Digitalisierung im Werkzeug- und Formenbau als neue Wunderwaffe bei der Herstellung von Produkten!/?/!

ZusammenfassungProzesse verlieren zunehmend ihre Grenzschärfe. Sie überlagern und verzahnen sich – von der Produktidee bis zur Serienfertigung ist die Expertise des Werkzeugmachers gefragt. Digitalisierung und Produktion sind dabei die beherrschenden Themen. Doch gilt es hier, die vielen Worthülsen greifbar zu machen. Gerade für die kleinen Betriebe in Deutschland ist es wichtig, ohne Vorbehalte die ersten Schritte tun zu können. Denn die Umbrüche in unserer Branche machen nicht vor dem 10-Mann-Betrieb halt, auch wenn es diesen bereits in dritter Generation gibt … Wir müssen uns vielmehr der Effizienzforderung und der damit einhergehenden Vernetzung der Fertigungstechnik und der Logistik stellen! Wesentlich dabei ist, stets den Bezug zur Praxis aufzuzeigen. Die Werkzeugmacher-Branche in Deutschland lebt nämlich von den vielen kleinen „Hidden Champions“, die „Hands on“-Innovationen schaffen. Doch gerade hier kann Industrie 4.0 und Digitalisierung von Betrieb zu Betrieb ganz anders aussehen. Die einen beginnen mit Insellösungen, um diese sukzessive „aufzubohren“, die anderen streben nach der durchgängigen Komplettlösung. Allesamt vereint sie, dass man sich den Herausforderungen der „vierten industriellen Revolution“ stellen möchte, um weiterhin Spitzenreiter bei Qualität, Performance und Präzision zu sein.

Wertstromkinematik – Produktionssysteme neu gedacht

Industrie 4.0 gilt als einer der Trends des letzten Jahrzehnts, stellt bisher jedoch im Wesentlichen eine digitale Innovation dar. Für eine volle Ausschöpfung des Potenzials müssen auch hardwareseitig die Produktionsmaschinen und -systeme der Zukunft grundlegend neu gedacht werden. Das Forschungsvorhaben Wertstromkinematik (kurz: WSK) setzt an dieser Stelle an. Dieses neuartige Produktionskonzept sieht die Gestaltung ganzer Produktionen anhand der Verkettung mehrerer Maschinen einer baugleichen, roboterähnlichen Kinematik vor. Die daraus resultierende Wandlungsfähigkeit ermöglicht eine volle Ausschöpfung des Potenzials von Industrie 4.0. Nachdem im ersten Teil dieses Beitrags der Schwerpunkt auf der Planung und Steuerung der roboterähnlichen Kinematiken lag, steht in dem hier vorliegenden zweiten Teil die Planung ganzer Produktionsanlagen im Fokus.

Lean-Production-Methoden und Industrie-4.0-Technologien in der Produktion

Um dem zunehmend dynamischen und kompetitiven Umfeld zu begegnen, stellen Lean Production und Industrie 4.0 zwei zentrale Ansätze produzierender Unternehmen dar. Im Rahmen der vorgestellten Studie wurden Unternehmen nach der Implementierungsdauer sowie der Relevanz einzelner Lean-Production- und Industrie-4.0-Elemente für die Wettbewerbsfähigkeit befragt. Dabei wurden typologische Unternehmens- und Produktionsmerkmale berücksichtigt, um produzierende Unternehmen bei der Implementierung von Lean Production und Industrie 4.0 zielgerichtet zu unterstützen.

An approach for Industrie 4.0-compliant and data-sovereign Digital Twins

Data sharing between enterprises requires both interoperability and data sovereignty. In the application domain of industrial production an integrated approach is required that encompasses standards and technologies of both Industrie 4.0 and the International Data Spaces (IDS). This paper describes how to combine them for the concept of Digital Twins following the architectural framework given in ISO DIS 23247. Furthermore, an implementation approach is described relying upon the Fraunhofer Advanced AAS Tools for Digital Twins (FA³ST). The resulting architectural approach may be combined with further open manufacturing standards, and may be applied for data analytics and the engineering of AI-based systems.

Methodology and Tools for Digital Twin Management—The FA3ST Approach

The concept of digital twins (DT) has already been discussed some decades ago. Digital representations of physical assets are key components in industrial applications as they are the basis for decision making. What is new is the conceptual approach to consider DT as well-defined software entities themselves that follow the whole lifecycle of their physical counterparts from the engineering, operation up to the discharge, and hence, have their own type description, identity, and lifecycle. This paper elaborates on this idea and argues the need for systematic DT engineering and management. After a conceptual description of DT, the paper proposes a DT lifecycle model and presents methodologies and tools for DT management, also in the context of Industrie 4.0 concepts, such as the asset administration shell (AAS), the international data spaces (IDS), and IEC standards (such as OPC UA and AML). As a tool example for the support of DT engineering and management, the Fraunhofer-advanced AAS tools for digital twins (FA3ST) are presented in more detail.

Industrie 5.0 - Die Europäische Kommission auf den Spuren der nächsten industriellen Revolution?

Obgleich die Umsetzungsgeschwindigkeit und das Wissen zu Industrie 4.0 in den vergangenen Jahren merklich zugenommen haben, stehen viele Entscheidungsträger weiterhin vor wesentlichen Herausforderungen bei der Implementierung von Industrie 4.0-Technologien. Hohe Investitionen stehen unklaren Performance-Steigerungen gegenüber, es gibt noch immer kein allgemeingültiges Verständnis des Begriffs Industrie 4.0 und in vielen Fällen ist die Umsetzung nicht über ein initiales „Industrie 4.0-Leuchtturmprojekt“ in dem jeweiligen Unternehmen hinausgegangen [1]. Inmitten dieser Transformation veröffentlichte die Europäische Kommission im Januar 2021 ein Whitepaper mit dem Titel „Industry 5.0 - Towards a sustainable, human-centric and resilient European industry” [2]. Kündigt sich hier somit bereits die nächste industrielle Revolution an? Dieser Beitrag erläutert den Begriff „Industrie 5.0“ in Bezug auf den Beitrag der Europäischen Kommission, die Verbindung mit aktuellen Industrie 4.0-Initiativen und zeigt dadurch Optionen für die Zukunft der industriellen Produktion auf.

Shaping Digital Ecosystems for Sustainable Production: Assessing the Policy Impact of the 2030 Vision for Industrie 4.0

How can we effectively shape digital ecosystems for sustainable production in line with the Sustainable Development Goals of the United Nations? The German Plattform Industrie 4.0 has developed a vision for 2030 entitled “Shaping Digital Ecosystems Globally” with sustainability as one of three key pillars. Based on this vision, three development paths towards a digital, networked and sustainable manufacturing industry of the future were identified and further concretized with corresponding scenarios and business use cases. This article assesses this participatory approach of jointly thinking and shaping futures, with a particular focus on outcomes and policy impacts. A specific focus is placed on the involved and addressed public and private stakeholders, industry and policy sectors, and governance levels. The study shows that the 2030 Vision for Industrie 4.0 is a good example of how broad policy impacts can be achieved by taking a multi-actor, multi-sector and multi-level approach. Based on some practical implications for designing collaborative manufacturing networks in digital ecosystems, the article concludes with a call for collective action towards the Sustainable Development Goals to be achieved by the year 2030.