Zukunft der Fertigung

Der moderne Fertigungsprozess beginnt weit vor der Herstellung eines Produkts: Es entsteht dank der Fortschritte bei Simulationstechnologien zuerst in der virtuellen Welt als „digitaler Zwilling“ seines Gegenstücks in der realen Welt. Doch das ist nicht alles: Intelligente Computerprogramme definieren heute weit mehr als nur geometrische Objekteigenschaften. Sie testen komplexe Funktionseigenschaften wie Ausdehnungs- und Kontraktionskoeffizienten oder Hitzebeständigkeit und optimieren sogar die Produktionssicherheit. Und der nächste Schritt zeichnet sich bereits ab: Künftig sollen nicht nur Produkte entwickelt und optimiert werden, sondern auch ganze Fertigungsprozesse.
Sobald ein Produkt – ob eine Gasturbinenschaufel oder eine komplette Fertigungsanlage – nach dem virtuellen Entstehungsprozess gebaut und in Betrieb genommen wurde, fließen Informationen über seinen realen Einsatz kontinuierlich in die virtuelle Welt zurück. Das erlaubt es, den digitalen Zwilling fortlaufend zu verbessern. „Wir schließen die Wissensschleife zwischen realer und virtueller Welt: Auch wenn der digitale Zwilling gebaut und im Einsatz ist, werden weiterhin Daten erfasst und laufend analysiert. So lässt sich das Design ständig verbessern, und Betrieb sowie Service können optimiert werden“, erklärt Dr. Norbert Gaus, Head of Research in Digitalization and Automation bei Siemens Corporate Technology.

Cyber-physisches Ökosystem

Dieser Optimierungskreislauf eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Stellt eine Fabrik ein in der virtuellen Welt entstandenes Objekt mithilfe von menschlichen Arbeitskräften, halbautonomen Robotern sowie additiver und subtraktiver Fertigung her, erfasst die Anlage den Prozess gleichzeitig digital und vergleicht ihn mit dem virtuellen Optimum. So können Unternehmen ihre Produktion und Wartung fortlaufend verbessern, etwa was die ergonomischen Anforderungen für noch von Hand auszuführende Arbeitsprozesse betrifft.
Zusammen bilden die durch das Internet der Dinge vernetzten Roboter, Maschinen und Fertigungsschritte ein KI-gesteuertes, engmaschiges cyber-physisches Ökosystem. Was solche Anlagen leisten können, zeigt sich beispielsweise bei Siemens-Gasturbinen. „Selbst nachdem unsere Experten ihr Möglichstes getan hatten, um den Stickstoffoxidausstoß einer Turbine zu optimieren“, so Gaus, „konnte ein speziell darauf trainiertes KI-System die Emissionen um weitere zehn bis 15 Prozent senken.“ Die neue Welt permanenter Optimierung wird es zudem erlauben, an Kundenanforderungen angepasste Produkte erschwinglich und termingerecht zu produzieren, ohne bei der Qualität Abstriche machen zu müssen.
Um die Vision solcher industriellen Ökosysteme zu realisieren, gibt es freilich noch einiges zu tun. Ein Schritt in diese Richtung ist MindSphere, ein offenes, Cloud-basiertes IoT-Betriebssystem von Siemens, das Datenanalyse, vielfältige Konnektivität, Werkzeuge für Entwickler und Applikationen in sich vereint. An weiteren Bausteinen arbeitet das Unternehmen in Laboren rund um den Globus, damit die Zukunft industrieller Fertigung schneller zur Realität von heute wird.