Digitalisierung im Werkzeugbau

Der deutsche Werkzeugbau befindet sich in einem äußerst dynamischen Wettbewerb mit Anbietern aus asiatischen und osteuropäischen Niedriglohnländern. Diese greifen auf niedrige Faktorkosten zurück und holen insbesondere technologisch zum Werkzeugbau in Deutschland auf. Zusätzlich ist eine zunehmende Produktderivatisierung in Verbindung mit abnehmenden Produktlebenszyklen zu beobachten. Dies resultiert in einem gestiegenen Werkzeugbedarf, der in kürzeren Zyklen und zu geringeren Kosten vom Werkzeugbau bedient werden muss. Aufgrund dieser Trends muss der deutsche Werkzeugbau zum einen die Effizienz des eigenen Leistungserstellungsprozesses erhöhen und zum anderen seine Position als Innovationsführer im globalen Wettbewerb behaupten. Die Digitalisierung stellt im Rahmen der vierten industriellen Revolution ein zentrales Potenzial zur Effizienzsteigerung dar.

Die Anwendung von leistungsfähigen Informations- und Kommunikationstechnologien im Werkzeugbau bietet neue Chancen für die Wettbewerbsfähigkeit am Hochlohnstandort Deutschland. Das Konzept der durchgängigen Digitalisierung im Werkzeugbau sieht vor, dass digitale Technologien zum Einsatz kommen und im Zuge dessen Menschen, Maschinen, Produktionsmittel sowie Produkte miteinander vernetzt werden und in der Lage sind, miteinander zu kommunizieren. Sie besitzen Kenntnis über die Reihenfolge und Anzahl der stattfindenden Fertigungsschritte, tauschen Daten aus, stimmen sich miteinander ab und steuern sich eigenständig.

Trends µ-genau

Industrie 4.0

Das Ziel von Industrie 4.0 ist eine radikale Steigerung der Kollaborationsproduktivität in der Interaktion von menschlich und automatisiert geführten Prozessen. Anders gesagt: Industrie 4.0 bezeichnet das „Internet der Dinge“ – vernetzte Systeme, in denen Daten autonom ausgetauscht werden und die auch autonom reagieren. Damit werden die menschlichen Teilnehmer im Produktionsprozess von Tätigkeiten entlastet, die schlicht die Weitergabe von Information aus dem einen System in ein weiteres oder bestenfalls eine einfache Entscheidung nach klaren Regeln und Beurteilungskriterien erfordert. Das können auch Maschinen – ermüdungsfrei und ohne sich zu langweilen. Die hochqualifizierten Mitarbeiter bekommen so wieder mehr Freiraum, sich um jene Prozesse zu kümmern, die echte Kreativität, eine komplexe Entscheidung oder schlicht jene Erfahrung fordern, die sich nicht oder nur mit großem Aufwand in Nullen und Einsen gießen lässt.

Vier wesentliche Potenziale

Es lassen sich vier wesentliche Potenziale der Digitalisierung im Werkzeugbau feststellen. Zum einen führt die Digitalisierung zur Reduzierung von Schnittstellen innerhalb des Werkzeugbaus, da bestehende Schnittstellen digital miteinander verknüpft werden und sich auf diese Weise zu einem System integrieren. Weiterhin werden Automatismen und standardisierte Arbeitsabläufe etabliert, die Prozessabläufe effizienter und planbarer gestalten. Ein weiteres Potenzial der Digitalisierung ist die Reduzierung von Durchlaufzeiten, da mittels einer effizienten Produktionsplanung und -steuerung sowohl Warte- als auch Liegezeiten gesenkt werden. Demnach ermöglicht die Digitalisierung durch selbststeuernde Prozesse eine kürzere Time-To-Market und stellt damit ein zentrales Differenzierungskriterium dar. Die Digitalisierung erhöht erheblich die Transparenz innerhalb des Werkzeugbaus und bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Visualisierung, beispielsweise bezüglich des Auftragsfortschritts oder des Auslastungsgrads von Engpassmaschinen.

Wettbewerbsumfeld im Werkzeugbau:
Der deutsche Werkzeugbau befindet sich in einem äußerst dynamischen Wett-bewerb mit Anbietern aus asiatischen und osteuropäischen Niedriglohnländern.

Drei zentrale Handlungsfelder

Zur erfolgreichen Umsetzung der Digitalisierung hat das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen drei zentrale Handlungsfelder für den Werkzeugbau identifiziert. Die richtige Produktionsplanung und -steuerung (PPS) nimmt in industrialisierten Werkzeugbaubetrieben eine Schlüsselrolle ein. Die Unikatfertigung bewirkt in Werkzeugbaubetrieben zahlreiche unterschiedliche Bearbeitungsumfänge, die eine erhöhte Komplexität entlang der gesamten Prozesskette verursachen.

Viele Werkzeugbaubetriebe setzen derzeit eine aufwändige Steuerung in der mechanischen Fertigung ein, bei der sie häufig auf die Erfahrung einzelner Mitarbeiter angewiesen sind. Dabei mangelt es den Unternehmen an einer systematischen Steuerung, die aufgrund des wachsenden Zeit- und Kostendrucks sowie der steigenden Komplexität erforderlich ist. Zusätzlich kann die Planung von leistungsfähigen IT-Systemen wie beispielsweise PPS- oder ERP-Systemen unterstützt werden. Auf diese Weise erhöht sich die Transparenz in der Fertigung.

Dezentrale Auftragssteuerung

Auf Basis der bereits bestehenden PPS-Systeme werden derzeit Planungs- und Steuerungssysteme für die dezentrale dynamische Planung und Steuerung von Aufträgen entwickelt. Diese Systeme sind in der Lage, Entscheidungsalternativen auf Basis von echtzeitnahen Produktionsinformationen bereitzustellen, zu priorisieren sowie zu bewerten. Zur Interaktion mit dem Menschen existieren Schnittstellen, die sowohl auf den Bedarf des Planers als auch des Produktionsmitarbeiters zugeschnitten sind. Auf diese Weise kann sich die Produktionsplanung eines Werkzeugbaus dynamisch und in gewünschten Zeitabständen echtzeitnah anpassen.

Profil

Unternehmensentwicklung im WZL

In dieser dreiteiligen Serie präsentiert der Lehrstuhl für Produktionssystematik am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen organisatorische Trends der Branche Werkzeugbau. Die Abteilung Unternehmensentwicklung am WZL beschäftigt sich in angewandter Forschung und in zahlreichen Industrieprojekten mit den organisatorischen und technologischen Entwicklungen der Branche. Mit diesem Artikel sowie den bereits erschienenen Artikeln „Vernetzte Wertschöpfung im Werkzeugbau“ und „Systematische Mitarbeiterentwicklung im Werkzeugbau“ werden Differenzierungsmerkmale für nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit im Werkzeugbau aufgezeigt.

Darauf aufbauend kann auch der Fertigungsprozess durch die dezentrale Steuerung direkt angepasst werden. Die zu fertigenden Bauteile und Aufträge kennen ihren Status und schlagen Veränderungen ihrer Bearbeitungsabfolgen vor. Zusätzlich liefert ein Vergleich der Bearbeitungsabfolgen hinsichtlich Durchlaufzeiten und Kosten eine Entscheidungsunterstützung zur Erreichung der gewünschten Zielgrößen. Im Ergebnis erhöht die optimierte Planung und Steuerung die Ressourceneffizienz über die Verkürzung der Durchlaufzeiten und die Vermeidung von Fehlplanungen. Zusätzlich kann sich der im Fokus stehende Mensch dank geeigneter Benutzerschnittstellen auf wertschöpfende Tätigkeiten konzentrieren.

Das zweite Handlungsfeld zur Umsetzung der Digitalisierung im Werkzeugbau ist die Gestaltung des digitalen Shop­floormanagements. Der deutsche Werkzeugbau muss das Potenzial seiner gut ausgebildeten Mitarbeiter nutzen und die Verantwortung auf die Mitarbeiter verteilen, so dass jeder einzelne im Unternehmen seine Fähigkeiten optimal einsetzen kann. Dadurch identifizieren sich die Mitarbeiter mit ihren Aufgaben und handeln aus intrinsischer Motivation leistungsfähiger.

Potenziale der Digitalisierung im Werkzeugbau: Auf insgesamt vier Feldern lassen sich mittels Digitalisierung positive Effekte erzielen.

Zudem gilt es, Mitarbeiter durch Ziele zu führen und einen entsprechenden Führungsstil zu etablieren. Auf diese Weise werden kreative Leistungen und Innovationen gefördert. Hierzu bedarf es im Werkzeugbau einer jederzeit transparenten Darstellung der aktuellen Leistung, um den Mitarbeitern den Zielerreichungsgrad mittels Kennzahlen echtzeitnah vor Augen zu führen. Dies kann mit digitalen Visualisierungsmöglichkeiten umgesetzt werden, die auf dem gesamten Shopfloor sichtbar sind.

Interne und externe Kollaboration

Abschließend gilt es, eine erfolgreiche interne und externe Kollaboration im Werkzeugbau umzusetzen. Die interne Kollaboration sieht die unternehmensinterne Vernetzung aller Prozessschritte und Unternehmensabteilungen vor, um die Effizienz des eigenen Leistungserstellungsprozesses zu verbessern. Möglichkeiten, dies zu realisieren, sind beispielsweise die Implementierung leistungsfähiger Applikationen für den Wissensaustausch zwischen den Mitarbeitern oder der gezielte Einsatz von Social Media, um die Kommunikation im Unternehmen zu vereinfachen und zu fördern.

Die externe Vernetzung zielt auf die vor- und nachgelagerte Kundenintegration sowie die Integration externer Wertschöpfungspartner ab. Die vor- und nachgelagerte Kundenintegration umfasst beispielsweise die Unterstützung des Kunden mittels Beratungsdienstleistungen sowie durch Servicedienstleistungen nach Fertigstellung des Werkzeugs. Mittels der Integration externer Wertschöpfungspartner können externe Kapazitäten effizienter genutzt werden. Dazu können intelligente IT-Systeme zur Vernetzung mit den Partnern zum Einsatz kommen. Diese erhöhen die Transparenz, indem eine gemeinsame Plattform geschaffen wird, auf der beispielsweise die Anforderungen des Bearbeitungsumfangs oder der Liefertermin abgebildet werden. Dies ermöglicht eine Konzentration auf die eigenen Kernkompetenzen.

Gestaltungsfelder für den Digitalisierten Werkzeugbau: Von der digitalen Planung über das eigentliche Shopfloormanagement bis zur Förderung der Zusammenarbeit über Unternehmensgrenzen hinweg reichen die Möglichkeiten, die eine Digitalisierung erschließen kann.

Neue Potenziale für mehr Effizienz

Im Rahmen der vierten industriellen Revolution eröffnet die Digitalisierung der produzierenden Industrie zahlreiche Effizienzsteigerungspotenziale. Die Implementierung und Umsetzung von Digitalisierungsansätzen eröffnet dem produzierenden Sektor in Deutschland weitreichende Chancen zur Erreichung nachhaltiger Innovationsvorsprünge und Wettbewerbsvorteile gegenüber der aufstrebenden Konkurrenz aus den asiatischen und osteuropäischen Niedriglohnländern. Der deutsche Werkzeugbau befindet sich derzeit in einem äußerst dynamischen und aggressiven Wettbewerb mit Anbietern aus Asien und Osteuropa. Deshalb müssen deutsche Werkzeugbaubetriebe Potenziale der Digitalisierung nutzen und über dieses Differenzierungskriterium langfristige Wettbewerbsvorteile im internationalen Wettbewerb realisieren.

Kontakt: Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen, D-52074 Aachen, www.wzl.rwth-aachen.de