Digital Twin - Wirkungen & Nebenwirkungen

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In vielen Unternehmen Wirklichkeit: hier Konstruktion Mechanik, dort  Konstruktion Elektrik. Zwei Welten, zwei Kulturen. Erst wenn die Mechanik fertig ist, darf die Elektrik anfangen. Normalerweise sind die beiden Bereiche einander nicht grün.

Wer versucht, sie zu fusionieren, erntet erbitterten Widerstand. Die Trennung beider Bereiche kostet Effizienz, Zeit und Geld. Bisher gelang es nach unserer Beobachtung nicht, die Grenzen einzureißen. Jedoch bringt das Engineering mit Digitalen Zwillingen einen unerwarteten Nebeneffekt: Rückenwind für die Beseitigung dieses "Jahrhundert- Defekts".   

Der Haupteffekt des digitalen Zwilling ist leicht zu sehen. Eine Inbetriebnahme findet statt als Simulation - ohne physische Materialien. Trotzdem wird die kollisionsfreie Bewegung aller Bauteile geprüft. Auch physikalische Eigenschaften wie Wärmedehnung oder Verformungen unter Zug, Druck, Torsion usw. sind Gegenstände der Simulation. 

Die ersten Simulatoren hießen "Deneb" oder "Technomatix". Sie begannen vor etwa 20 Jahren ihr Leben. Erstaunlicherweise erkannte kaum jemand den praktischen Nutzen des digitalen Zwillings. Die Simulation und Optimierung einer mittelgroßen Maschinenbau-Fabrik (etwa im Ausland) kostete schon damals hunderte von Millionen - und viel Zeit. Denn alle Teile mußten zuvor gefertigt, montiert, getestet und optimiert werden. 

Das Potential liegt im Entfall der realen Inbetriebnahme ohne mechanische Bearbeitung, Herstellung und Montage der Teile und Baugruppen. Auch Problemstellungen der Automation  und der Logistik können simuliert und optimiert werden.

Skeptiker mögen einwenden, dass die Einführung der Digital Twins großen Aufwand erfordert. Doch bei näherer Betrachtung sieht man: die Digital Twins der Einzelteile sind schon da - als 3D-CAD-Modelle. Davon sind wiederum 50-60% Norm- und Katalogteile aus dem Internet. 

Im Kontext einer Funktion vollführen die Teile Bewegungen (Translation, Rotation zwischen definierten Endlagen), die ihnen aufgeprägt werden. Die Steuerung erfolgt über zumeist eigene Steuerungssoftware. Der Anteil an eigenem KnowHow in dieser Disziplin wird sichtbar, betrachtet man den Zuwachs an Personal für Elektrik/Elektronik/Software im eigenen Unternehmen (Mitarbeiterzahl) über die letzten Jahre. 

Worauf also noch warten? Der Einsatz digitaler Zwillinge (Stichwort: Inbetriebnahme) birgt großes Potential an Zeit und Geld, wobei die meisten Komponenten schon vorhanden sind. Der Schritt in die Zukunftsfestigkeit erfordert dabei vergleichsweise kleines Geld. Die ersten Praxis-Erfahrungen im Maschinenbau liegen vor und bestätigen die positive Einschätzung aufs Deutlichste.  

 Zurück zum ersten Gedanken: wir sehen im gemeinsam betriebenen, interdisziplinären Engineering ein wenig beachtetes und großes Potential. Nicht nur für den Nebeneffekt - Zusammenwachsen Mechanik/Elektrik. Auch die Zeit bis zum Markteintritt neuer Produkte verkürzt sich dramatisch. Der Lohn ist ein weit fortentwickelter Organisationsgrad.  Wir können Sie bei dieser Thematik unterstützen - mit überschaubarem Aufwand.

Modularisierung: Haben wir Alles richtig gemacht?

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Richard Lampert ist Geschäftsführer Technik und Vertrieb bei der Sanz GmbH. Sanz ist ein Maschinenbau-Familienbetrieb mit etwa 530 Mitarbeitern.

Sanz und Lampert haben bisher jede Chance zur Erhöhung der Effizienz genutzt, darunter "Modularisierung und Standardisierung". Auch dabei hat Lampert das Unternehmen mit sicherer Hand gesteuert. Ernste Rückschläge waren nicht zu beklagen.

Das Projekt zeigte Wirkung: in der Auftragskonstruktion kehrte Ruhe ein. Lampert hatte dazu die Konstruktion in Auftrags- und Entwicklungskonstruktion gegliedert. Auch dies lief relativ geräuschlos.

Doch irgendwie beschlich Lampert das Gefühl, er hätte immer noch große Reserven nicht in Angriff genommen. Diese relative Ruhe kann ihm verdächtig vor. Sie erschien begrenzt auf den Bereich Entwicklung/Konstruktion.

Wichtig ist zu wissen: ein Projekt "Standardisierung-Modularisierung" wird von zwei Säulen getragen. Die erste ist das Produkt. Es muß reorganisiert werden. Bei Sanz trägt diese Säule schon. Die zweite Säule bilden die Prozesse. Damit sind Pflege und Anwendung der Moduln gemeint. Hier stellte Lampert große und wachsende Defizite fest. Erstaunlich dabei: die wesentlichen Prozesse waren durchaus definiert. Aber der Gewöhnungsgrad an die alten Abläufe war wohl unterschätzt worden. Obwohl das Projekt abgeschlossen schien, trieb es mit der alten Strömung dahin.

So kamen aus dem Vertrieb und aus der Produktion Rumpelgeräusche. Zuweilen entstand der Eindruck, als hätten diese beiden Bereiche von dem Projekt nichts mitbekommen. Auch das Controlling arbeitete wie gewohnt weiter.    

Die Übergabegespräche der Runde F&E, Vertrieb und Kalkulation verliefen in zunehmend gereizter Atmosphäre. Die Nachkalkulation brachte ernüchternde Resultate. Lampert geriet in Gefahr. So entschloß er sich, den Problemen auf den Grund zu gehen. Es wurde wie eine Fahrt mit der Geisterbahn.   

Schon bei F&E stimmte der Prozess nicht. Statt Moduln zu konfigurieren, wurde wieder und wieder eine ganze Maschine als Anpassvorlage genommen. Gerade das sollte aber vermieden werden. Ganz ähnlich bei der Entwicklung: für jede Messe wurde eine „neue“ Maschine auf Kiel gelegt. Was die Teilevielfalt anging, war diese Maschine „zu 100% neu“. Die Funktionalitäten aber waren nicht neu. Und über die Kosten schweigt des Sängers Höflichkeit. 

Auch im Vertrieb wurden die Projektziele vergessen Es wurde auf Basis abgewickelter, ähnlich erscheinender Aufträge kalkuliert. Das ging zwar schnell, hatte aber mit der Wirklichkeit wenig zu tun.

Die Produktion monierte, dass Sanz sich immer weiter von einer (angestrebten) Kleinserienfertigung der Moduln entfernte. Jeder Auftrag war ein Unikat mit Kosten, die existenzgefährdend sein konnten. Man brauchte nur die Kaufsumme mit der Summe aus der Nachkalkulation zu vergleichen: die Marge (in Prozent der Auftragssumme) sprang wild umher wie beim Russisch Roulette.

Die Angebotserstellung und -kalkulation, die Auftragsabwicklung mit Anpassungen durch die Konstruktion, die Einführung der Kleinserienfertigung, die Auswahl der Anpassvorlagen, die Weiterentwicklung auf Modulbasis. All diese Prozesse wurden nicht in den Blick genommen. Die Gefahr wuchs, das ganze Projekt  durch Nachlässigkeit und Disziplinlosigkeit wieder zu verspielen - mit jedem Auftrag, durch falsche Prozesse. Auch eine Entwicklungsstrategie suchte man vergebens.

Es blieb Lampert nichts übrig, als Schwachstelle für Schwachstelle auszumerzen - letztlich also eine straffe Prozesskontrolle aufzusetzen. Dabei spielt die Margenentwicklung eine tragende Rolle. 

Auf dem Weg vom Beginn bis zum Projektende werden viele Weichen gestellt. Ein einziger Fehler dabei  kann entscheidend sein für das Unternehmen. Insbesondere bei der Modularisierung ist die Arbeit nicht getan mit der Präsentation des Modulbaukastens. Die Prozesse und ihre gelebte Praxis sind jahrelang im Fokus zu behalten. Ansonsten greifen die alten Unsitten naturgesetzhaft wieder um sich. Wir wünschen Herrn Lampert viel Erfolg.

Der erste Schritt

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Kurt Zanker ist CTO bei der Serter GmbH - seit drei Monaten. Das Unternehmen ist ein Familienbetrieb des Maschinenbaus mit knapp 200 Mitarbeitern. Seit einiger Zeit entwickelt und baut Serter auch Anlagen. Diese umfassen neben eigenentwickelten Maschinen auch Komponenten zur Automation.

Zanker ist mit Tatendrang und Wissensdurst bei seiner Arbeit. Da er noch neu bei Serter ist, stellt er viele Fragen. Viele davon werden zufriedenstellend beantwortet. Jedoch: der knorrige Konstruktionsleiter, Karl Bleibtreu, nimmt einige Fragen doch eher mürrisch auf. Bleibtreu will Bewährtes bewahren. Er hat in den 30 Jahren seiner Tätigkeit bei Serter eine Hausmacht um sich versammelt. Zanker noch nicht. Er braucht ein Team, das offen ist für Veränderungen, das in gewisser Weise agressiv ist und voller Gestaltungswillen. Dabei muß auf Integration geachtet werden - nicht Konfrontation.

In diesem Kontext werden spezifische Abläufe aufs Korn genommen. Sie haben sich über „Try and Error“ irgendwie über die Jahrzehnte gebildet. Nun sind sie verkrustet; sind Ewigkeitswerte geworden.

Im Bereich Entwicklung und Konstruktion haben sich besonders harte Krusten gebildet. Viele der hinterfragten Zustände schaden aber dem Unternehmen - jetzt und auf Dauer. Das ist beunruhigend.

Vorhandenes Material soll wiederholt verwendet werden. Jeder weiß es, alle wollen es, keiner tut es. Nicht nur in diesem Zusammenhang wiegt Bleibtreu gerne den Kopf und benutzt die Wendungen wie  „Ja, aber“ oder „geht nicht, weil“ oder "haben wir schon einmal versucht - war nix".
Zur Erinnerung: der Nutzen wiederholter Teileverwendung ist keine wirtschaftliche Kleinigkeit. Er kann leicht in die Millionen gehen!
Unter anderem richtet sich der Blick auf das eingesetzte Nummernsystem. Es existiert nicht nur eines. Es stammt noch aus der Zeit der Gründerväter. Das muß kein Nachteil sein, aber die Welt hat sich seitdem verändert: nicht immer gab es IT und ERP. Auch PDM und CAD waren noch unbekannt. In diese Umgebung soll ein 40-50 Jahre altes Nummernsystem passen?

Es stehen sich zwei "Parteien" gegenüber. Sie sind in gegensätzlicher Weise befangen. Einerseits die eingesessenen Mitarbeiter um Bleibtreu. Andrerseits das "progressive" Lager, an der Spitze CTO Kurt Zanker. 

Dieser steht in der Pflicht, die Unternehmenszahlen bald und deutlich zu verbessern. Darauf achtet die Eignerfamilie jeden Monat aufs Neue.
Zanker muß das Mittelmanagement und die Basis mit durchschlagenden Argumenten überzeugen. Ein Hoffnungsblümchen blüht: immer mehr Mitarbeiter sehen, daß im Lauf der Jahre der Glanz des Alten (hier ist nicht Bleibtreu gemeint) verblasst ist. Zeitgemäße Systematiken und Abläufe müssen Serter zukunftsfest machen.

  • Unterstützt die Serter-Nummernsystematik die Suche nach Wiederholteilen?
  • Ist sie anpassbar auf Veränderungen im Teilespektrum, z.B. nach Firmenfusionen?
  • Wird ein Material eindeutig identifiziert?
  • Wie wird der Erfolgsnachweis der Nummern-Anwendung geführt?
  • Inwieweit unterstützen die gängigen IT-Systeme (ERP, PDM, CRM) den aktuellen Nummerntyp? Und so weiter.

Der Leser prüfe die eigenen Verhältnisse: in vielen Unternehmen gibt es dazu (noch) keine Antwort. Zanker muß handeln. Neben der technisch-organisatorischen Fragestellung muß die Wirtschaftlichkeit, die Unterstützung durch die konservativen und die progressiven Kräfte gegeben sein. Insbesondere die Kapitaleigner müssen überzeugt sein. Zwei Lösungen erscheinen denkbar:

 Alternative 1: Zanker gibt per Dekret vor, die Systematik der Sachnummer auf neue Füße zu stellen. Die Praxis zeigt, daß dies selten eine gute Lösung ist. Die Akzeptanz der Anwender bleibt nicht nur aus, sondern schlägt um in Opposition. Zankers Autorität wird gefährdet. Energie wird in Grabenkriegen vergeudet. Zanker kann gehen.  

Alternative 2: die Bleibtreu-Fraktion setzt sich durch. In der Folge unterbleiben jegliche Änderungen. Zanker kann gehen.

Beide Alternativen rufen kaum Begeisterung hervor. Die Kernfrage lautet: wo stehen wir? Sie entscheidet darüber, was, warum und wann es anders werden muß. „Ich weiß nicht, ob es besser wird, wenn sich etwas ändert; ich weiß aber, daß es anders werden muß, damit es besser werden kann“ (C.Lichtenberg). Serter vertraut sich einem externen neutralen Experten an. Von ihm wird erwartet, daß die Analyse auf Stärken und Schwächen, aber auch Vorschläge zur nachhaltigen Optimierung binnen weniger Tage auf dem Tisch liegen. Fast noch wichtiger: Zanker und Bleibtreu treiben partnerschaftlich das Projekt an, weil sie die großen Vorteile sehen.

Auf kurzem Weg zur neuen Sachnummer

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Eine neue Sachnummer anstelle der alten einführen? Das geht in kürzerer Zeit als befürchtet. IBF stellt hier eine neue, schlanke und schnelle Einführungsstrategie vor.

Und so läuft es ab: zunächst wird das existierende Nummernsystem - meistens ein Verbundschlüssel - kritisch auf Stärken und Schwächen beleuchtet. Die Zielvorstellung für die neue Nummer ist der Parallelschlüssel. Er hat sich auf breiter Front durchgesetzt und ist in der Praxis bewährt.

Er gliedert sich in einen sprechenden und einen zählenden Anteil. In etwa 6-8 Workshops wird die neue Nummer inhaltlich  und formal entworfen. Dazu stellt IBF hilfreiche und erprobte IT-Tools zur Verfügung (ohne Mehrkosten). Das Aussehen und die Strukturen der neuen Nummer werden übertragen auf das Trägersystem, z.B. das PDM-System.

Kurze Projektversion:

Wir warten nicht, bis der gesamte Materialbestand nachklassifiziert ist. Sobald der Entwurf steht, beginnt sofort danach die Anwendung. Jedes neue Material (Einzelteil, Baugruppe, Halbzeug) wird mit der neuen Sachnummer benannt. Hierbei  wird in Kauf genommen, daß auf seiten des Trägersystems zunächst  nur Teilbestände von Materialstammsätzen klassifiziert worden sind.  Mit der Zeit wächst der Bestand an klassifizierten Teilen.

Längere Projektversion:

Vor Anwendungsbeginn wird der gesamte Materialstamm-Bestand wird nachklassifiziert. Das dauert allerdings Monate. Auch sind Paketbildungen (z.B. Elektromaterial) möglich, die im Rahmen eines Plans erfasst werden.

Mit der Durchführung (Nummernvergabe, Nachklassifizierung) wird ein verantwortlicher Mitarbeiter des Kunden betraut. Dieser hat auch bei den Workshops mitgewirkt und kennt daher schon die neue Nummer. Das kundenseitige Team umfasst ca. 4 Mitarbeiter aus verschiedenen Unternehmensbereichen. Die Ausbreitung der neuen Nummer kann durch praxiserprobte IT-Massnahmen beschleunigt werden.

Die dazu erforderlichen Ressourcen bemessen sich nach der Ausbreitungsgeschwindigkeit. Nach ca. 2-3 Monaten läuft die Anwendung "Wiederholteilsuche" auf dem Trägersystem.

IBF ist bei allen Arbeitsschritten vor Ort, korrigiert und ergänzt ggf. die Arbeitsergebnisse. Nach dieser Vorgehensweise wurde die Sachnummer umgestellt z.B. bei MAN Diesel & Turbo, AGTOS, Chiron-Werke, EMAG-Gruppe, GROB-Werke, NUMTEC-Interstahl, Gehring, Blanco.

Kontakt

IBF Stuttgart
Dr.-Ing. Dieter Franz

Bernsteinstr. 120
70619 Stuttgart

info@ibfstuttgart.de

T: +49(0)711-2488-698
F: +49(0)711-2488-765

 

Erreichbarkeit

  • Jederzeit: E-Mail an d.franz@ibfstuttgart.de mit Ihrer Angabe zum Medium (Telefon oder E-Mail) sowie gewünschtes Zeitfenster zur Rückantwort.
  • Montag bis Freitag: 09:00-18:00 Uhr