informationen kann dazu führen, dass Mitbewerber ihre Produkte schneller und mit geringerem Kostenaufwand auf den Markt bringen. Welche Lösung für den Schutz des geistigen Eigentums die geeignete ist, hängt von den Prozessanforderungen der Austauschpartner, den eingesetzten CAD-Systemen und der jeweiligen Collaboration-Situation ab. Wesentliche Vo raussetzung für eine fl exible Nutzung der zur Verfügung stehenden Mechanismen ist nach Ansicht der PLM-Experten von PROSTEP die Automatisierung des Datenaustauschs, damit Maßnahmen wie zum Beispiel die Modellvereinfachung in die bestehenden Austauschprozesse eingebunden werden können. Die PRO STEP AG unterstützt Kunden in der Automobil- und Zulieferindustrie sowie in anderen Branchen bei der Optimierung der Datenkommunikation und kümmert sich dabei auch um die Aspekte der Datensicherheit und des Know-how-Schutzes. Know-how-Schutz an der Quelle Am besten lässt sich das geistige Eigentum gleich an der Quelle schützen, indem man die Produktdaten vor dem Austausch vereinfacht und den Partnern nur die Informationen zur Verfügung stellt, die sie für ihre Arbeit benötigen. Je nach Prozessanforderungen stehen für die Modellvereinfachung verschiedene Verfahren zur Verfügung: Man kann die nativen CAD- Daten entweder verschatten, das heißt bestimmte Wissensbausteine gezielt entfernen; man kann sie in ein neutrales Datenformat wie IGES oder STEP umwandeln, wobei die Entstehungsgeschichte komplett entfernt wird, und 8

9 Schutz geistigen Eigentums im Engineering man kann sie als abgespeckte Viewing-Daten in unterschiedlicher Präzision und Detaillierung bereitstellen. Die Konvertierung der CAD-Daten in neutrale Formate hat den Nachteil, dass dabei Formelemente, parametrische Beziehungen und andere Attribut-Informationen verloren gehen. Dadurch kann die Geometrie in parametrischen Konstruktionssystemen nicht mehr oder nur noch mit Hilfe zusätzlicher Funktionen für die nachträgliche Feature-Erkennung modifi ziert werden. Das behindert nicht nur die bidirektionale Datenkommunikation in global verteilten Entwicklungsprozessen, wie sie für die Automobil- oder Flugzeugindustrie charakteristisch sind, sondern erschwert auch den Kollegen in der Arbeitsvorbereitung oder externen Zulieferern die fertigungsgerechte Aufbereitung der Konstruktionsdaten; sie werden nämlich üblicherweise im Nennmaß ohne Toleranzen übergeben. Viele Unternehmen ziehen es deshalb vor, gleich mit den nativen CAD-Daten zu arbeiten. Um beim Datenaustausch nicht zu viel eingebettetes Know-how offenzulegen, machen sie bestimmte Informationsbausteine für den Empfänger unkenntlich. Je nach Sicherheitsanforderungen kann man zum Beispiel Features eliminieren, Referenzen veröden, Baugruppenstrukturen vereinfachen oder die Modelle bewusst verfälschen. Moderne CAD-Systeme wie CATIA V5 stellen dafür in der Regel nur bestimmte oder keine Filterfunktionen zur Verfügung. Dafür hat PROSTEP ein spezielles Software-Werkzeug entwickelt. Der Knowledge Editor analysiert die Zusammensetzung und Struktur der CAD-Modelle und stellt die erkannten Teile, Baugruppen, Strukturen, Features, Parameter, Formeln und Materialien in Listenform dar, so dass der Anwender auswählen kann, welche Elemente vor der Weitergabe verschattet werden sollen. Üblicherweise legt er einmal fest, welche Austauschpartner welche Informationsumfänge erhalten sollen beziehungsweise welche Wissensbausteine nie das Haus verlassen dürfen und nutzt den Knowledge Editor dann als Batch-Programm. Mit Hilfe entsprechender Programmerweiterungen können die Wissensbausteine auch wieder angehängt werden, wenn ausgetauschte Modelle zurückkommen und weiterbearbeitet werden sollen. Das ist zum Beispiel bei Änderungsprozessen in unternehmensübergreifenden Entwicklungsprojekten der Fall. PDF-Technologie als Alternative Wenn es im Wesentlichen darum geht, die Produktmodelle im Rahmen eines Design Review zu betrachten, ein paar Maße abzugreifen und Kommentare mit Änderungsvorschlägen anzufügen, reicht es völlig aus, sie in eines der schlanken 3D-Viewing-Formate wie JT oder 3D XML zu konvertieren. Eine interessante Alternative ist die Einbettung der Modelle in 3D-PDF- Dokumente, die sich mit dem normalen Adobe Reader visualisieren lassen, so dass der Empfänger keine zusätzliche Viewing-Software ins- Projektsoftware für den automatisierten Schutz von Know-how: Knowledge Editor. 9

10 Schutz geistigen Eigentums im Engineering tallieren muss. Die PDF-Technologie von Adobe hat zudem den Vorteil, dass man 3D-Daten aus allen gängigen CAD-Systemen mit beliebigen 2D-Dokumenten kombinieren kann, die für die Abstimmung benötigt werden. In welcher Aufl ösung beziehungsweise in welchem Detaillierungsgrad der Betrachter die eingebetteten 3D-Modelle sieht, ob er sie kopieren oder mit Anmerkungen versehen kann, entscheidet der Modelleigner bei der Umwandlung der nativen Daten in 3D-PDF-Dokumente. Dafür benötigt er die Software Adobe Acrobat Pro Extended. Sie unterstützt in der aktuellen Version sowohl das tesselierte U3D-Format als auch das hochgenaue PRC-Format, das eine wesentlich höhere Komprimierung zulässt. Sofern der Modelleigner die Funktion freischaltet, kann der Empfänger aus den PRC-Modellen wieder STEP-Daten extrahieren und beispielsweise für die Herstellung der Bauteile nutzen. Alternativ kann man die PDF-Dokumente auch als Container nutzen und die STEP- oder CAD-Dateien als Anhang hinzufügen. Schutz für jedes PDF-Dokument Die in den 3D-PDF-Dokumenten enthaltenen Informationen können auf vielfältige Weise gegen Missbrauch und Zweckentfremdung geschützt werden. Die Adobe-Lösung erlaubt eine übersichtliche Strukturierung der Inhalte durch die Möglichkeit, komprimierte PDF-Portfolios mit einer mehrstufi gen Struktur zu erzeugen. Die in den Unterordnern abgelegten PDFs bleiben als eigenständige Dokumente erhalten, so dass man sie mit einer digitalen Signatur verschlüsseln beziehungsweise die Zugriffsrechte mit Hilfe der Digital-Rights-Management-Funktionen (DRM) von Adobe nach dem Versand überwachen, modifi zieren, einschränken oder entziehen kann. Die Sicherheitsmechanismen der Adobe-Lösung lassen sich problemlos in die webbasierte Datenaustausch-Plattform OpenDXM GlobalX von PROSTEP integrieren, die für den schnellen, sicheren und unterbrechungsfreien Austausch von Massendaten über das Internet konzipiert ist. Beim Hochladen auf den Webserver werden die Daten automatisch verschlüsselt in einer Webordnerstruktur abgelegt, auf die nur autorisierte Empfänger zugreifen können. Die Authentifi zierung der Personen, die Vergabe digitaler Signaturen und die Verschlüsselung der Daten erfolgt über eine Public-Key-Infrastruktur mit einem öffentlichen und einem privaten Schlüssel. Das Datenaustausch-Portal verfügt über ein eigenes Digital Rights Management, das dazu dient, den Download von bestimmten Dokumenten zeitlich zu beschränken beziehungsweise sie bei Änderungen zu sperren. Außerdem stehen dem Anwender Funktionen für das automatische Hoch- und Runterladen der Daten zur Verfügung. Welcher Empfänger welche Daten in welchen Formaten erhält, braucht nur einmal in den Austauschsprozessen und -profi len hinterlegt zu werden. In die einmal defi nierten Prozesse lassen sich dann auch Werkzeuge wie der Knowledge Editor oder Adobe LifeCycle PDF Generator 3D ES einbinden, mit dem 3D-PDF- Dokumente auf der Basis von Formularen automatisch erzeugt werden. Die Standardisierung der Austauschprozesse erlaubt in Verbindung mit DRM und den verschiedenen Möglichkeiten der Modellvereinfachung die Umsetzung eines fein abgestuften Sicherheitskonzepts. Dadurch lässt sich das geistige Eigentum eines Unternehmens in unterschiedlichen Collaboration-Szenarien und -Partnerschaften wirksam schützen. Eingebettetes 3D-Modell in einem PDF-Dokument. Bilder: PROSTEP Michael Wendenburg ist freier Fachautor in Sevilla. 10

11 Von der Software-Integration zur Interoperabilität Planungssicherheiten Kosten- und Wettbewerbsdruck, steigende Qualitätsanforderungen, strengere Vorgaben für die Dokumentation und kürzere Projektdurchlaufzeiten das gilt sowohl für den Markt in der Prozess- als auch in der diskreten Industrie. Datenmengen steigen, die Anzahl der Know-how-Träger wird kleiner und die gleichzeitige Arbeit vieler Projektbeteiligter über Ländergrenzen hinweg ist zur Notwendigkeit geworden. Von Evelyne Kadel J EDER DATENVERLUST, jede nicht erkannte und eliminierte Fehlerquelle, jeder ungeplante Anlagenstillstand kann schwerwiegende fi nanzielle Folgen haben. Die Kontrolle der Datenübergänge (Hand-over) zwischen Fachbereichen, Abteilungen, Partnern und Dienstleistern gewinnt immer mehr an Bedeutung. Darüber hinaus sind Engineering, Betrieb und Instandhaltung einer Industrieanlage in heutiger Zeit sehr stark verzahnt. Dies erfordert eine funktionsorientierte Sichtweise. Eine lückenlose, verlässliche und intelligente Dokumentation, die nach festgelegten Arbeitsprozessen redundanzfrei fortgeschrieben wird und höchsten Standards genügt, ist unerlässlich. Diesen Anforderungen kann nur eine Software-Lösung gerecht werden, die den kompletten Lebenszyklus einer Maschine oder Anlage abdeckt. Die Länge der Betriebsphase einer Industrieanlage beträgt oft das Zehnfache ihrer Planungs- und Bauphase. Dies erfordert die strategische Planung eines mehrstufi gen, langlebigen Lösungskonzepts, in dem konsequent Planungs- und Investitionssicherheit: immer wichtiger für die Prozessindustrie. 11

12 Von der Software-Integration zur Interoperabilität Daten und Dokumentationen ganzheitlich und fachbereichsübergreifend über den Lebenszyklus betrachtet werden. Auch der gesamte Workfl ow in der Planungs- und Betriebsphase sollte auf diese Weise gesteuert und überwacht werden. Alle Informationen müssen zur richtigen Zeit dem jeweiligen Bearbeiter in der für seinen Fachbereich relevanten Sichtweise zur Verfügung stehen. Diese umfassende Datendurch- Titel gängigkeit ist der Schlüssel zu Wirtschaftlichkeit und Effi zienz, denn Rationalisierungseffekte resultieren vor allem aus einem optimalen IT-gestützten Informationsfl uss über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg, aus einer weitreichenden Standardisierung der Daten sowie umfangreichen Automatismen. Jeder Datenverlust, jede nicht erkannte und eliminierte Fehlerquelle kann für Unternehmen schwerwiegende finanzielle Folgen haben. Transparente Entscheidungen Ein echtzeitfähiges, konsequent auf Objektorientierung basierendes System, das sich dank einer offenen Architektur und guter Skalierbarkeit perfekt an betriebsspezifi sche Anforderungen anpassen lässt, unterstützt und entlastet Planer und Betreiber in jeder Phase des Lebenszyklus. Optimierte Bestandsdatendokumentation mit bidirek-tionaler Verknüpfung der Daten schafft Transparenz und bietet bessere Entscheidungsgrundlagen. So kann zum Beispiel die Wartung und Instandhaltung effi zienter realisiert werden, aber auch die Umbau- und Neubauplanung von Anlagen und Anlagenteilen ist mit konsistenten, intelligenten Daten leichter und besser durchzuführen. Informationsdefi zite, Redundanzen und Fehlerquellen bei der Datenübernahme aus Fremdprogrammen gehören der Vergangenheit an. Ganz gleich, in welcher Phase des Lebenszyklus Daten abgerufen wer- den es sind Daten, auf die man sich verlassen kann. Das bietet Planern und Betreibern Sicherheit, erhöht die Effi zienz und verhindert kostenintensive Anlagenausfälle. Die logische und konsequente Weiterführung des Grundgedankens, eine Anlage ganzheitlich und funktionsorientiert über den gesamten Lebenszyklus zu betrachten und die Trennung von Planungs- und Betriebsphase aufzuheben, führt zu einem Paradigmenwechsel im Anlagenmanagement. Neben der vollständigen Integration aller Prozessabläufe in der Engineering-Phase werden diese nun auch in der Betriebs- und Instandhaltungsphase voll integriert. Dies eröffnet neue Perspektiven bis hin zu einer echten virtuellen Arbeitsumgebung, in der die Projektbeteiligten von jedem Ort aus miteinander kommunizieren, gemeinsam Entscheidungen treffen und auf Störfälle schnell und gezielt reagieren können. Gerade in Großanlagen können diese Störfälle für ein Unternehmen schnell zur existenziellen Bedrohung werden. Die immer weiter fortschreitende räumliche Trennung der Industrieanlagen von den Steuerungs- und Leitstellen, zum Beispiel bei Offshore-Anlagen, darf insbesondere bei Schadensereignissen nicht zur Stolperfalle werden. Es ist erforderlich, durch frei konfi gurierbare Schnittstellen zu ERP-Systemen schnelle Materialbeschaffung zu gewährleisten und Instandhaltungsmaßnahmen voll integriert als Kampagnen zu planen. Ein weiterer Aspekt ist bei Anlagen mit Explosionsgefahr oder Gefahrstoffemission der Schutz von Leben und Gesundheit aller. Wertvolle Zeit, die durch unzureichenden Informationsfl uss oder Datenverlust bei Insellösungen verstreicht, kann tödliche Folgen haben. Somit ist die Umsetzung des Konzepts From Integrated Engineering to Integrated Operations eine notwendige Entwicklung im Anlagenmanagement, durch die der Brückenschlag von der reinen Softwareintegration zur Interoperabilität bewerkstelligt wird. Diesem Lösungsansatz gehört die Zukunft das haben erste Erfahrungen bereits deutlich gezeigt. 12

13 Teilekonsolidierung und -klassifizierung Eingebunden in eine PLM-Strategie Standardisierung und Klassifizierung eröffnen im Verbund mit leistungsfähigen IT-Werkzeugen enorme Nutzenpotenziale. Eingebunden in das Informationsmanagement des Unternehmens und konsequent genutzt, führen diese Methoden zu einer gravierenden Verbesserung der Produktivität und Qualität im Produktentwicklungsprozess. Von Prof. Dr. Thomas Straßmann, Dipl.-Ing. Peter Schenkel DIE AKTUELLEN TRENDS aus der Wirtschaft wie die steigende Macht des Kunden und sinkende Produktlebenszyklen erfordern von Unternehmen die größtmögliche Individualisierung der Produkte, um den verschiedenen Marktanforderungen gerecht zu werden. Dem gegenüber stehen die im Produktentwicklungsprozess zu beobachteten Tendenzen wie wachsende Komplexität und steigende Entwicklungskosten. Zusätzlich nimmt die Teilevielfalt in der Produktentwicklung durch Neu- und Änderungskonstruktionen beständig zu. Die mangelnde Datenqualität der Datenbestände in ERP- und PDM-Systemen erschwert die Bauteil-Suche und verhindert die Weiter- oder Wiederverwendung von existierenden Lösungen. Das so genannte Over-Engineering minimiert die Gewinne. Die Explosion der Varianten war exemplarisch im Automobilbau zu erkennen. So stieg 2005 bei der Neuentwicklung des Audi A6 die Anzahl der im Programm wählbaren Sitzvarianten des Vorgängermodells auf Sitzvarianten für das Nachfolgermo- dell. Die damit verbundenen Kosten und Verwaltungsaufwände verteuerten das Produkt erheblich. Heute hat sich das Bild geändert. So lautet einer der Erfolgsfaktoren der Porsche-AG Profi tabilität ohne Over-Engineering. Porsche achtet bei jeder Variante, jedem Modell streng auf Profi tabilität. Keine Risiken, keine Quersubventionierungen, keine Imageträger, die nicht selbst ihr Geld verdienen. Das gilt auch für Innovationen unter der Motorhaube, die in der Regel von Zulieferern stammen. Für den Vorstandsvorsitzenden Wiedeking ist margenzehrendes Over Engineering tabu. Auch im klassischen Maschinenbau sind ähnliche Tendenzen zu beobachten. Untersuchungen zeigen, dass die Variantenvielfalt die Produktkosten um 20 Prozent erhöht. Dabei ist zu beobachten, dass über 30 Prozent aller Varianten durch die Konstrukteure entwickelt werden und nicht vom Kunden gefordert sind. Neben der Erfüllung von Kundenwünschen sind vor allem die schleichende Variantengenerierung im Arbeitsprozess und das fehlende Bewusstsein der Mitarbeiter für den Anstieg der Vielfalt verantwortlich. Jedes in der Produktentwicklung neu angelegte Bauteil verursacht nach 13

14 Teilekonsolidierung und -klassifizierung Im ERP verwaltete Teilestammdaten. Bilder: ASCAD einer Studie des VDMA im Allgemeinen bis zu Euro Folgekosten bei der Datenverwaltung. Dies berücksichtigen jedoch nicht alle Entwickler. Häufi g wird ein neues Teil angelegt, wenn die Suche nach bestehenden Konstruktionslösungen zeitaufwändiger ist als eine Neukonstruktion. Dadurch wird die künftige Suche noch ineffi zienter. Die Kosten für die Teileverwaltung explodieren. So kostet die Verwaltung einer zusätzlichen Nummer im ERP-System bis zu 500 Euro im Jahr. Auf den Lebenszyklus eines Bauteils bezogen können Gesamtkosten von bis zu Euro veranschlagt werden. Die mit der Anlage eines neuen Teils verbundenen Prozesskosten können damit den Wert eines Teils um ein Vielfaches übersteigen. Laut einer Studie des VDMA schlummert im deutschen Maschinenbau ein jährliches Ingenieurarbeits- zeitpotenzial von mehreren Milliarden Euro, das dadurch eingespart werden kann, dass die Teile- und Baugruppenanzahlen reduziert werden. Ein Teilemanagement auf der Basis von Stammdatenverwaltung mit sprechenden Teilenummern und Benennungen reicht zumeist nicht aus. Die im ERP verwalteten Teilestammdaten bestehen überwiegend nur aus organisatorischen Angaben wie Änderungsindex, Freigabestatus, Norm usw. Es fehlen jedoch geometrische, physikalische, funktionale und technologische Angaben. Ein leistungsfähiges Teilemanagement braucht als Grundlage ein fl e- xibles Ordnungssystem, in das sowohl Normund Kaufteile als auch Eigenfertigungsteile in gleicher Weise eingebracht werden können. Dieses Ordnungssystem erfordert Strukturelemente zur Klassenbildung und Merkmale zur Beschreibung der Teile in Bezug auf deren Gestalt und Eigenschaften. Klassifi kation in Verbindung mit Standardisierung und Normierung von Eigenteilen führt zwangsläufi g zu einer hohen Wiederverwendungsrate und folglich zu merklicher Kostenentlastung. Hierbei kann das volle Nutzenpotenzial nur durch die durchgängige Integration der Klassifi kation in die Entwicklungsprozesse erzielt werden. Standardisierung und Klassifi kation sind somit integrale Bestandteile einer Product-Lifecycle- Management-Strategie. 14

15 Teilekonsolidierung und -klassifizierung Optimierung durch Teilekonsolidierung und Klassifikation Für die Aufbereitung und Klassifi kation von Produktdaten und CAD-Modellen werden demnach Klassifi kationssysteme benötigt, die spezifi sch an den Bedarf der Unternehmen angepasst und im PLM verankert sind. Zur Nutzung durchgängiger Synergie-Effekte sind diese unternehmensspezifi schen Klassifi kationssysteme mit den Systemen zur Produktdatenverwaltung (PDM) zu verbinden. Hierbei muss zuerst eine geeignete Klassifi - kationsstruktur defi niert werden. Der Klassifi kationsprozess gliedert sich in die vier Hauptphasen Datenanalyse, Merkmalsgewinnung, Aufbau Empfehlungen für die Teilekonsolidierung und -klassifizierung Standardisierung und Klassifikation sind Management-Themen und müssen ein strategisches Geschäftsziel sein. Das Festlegen von Methoden, Messgrößen und Verantwortlichkeiten sichert eine wirksame mittel- und langfristige Neuausrichtung. Eine Nachhaltigkeit kann nur durch ganzheitliche Konzepte gewährleistet werden. Der Einbezug aller Prozessbeteiligten wie Marketing, Vertrieb, Konstruktion, Fertigung und Logistik ist zwingend gefordert. Standardisierung und Klassifizierung sind integrale Bestandteile des Product-Lifecycle- Managements Eine hohe Anwenderakzeptanz durch eine intuitive Integration in ERP, CAD und PDM unterstützt das strategische Unternehmensziel der Standardisierung und Teilekonsolidierung. Die Klassifikation ist eine Notwendigkeit für eine effiziente Produktkonfiguration. Konsolidierungen und Aufräumaktionen reduzieren die Teilevielfalt und senken kurzfristig Kosten. Ziel ist die Reduzierung der Anzahl der Ausprägungen innerhalb der Hauptbaugruppen durch Mehrfachverwendung und Baugruppenwiederverwendung. Aus wenigen, unterschiedlichen Baugruppen entsteht eine große Zahl möglicher Endprodukte. Die Kombinationsmöglichkeiten müssen 80 Prozent bis 90 Prozent der Sonderwünsche des Kunden im Standard erfüllen. des Klassifi kationssystems und Anwendung desselben. Die Datenbestände, für die ein Klassifi kationssystem erstellt werden soll, liegen zumeist in einer verteilten Datenlandschaft vor. Daher sind diese zu analysieren. Diese Analyseergebnisse werden zur Merkmalsdefi nition verwendet. Aufgabe ist hierbei die Ermittlung und Generierung klassifi kationsrelevanter Merkmale, die Bildung von Produktklassen, die Ableitung von defi nierenden Eigenschaften für diese Klassen und eine hierarchische Anordnung der Klassen. Die Ergebnisse der Klassifi zierung können genutzt werden, um diese für verschiedene Zwecke innerhalb des Unternehmens weiterzuverwenden. Ein Beispiel hierfür ist die Einrichtung von Sachmerkmalleisten nach DIN 4000 in einem PLM-System. Der Nutzen liegt unter anderem darin, gleiche oder ähnliche Konstruktionslösungen durch den Einsatz rechnergestützter Methoden schneller wiederfi nden und wiederverwenden zu können. Das erhöht die Datenqualität und reduziert Dubletten. Die Wiederverwendung bereits konstruierter Bauteile ermöglicht aufgrund von Zeitersparnis und bereits vorliegender Fertigungsunterlagen erhebliche Einsparungen im Entwicklungsprozess. So gelang es der Firma TRUMPF bei der Aufbereitung der Stammdaten der Normalien den Produktdatenbestand von Sachnummern um 20 Prozent zu reduzieren und somit erhebliche Kosten zu sparen. Zum Ergebnis Untersuchungen zeigen, dass die Anzahl der im Unternehmen doppelt vertretenen beziehungsweise ähnlichen Teile zwischen 30 Prozent und 50 Prozent liegt. Diese sind aus dem Produktportfolio zu entfernen und die verbleibenden Produkte zu klassifi zieren und zu standardisieren. Themen wie Werksnorm, Klassifi zierung, Teilefamilien und Firmenstandards zur Konstruktionsmethodik sind konsequent umzusetzen. Hierdurch ist eine Reduzierung der Selbstkosten zwischen 10 bis 30 Prozent als Potenzial erzielbar. 15

16 Digitale Fabrikplanung Layout in drei Arbeitstagen Fabrikplanung wird zunehmend zu einem kontinuierlichen Prozess, in dem die Fabrikstrukturen schnell an neue Bedürfnisse angepasst werden müssen. Durch marktseitige Turbulenzen muss die Planung schneller, kostengünstiger und zielgerichteter durchgeführt werden. Die zunehmende Unterstützung der Planungsaufgaben durch IT- Werkzeuge ermöglicht es, die Planungskette für die Nutzer zu visualisieren und damit zu vereinfachen sowie den Ablauf der eigentlichen Planungsaufgabe zu beschleunigen. Von Prof. Dr.-Ing. Achim Kampker, Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Günther Schuh, Peter Burggräf, Sven Koch ANFANGS wurden Fabriken noch mit Schablonen und Klebebandtechniken geplant und anschließend verschiedene Alternativen betrachtet: Diese Art der Planung war gerade für Mitarbeiter in der Produktion oft schwierig, da sie sich ihre Bereiche nur schwer vorstellen konnten. Zunehmend werden darum Werkzeuge eingesetzt, die die Objekte der Planung in 3D darstellen können und so eine Vorstellung des Geplanten erleichtern. Dabei war jedoch bis vor kurzem die dreidimensionale Digitalisierung und Darstellung häufi g zeitaufwendig und die Qualität der Darstellung unbefriedigend. Die Qualität und der Zeitaufwand, um eine Produktion zu digitalisieren, wurden im Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen Fabrikplanungstisch mit 3D- Wandprojektion. Bilder: WZL der RWTH Aachen 16

17 Digitale Fabrikplanung Eine digitale Produktionsplanung ermöglicht es, Planungsfehler frühzeitig und kostengünstig auszumerzen. entscheidend verbessert. Durch vorhandene Objektkataloge mit etwa Standardobjekten können Layouts schnell und präzise erstellt werden. Durch einen hohen Grad der Standardisierung und der Optimierung des Erstellungsprozesses bei der Digitalisierung können WZL- Ingenieure Layouts der Produktion innerhalb von drei Arbeitstagen erstellen und in einem Film visualisieren. Fabrikplanungs-Add-In für MS PowerPoint Zunächst werden die zu digitalisierenden Fabrikobjekte vor Ort aufgenommen. Durch Abgleich mit der Objektdatenbank werden nur die Objekte vermessen und mit Fotos dokumentiert, die nicht in der Datenbank vorhanden sind. Die Ingenieure erfassen die Grundfl ä- chen der Maschinen in einem 2D-Layout mittels des so genannten Fabrikplanungs-ppt. Das am WZL entwickelte Fabrikplanungs-ppt-Add-In für MS PowerPoint ermöglicht die einfache maßstabsgetreue 2D-Blocklayoutplanung. Dadurch entsteht per einfaches Verschieben und Bearbeiten von PowerPoint-Elementen eine maßstabsgetreue Abbildung der Produktion. Mittels der vor Ort gewonnenen 2D-Darstellung passen die Ingenieure die Standardobjekte in ihrer Größe an und modellieren die in der Datenbank fehlenden, erstmalig aufgenommenen Objekte am WZL neu. Die 3D-Objekte und die nachgebildete 3D-Halle werden anschließend in dem Programm vistable aufbereitet. VisTAB- LE ermöglicht in Verbindung mit dem Fabrikplanungstisch eine partizipative Fabrikplanung. Auf dem Fabrikplanungstisch können 3D-Objekte in einer zweidimensionalen Ansicht grenzenlos angeordnet und das Resultat dieser Anordnung dreidimensional an der Wand betrachtet werden. Abschließend lassen sich die Ergebnisse der Layoutgestaltung anhand eines Rundfl ugs durch den geplanten Fabrikbereich aufbereiten. Die Digitalisierung der Fabrik dient aufgrund maßgenauer Visualisierung der Fabrikstrukturen als Grundlage der weiteren Um- beziehungsweise Neuplanung. Aus der Ausgangslage können alle weiteren, künftigen Szenarien innerhalb kürzester Zeit erarbeitet werden. Durch die Integration des Planungsschritts einer digitalen Visualisierung wird ein anschauliches Ist-Layout entwickelt hierzu könnte künftig auch 3D-Laserscanning eingesetzt werden, wenn es leichter gelingt, aus der Punktewolke einzelne Objekte zu extrahieren. Das Ist-Layout unterstützt im Weiteren die Optimierung der Produktion und Fabrikgestaltung. Probleme können frühzeitig erkannt und vor Beginn einer tatsächlichen Fabrikkonstruktion gelöst werden. 17

18 Digitale Fabrikplanung Rechnet sich die virtuelle Fabrik? Projekte der digitalen Fabrik müssen sich wie alle betrieblichen Entscheidungen bezahlt machen. Kommerzielle Software der digitalen Fabrik ist in der Regel im oberen Preissegment angesiedelt; dies führt gerade bei kleinen und mittleren Unternehmen schnell zu der Entscheidung: Die digitale Fabrik ist für uns zu teuer! Doch wo liegen die größten Nutzenpotenziale und wie lassen sie sich mit vertretbarem Aufwand erschließen? Von Prof. Dr.-Ing. Andrea Kobylka, Torsten Kurtzke DAS VERHÄLTNIS von Aufwand und Nutzen ist entscheidend für die Wirtschaftlichkeit von Projekten dabei sind allerdings alle Aufwendungen und alle Nutzeneffekte zu betrachten, sowohl die, die einmalig beziehungsweise sofort eintreten, als auch der Aufwand, der in der Folge laufend zu verzeichnen ist und die Nutzeneffekte, die erst später, also zum Beispiel bei Folgeprojekten, sich einstellen. Während die Aufwendungen für die digitale Fabrik in Bild 1 klar erkennbar sind, ist die Nutzenseite zum Teil erklärungsbedürftig, denn der entscheidende Nutzen vieler Anwendungen der digitalen Fabrik besteht darin, Ergebnisse und Erkenntnisse zu erzielen, die auf konventionel- Bild 1: Aufwands- und Nutzenaspekte der digitalen Fabrik. Bilder: FH Zwickau 18

19 Digitale Fabrikplanung Bild 2: Systemkenntnis ohne/mit Simulation nach P. Acél/BWI. Prozesse und Ressourcen zu digitalisieren, erfordert eine stärkere Kommunikation zwischen den Beteiligten. lem Weg nicht ermittelt werden können. Als ein Beispiel sei die dynamische Untersuchung des Lagerbestandes mit Hilfe der Materialfl usssimulation genannt. Zudem wird über die Digitalisierung und Visualisierung der Daten eine höhere Lösungsakzeptanz (bedingt durch ein besseres Verständnis der Lösung) erreicht. Prozesse und Ressourcen zu digitalisieren, zwingt in den meisten Fällen zu einer stärkeren Kommunikation zwischen den Beteiligten einer Planung, wodurch eine ganzheitliche Betrachtung sowie eine Variantendiskussion unterstützt wird. Zudem werden mit der Digitalisierung (und Visualisierung) Prozesse und Ressourcen wesentlich detaillierter und vor allem in ihrer gegenseitigen Beeinfl ussung betrachtet, wodurch Projektfehler schneller aufgedeckt werden können. Einmal erstellte digitale Modelle von Prozessen oder Ressourcen lassen sich wiederverwenden, wodurch der Zeit- und damit der Personalaufwand für die Planung sinkt. Liegen Daten gut strukturiert digital vor, steigt die Planungsbereitschaft eines Unternehmens denn so kann auf neue Marktsituationen schneller mit neuen Fertigungsprozessen und Unternehmensstrukturen reagiert werden. Trotz der optischen Überlegenheit der Nutzenseite bleibt die Schwierigkeit, die Nutzeneffekte monetär zu quantifi zieren. Niemand wird zum Beispiel, um die Wirtschaftlichkeit eines Projekts zu bewerten, Planungsfehler protokollieren und Vermutungen anstellen, wann diese bei konventioneller Planung entdeckt worden wären, um dann abzuschätzen, welche Einsparungen durch die frühzeitige Erkennung erzielt werden konnten. Bei einer Betrachtung und Kombination statistisch abgesicherter Aussagen zu Projekten wird schnell deutlich, dass bestimmte Nutzeneffekte real existieren, eine exakte monetäre Bewertung aber nicht möglich ist. Dazu im Folgenden zwei Beispiele. Nutzen durch frühzeitige Fehler erkennung Die Digitalisierung und Visualisierung von Produktionsdaten, zum Beispiel in der Materialfl usssimulation, bewirkt, dass wesentlich eher als bei einer konventionellen Planung eine Grundvorstellung von der Funktionsweise des geplanten Produkti- 19

20 Digitale Fabrikplanung onssystems aufgebaut werden kann. Weiß man früh mehr über das geplante Produktionssystem (siehe Bild 2), können Planungsfehler auch eher erkannt werden. So sinken die Gesamtkosten zur Fehlerkorrektur im Vergleich zur konventionellen Planung (Bild 3). Nachnutzung von einmal Erstelltem Die Effekte der digitalen Produktentwicklung spiegeln sich in den extrem verkürzten Entwicklungszeiten vieler Produkte wider. Ähnliche Effekte sind bei der Anwendung digitaler Planung in der Prozess-, Ressourcen- und Layoutplanung zu erwarten beziehungsweise zu verzeichnen. Sind zum Beispiel Bibliotheken mit den im Unternehmen verwendeten Betriebsmitteln sowie ein digitales Produktionslayout einmal erstellt, ist das Erzeugen modifi zierter Layouts (Varianten- oder Anpassungsplanung) mit wesentlich geringerem Aufwand gegenüber konventioneller Layouterstellung möglich. Je häufi ger Anpassungsplanungen aufgrund zum Beispiel veränderter Markterfordernisse durchgeführt werden müssen, umso höher wird der Nutzen durch den Einsatz digitaler Planung sein. Die Erfahrungen und Markteinschätzungen der Projektgruppe Materialfl ussplanung im Rahmen des Innovationsforums digitale Fabrik zeigen einen eindeutigen Trend zur Modernisierung und Optimierung der bestehenden Fabrikanlagen, denn zur Neuplanung auf der grünen Wiese. Durch diesen Umstand erhöht sich das Potenzial der Nachnutzung enorm. Der eigentliche Effekt der digitalen Fabrik ist allerdings in der (Nach-)Nutzung von Daten anderer Planungsbereiche zu sehen, da damit einerseits der Aufwand zur Datenerfassung reduziert werden kann und andererseits die Durchgängigkeit von Daten gesichert wird, wodurch die Fehlerquote in Projekten sinkt. Digitale Fabrik Make or Buy Im Rahmen der Diskussion um die Wirtschaftlichkeit der digitalen Fabrik ist ebenfalls die klassische Make-or-Buy -Frage zu stellen. Einige Bereiche wie die Produktentwicklung oder Arbeitsplanung gehören in vielen Unternehmen zu den Kernkompetenzen, die auf jeden Fall durch das Unternehmen selbst zu realisieren sind. Anders sieht es zum Beispiel in Bild 3: Reduzierung der Gesamtfehlerkosten bei Einsatz der digitalen Fabrik. 20

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