Eine digitale Fabrik ist eine virtuelle Darstellung einer bestimmten physischen Fabrik, die es Produktteams ermöglicht, die Produktion zu simulieren. Durch die Nutzung der digitalen Fabrik zum Testen von Produktdesigns und Fertigungsprozessen gewinnen Unternehmen Erkenntnisse, um die Rentabilität, Herstellbarkeit und Nachhaltigkeit ihrer Produkte zu steigern. Und Hersteller erhalten Zugang zu wertvollen neuen Design-, Beschaffungs- und Planungsfunktionen mit Echtzeit-Einblicken in die Fertigung.
In diesem Leitfaden wird detailliert beschrieben, wie Teams im gesamten Produktentwicklungszyklus digitale Fabriken nutzen, um
- frühzeitig Probleme bei der Herstellbarkeit erkennen, um kostspielige Designänderungen in der späten Phase zu reduzieren und die Markteinführungszeit zu verkürzen.
- automatisierte Erkenntnisse nutzen, um Produktdesign, Beschaffung und andere Abläufe zu skalieren.
- neue Lieferanten identifizieren, Angebote optimieren, effektivere Verhandlungen führen und datengestützte Entscheidungen in der Lieferkette unterstützen.
- die Ergebnisse für Design for Manufacturability (DFM), Design to Cost (DTC) und andere Produktentwicklungs-Benchmarks verbessern.
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Was ist eine digitale Fabrik?
Definition der digitalen Fabrik
Eine digitale Fabrik stellt einen virtuellen „Zwilling“ einer physischen Fabrik dar. Digitale Fabriken simulieren die Fertigung, indem sie alle intelligenten Funktionen nutzen, die in einem 3D-CAD-Modell (oder „digitalen Zwilling“) erfasst sind.
Durch die Verwendung digitaler Fabriken zur Simulation der Fertigung in der Entwurfsphase können Ingenieure potenzielle Probleme bei der Herstellbarkeit oder bei den Kosten frühzeitig erkennen, wenn noch Zeit ist, Entwurfsalternativen in Betracht zu ziehen. Durch Automatisierung kann die Simulation diese Probleme mit minimalem Eingriff der Ingenieure erkennen. Und da digitale Fabriken Simulationen nahezu in Echtzeit ausführen können, können sie diese Vorteile bieten, ohne Arbeitsabläufe zu verlangsamen oder Innovationen zu behindern.
Vorteile digitaler Fabriken und anderer digitaler Zwillinge
Durch den Einsatz digitaler Zwillinge und digitaler Fabriken zur Simulation realer Szenarien können Hersteller Alternativen schnell vergleichen und fundierte Entscheidungen treffen, um ihre Ziele zu erreichen, wie z. B. die Senkung der Produktdesignkosten, die Verkürzung der Markteinführungszeit, den Vergleich von Kosten und Nachhaltigkeit sowie die Bewertung von Reshoring-/Friendshoring-Alternativen.
Digitale Zwillinge bilden die Grundlage für das Internet der Dinge (IoT), Industrie 4.0 und damit zusammenhängende Initiativen zur digitalen Transformation, die Daten aus verschiedenen Quellen kombinieren, um neue Möglichkeiten zu schaffen und neue Erkenntnisse und Informationen zu gewinnen. Hersteller können mithilfe dieser virtuellen Nachbildung Ergebnisse simulieren, analysieren und vorhersagen, was zu fundierteren Entscheidungen und zur Optimierung von Prozessen führt.
Digitale Zwillinge lassen sich grob in drei Kategorien einteilen:
- Digitale Produktzwillinge beziehen sich auf 3D-CAD-Modelle (virtuelle Nachbildungen) physischer Produkte, die Komponenten und Baugruppen sowie die Gesamtgröße und -form des Produkts umfassen.
- Digitale Prozesszwillinge ermitteln die effektivste Methode zur Produktherstellung, indem sie Fertigungsprozesse und -routen simulieren (z. B. Spritzguss und additive Fertigung).
- Digitale Fabrikzwillinge sind virtuelle Modelle physischer Fabriken, die präzise fabrikspezifische Produktionskapazitäten und detaillierte Kosten einschließlich Arbeits-, Strom-, Material- und Gemeinkosten weltweit umfassen.
Durch die Verbindung mehrerer digitaler Zwillinge werden Silos zwischen Abteilungen und Phasen des Produktlebenszyklus aufgebrochen. Dadurch wird sichergestellt, dass alle relevanten Informationen geteilt werden und zugänglich sind. Diese Integration ermöglicht einen kollaborativeren und effizienteren Arbeitsablauf, da Daten aus einer Phase Prozesse in einer anderen Phase informieren und verbessern können (z. B. die Möglichkeit zu sehen, wie eine einzelne Designänderung die Herstellungskosten senken oder die Zykluszeiten verkürzen kann).
Die Verknüpfung von Daten im gesamten Produktentwicklungs-Ökosystem bietet eine Datengrundlage, die interoperabel und skalierbar ist und über die nötige Flexibilität verfügt, um die Geschäftsanforderungen von heute und morgen zu erfüllen (z. B. maschinelles Lernen, künstliche Intelligenz [KI], IoT usw.).
Wie funktioniert eine digitale Fabrik?
Geometrie
Eigenschaften
Toleranzen
Komplexität
Größe
Oberflächenbeschaffenheit
Material
Gewicht
Digital factories can be configured to reflect different routes, types of equipment, production volumes, labour costs, material costs and much more. Regional data libraries help ensure that digital factories reflect real-world geographic variations in cost drivers such as wages, electricity costs, etc. More information on the data sources and methodology behind aPriori’s 87 different regional data libraries can be found here. This level of detail is essential for accurately modelling costs and capturing nuanced manufacturability issues in the simulation.
Engineers can analyse production options down to the machine level, simulate routings for multiple factories or processes, and accurately simulate cycle times for each phase of the production process. Depending on the task at hand, aPriori can either automatically suggest the optimal routing and machine selection or perform a simulation based on pre-defined criteria.

Welche Arten der Fertigung können in einer digitalen Fabrik simuliert werden?
Wie kann eine digitale Fabrik genutzt werden?
Die digitale Fabrik kann sowohl als praktisches Design-Tool als auch als automatisierte Lösung für die Herstellbarkeit und Kostensimulation eingesetzt werden. Da aPriori Simulationen in Minutenschnelle ausführen kann, während Ingenieure das CAD-Design aktualisieren, ist es ein ideales Werkzeug zur Bewertung von Design-, Beschaffungs- und Fertigungsalternativen, ohne den Produktentwicklungsprozess zu verlangsamen.
Die Automatisierung wird durch die Integration von aP Generate in die PLM-Software eines Unternehmens erreicht: Ein Ingenieur checkt einfach ein neues oder aktualisiertes CAD-Design ein, und aPriori führt automatisch eine Simulation durch, um die Herstellbarkeit oder Kostenprobleme zu überprüfen. Wenn Probleme festgestellt werden, wird automatisch eine E-Mail an die entsprechende Partei gesendet.
Jeder simulierte Produktionslauf in der digitalen Fabrik generiert ein äußerst detailliertes „Sollkosten“-Modell, eine Prognose der Gesamtkosten eines Produkts, wenn effiziente Herstellungs- und Vertriebspraktiken befolgt werden. Diese robusten Sollkostenmodelle stützen sich auf unzählige Faktoren – alles, was in die Kostenstruktur eines realen Produkts einfließt – einschließlich Arbeits-, Material-, Gemeinkosten, Ausrüstungs-/Einrichtungsraten und Gewinnspanne.
Diese Kostenschätzungen sollten als Zielvorgaben dienen, die zur Bewertung von Entwürfen, zur Optimierung bestehender Produkte, zur Verhandlung mit Lieferanten und vieles mehr verwendet werden können. In diesem Artikel behandeln wir jedes dieser Themen. Für einen tieferen Einblick in die Methodik der Sollkostenrechnung bietet unser Leitfaden hier eine großartige kostenlose Ressource.
Die aPriori Digital Factory:

Wie profitieren Design und Produktentwicklung von einer digitalen Fabrik?
Kurz gesagt bieten digitale Fabriken Erkenntnisse, die die Rentabilität direkt verbessern, die Markteinführungszeit verkürzen und konsistentere, zuverlässigere Herstellbarkeits- und Kostenmodelle liefern können, als dies mit herkömmlichen Tools wie Tabellenkalkulationen möglich ist.
Die simulierte Fertigung hilft, Fertigungsprobleme oder Kostenüberschreitungen in letzter Minute zu vermeiden – Probleme, die das Risiko bergen, Aufträge zu verzögern, Kundenbeziehungen zu schädigen und Marktanteile zu verlieren. Diese umfassenden, langfristigen Vorteile zeigen, warum digitale Fabriken ein wesentlicher Bestandteil der Beschleunigung der digitalen Transformation in der Fertigung sind.
Im Vergleich zu herkömmlichen Kostenkalkulationswerkzeugen entwickelt die digitale Fertigungssimulation umfassende Kostenmodelle, die:

Ist mein Entwurf herstellbar?
Design für Herstellbarkeit in der digitalen Fabrik
Da digitale Fabriken die Produktion simulieren, können sie Probleme erkennen, die während des physischen Herstellungsprozesses auftreten können.
Die Herstellbarkeit beschreibt den Grad, in dem ein Produkt angesichts seiner Design- und Produktionsanforderungen effektiv hergestellt werden kann. Design for Manufacturability (DFM) ist die Praxis, Produkte von Anfang an unter Berücksichtigung ihrer Fertigungseffizienz und -kosten zu entwerfen. Mehr zu diesem Thema erfahren Sie in unserem praktischen Leitfaden zum Design for Manufacturability hier.
Traditionell erstellen Ingenieure ein Design auf der Grundlage funktionaler Anforderungen. Anschließend übergeben sie das Design entweder an ein Fertigungsteam (um das Design für die interne Fertigung zu genehmigen) oder an das Beschaffungsteam (das möglicherweise wochenlang auf Angebote eines geeigneten Lieferanten warten muss). Ohne digitale Fertigungssimulation kann von Ingenieuren nicht erwartet werden, dass sie jedes potenzielle Problem bei der Herstellbarkeit vorhersehen. Zwar können Ingenieure Faustregeln für ein fertigungsfreundliches Design anwenden, doch die schiere Menge und Vielfalt der Variablen, die der Herstellbarkeit zugrunde liegen, ist zu groß, um sie ohne simulationsgestützte Unterstützung vorherzusagen.
Die digitale Fertigungssimulation ist eine leistungsstarke Methode zur Bewertung der allgemeinen Durchführbarkeit. In manchen Fällen kann ein Entwurf mit dem angegebenen Verfahren und den angegebenen Materialien überhaupt nicht hergestellt werden. Zweitens ist die Herstellbarkeit eng mit der Einhaltung von Kostenzielen verbunden (siehe oben), und die digitale Fertigungssimulation kann Probleme aufdecken, die wahrscheinlich zu überhöhten Kosten durch Probleme im Herstellungsprozess selbst führen.
Was kostet die Produktion meines Designs?
Design to Cost in der digitalen Fabrik
Design to Cost (DTC) ist eine Organisationsmethodik zur Integration des Kostenmanagements in die Entscheidungsfindung in der Entwurfsphase. Weitere Informationen zu dieser Methodik und ihren Besonderheiten finden Sie in unserem Blog hier.
Die digitale Fabrik ist das perfekte Werkzeug, um Ingenieuren dabei zu helfen, Kostenziele zu erreichen, ohne dass sie eine komplexe neue Fähigkeit erlernen oder den Entwurfsprozess verlangsamen müssen.
Ohne digitale Fertigungssimulation ist es für einen Konstrukteur fast unmöglich, alle Kostenauswirkungen seiner Entwurfsentscheidungen vorherzusehen. Die effizienteste Option kann von Toleranzen abhängen, die in das Designmodell eingebettet sind, von speziellen sekundären Behandlungsoptionen, den aktuellen Materialkosten, dem Produktionsvolumen oder den Arbeitslöhnen eines Lieferanten auf der anderen Seite der Welt. Diese mangelnde Kostentransparenz führt dazu, dass Probleme oft erst dann entdeckt werden, wenn es zu spät ist, um effektiv darauf zu reagieren. Es bedeutet auch, dass viel zu viele Produktentwicklungsinitiativen in wochenlanger, verschwenderischer Design-Churn enden.
Heutige Hersteller können es sich nicht leisten, wochenlang auf ein Angebot eines Lieferanten oder eine erste Produktionsserie zu warten, nur um dann festzustellen, dass die Kostenziele nicht erreicht werden. In diesem späten Stadium haben die Ingenieure keine Zeit mehr, das Design zu ändern, und den Beschaffungsteams bleibt nicht genügend Zeit, um den effizientesten Lieferanten zu finden oder über den Preis zu verhandeln. Diese Art von Engpässen in der späten Phase führt sowohl zu verfehlten Kostenzielen als auch zu einer verzögerten Produkteinführung.
Diese traditionellen Einschränkungen zeigen genau, warum eine digitale Fabrik für Design to Cost so wertvoll sein kann. Mit der digitalen Fertigungssimulation erhalten Designteams in Echtzeit Einblick in praktisch jeden Aspekt der Kostenstruktur eines Produkts. Teure Kostentreiber können schnell identifiziert und eliminiert werden. aPriori-Digitalfabriken gehen noch einen Schritt weiter und bieten proaktive Empfehlungen zur Minderung erkannter Probleme. Da Design-, Beschaffungs- und Fertigungsalternativen in Echtzeit verglichen werden können, kann das Designteam verschiedene Optionen untersuchen, um den höchstmöglichen Endnutzwert zu erzielen und gleichzeitig die Kostenziele zu erreichen (oder sogar zu übertreffen).

Optimierung der Herstellbarkeit und Kosten für aktuelle Produkte
Digitale Fabriken verändern nicht nur das Design neuer Produkte, sondern auch die Fähigkeit eines Unternehmens, die Rentabilität seines aktuellen Produktportfolios zu verbessern.
In bestimmten Branchen ist es immer noch üblich, einen Designzyklus durchzuziehen und ein neues oder aktualisiertes Produkt so schnell wie möglich auf den Markt zu bringen, ohne dabei die Herstellungskosten zu berücksichtigen. Sobald das Produkt auf den Markt gebracht wurde, machen sich Value-Engineering-Teams an die Arbeit, um Wege zu finden, die Kosten aus dem Herstellungsprozess zu „quetschen“, mit dem Ziel, die Rentabilität zu verbessern, während sie das Produktionsvolumen skalieren.
Mit aPriori Digital Factories können Value-Engineering-Teams sehr schnell Designalternativen für potenzielle Einsparungen erstellen und untersuchen. Ebenso können Beschaffungs- und Fertigungsteams schnell alternative Strategien für die Beschaffung oder Herstellung eines Produkts bewerten. Beispielsweise könnte ein Produkt, das ursprünglich in einer internen Produktionsstätte in Des Moines, Iowa, hergestellt wurde, mit den Herstellungskosten desselben Produkts bei einem Lieferanten in Guadalajara, Mexiko, verglichen werden.
Fertigungsstudien könnten durchgeführt werden, indem ein Produktdesign auf einer Linie in einer digitalen Fabrik ausgeführt und dann mit einer anderen Linie mit unterschiedlichen Maschinen verglichen wird, um festzustellen, ob Einsparungen erzielt werden können.
Jede dieser verschiedenen Arten von Wertanalysen kann extrem schnell durchgeführt werden und liefert den Systembenutzern innerhalb von Minuten statt Wochen Erkenntnisse, die sie mit alternativen Methoden nicht erhalten würden. Die durch diese Studien erzielten Einsparungen belaufen sich oft auf Millionen von Dollar.
Erfahren Sie in dieser Fallstudie, wie ein aPriori-Kunde mithilfe von Wertanalysen Produktkosten-Ausreißer identifiziert hat.
Unterstützung von Beschaffungsentscheidungen mit der Digital Factory
Digitale Fabriken sind nicht nur für Konstrukteure gedacht. Für Beschaffungsteams ist die digitale Fertigungssimulation eine wertvolle Ressource, um neue Lieferanten zu finden, die Angebotserstellung zu optimieren, den bestmöglichen Preis auszuhandeln und die langfristige Zusammenarbeit mit bewährten Lieferanten zu verbessern.
Für einen tieferen Einblick, wie die digitale Fertigungssimulation dazu beitragen kann, Kosten und Risiken in der Lieferkette zu reduzieren, empfehlen wir unser Whitepaper hier.
Informing Strategic Decisions Like Make Versus Buy
For example, digital factories provide an ideal environment for evaluating make-buy decisions. Instead of waiting for quotes or comparing internal manufacturing costs to ballpark estimates of outsourced production, simulated manufacturing allows for a detailed comparison that can be generated directly from a CAD model.
In addition to make-buy decisions, simulated cost models can be used to both address general strategic sourcing questions (like sourcing a part from one region versus another) and specific manufacturability questions (such as the most efficient machine for a supplier to use).

Neue Lieferanten finden und überprüfen
Wenn Produkte von einem Lieferanten bezogen werden, sind digitale Fabriken eine hervorragende Methode, um zu überprüfen, ob dieser sein Angebot in der Praxis einhalten kann. Lieferanten können bei der Abgabe eines Angebots nicht immer Probleme bei der Herstellbarkeit vorhersehen, und dieser Fehler kann entweder zu Kostenüberschreitungen, Verzögerungen oder einem vollständigen Lieferausfall führen.
Durch eine simulierte Produktion unter Verwendung regionaler Datenbibliotheken und Daten zu den Maschinen, die von einem bestimmten Lieferanten verwendet werden, kann das Risiko solcher Ergebnisse erheblich reduziert werden. Tatsächlich kann eine simulierte Produktion einem Lieferanten sogar dabei helfen, ein Produkt kostengünstiger zu liefern. So kann eine digitale Fertigungssimulation beispielsweise aufdecken, dass ein Hersteller veraltete Maschinen verwendet, überhöhte Rohstoffpreise zahlt oder eine ineffiziente Produktionstechnik wählt.
Verbesserte Verhandlung und Zusammenarbeit mit Lieferanten
Sobald ein vielversprechender Lieferant identifiziert wurde, trägt die Ausgabe der simulierten Fertigung in der digitalen Fabrik auch dazu bei, eine für beide Seiten vorteilhaftere, kollaborative Verhandlung zu fördern. Mit überzeugenden, detaillierten Daten darüber, was ein Produkt kosten sollte, kann sich ein Hersteller darauf konzentrieren, die Kostenstruktur selbst zu besprechen, anstatt über Verhandlungstaktiken zu sprechen.
Schließlich können digitale Fabriken dazu beitragen, den Angebotsprozess selbst zu optimieren. Da die simulierte Fertigung immer mehr Beschaffungsinitiativen informiert, kann ein Hersteller zunehmend darauf vertrauen, dass seine simulierten Angebote eine zuverlässige Erstprojektion liefern.
Mit der Zeit können Beschaffungsteams sogar mit bewährten Lieferanten zusammenarbeiten, um ein differenzierteres Verständnis ihrer Kostenstruktur zu entwickeln und ihr Fertigungskostenmodell weiter zu verfeinern. Irgendwann kann das Modell sogar so verfeinert werden, dass es einen „Zero-RFQ“-Prozess unterstützt – einfach eine Bestellung für ein Design aufgeben, ohne überhaupt auf ein Angebot zu warten. In diesem Blog werfen wir einen genaueren Blick darauf, wie man mit Lieferanten zusammenarbeitet, um die Produktkosten zu senken.
Wie digitale Fabriken zur Aufrechterhaltung einer agilen Lieferkette beitragen
Wie die anhaltende Lieferkettenkrise zeigt, ist es wichtiger denn je, eine flexible, reaktionsfähige Lieferkette aufrechtzuerhalten. Wenn ein Lieferant nicht mehr liefern kann, kann dies systematische Schockwellen in einer Fertigungslieferkette auslösen. Das Beschaffungsteam kann sich plötzlich in der Situation wiederfinden, dass es auf einmal neue Lieferanten für viele verschiedene wichtige Teile finden muss, und das fast ohne Zeit, um die Lieferanten zu überprüfen, zu verhandeln oder abzuwarten, wer das wettbewerbsfähigste Angebot macht.
In solchen Situationen ist eine digitale Fabrik das perfekte Werkzeug, um verschiedene Szenarien zu simulieren und die beste Lösung zu ermitteln. Mithilfe von Simulationen können Angebote von Lieferanten und die Machbarkeit überprüft, Teile auf die effizientesten Regionen und Lieferanten ausgerichtet und ein zuverlässiges Soll-Kostenmodell erstellt werden, ohne den Beschaffungsprozess zu verzögern. Die Geschwindigkeit und Präzision der simulierten Fertigung in der digitalen Fabrik sorgt für eine beispiellose Agilität bei der Reaktion auf sich schnell verändernde Entwicklungen in der Lieferkette.

Erleben Sie die digitale Fabrik in Aktion



aPriori-Kunden nutzen digitale Fabriken, um effizientere Lieferanten zu finden, DFM- und DTC-Erkenntnisse in der Entwurfsphase zu integrieren und Kostenausreißer in bestehenden Produktportfolios zu identifizieren. Die folgenden Berichte zeigen einige großartige Beispiele dafür, wie wertvoll digitale Fabriken sein können.
CNHi nutzt digitale Fabriken, um Einsparungen in Millionenhöhe zu erzielen
CNH Industrial ist ein multinationaler Hersteller von landwirtschaftlichen und industriellen Geräten, dessen Angebot von Mähdreschern bis hin zu Wasserfahrzeugen reicht. Durch den Einsatz digitaler Fabriken konnten sie bei einem einzigen Projekt bereits Einsparungen in Höhe von über zwei Millionen Dollar erzielen.
In diesem 5-minütigen Video erfahren Sie mehr darüber, wie CNH dies erreicht hat.
Spirit Aerosystems nutzt digitale Fabriken, um ihre Design-to-Cost-Strategie zu verbessern
Selbst die subtilsten Designentscheidungen können zu kostenineffizienten Produkten führen. In diesem Fall fügte ein junger Ingenieur einem Design kleine ästhetische Merkmale hinzu, wodurch die Herstellungskosten unbeabsichtigt und ohne funktionalen Grund in die Höhe getrieben wurden. In dieser kurzen zweiminütigen Video-Fallstudie sehen Sie, wie Spirit Aerosystems aPriori einsetzte, um diese Probleme innerhalb von Minuten direkt aus der zugehörigen CAD-Datei zu erkennen, und so 11 % bei diesem Design einzusparen.

Rafael nutzt digitale Fabriken, um die Herstellbarkeit von Designs zu unterstützen
Rafael, ein israelisches Luft- und Raumfahrtunternehmen, nutzt aPriori, um die Herstellbarkeit zu verbessern.
In der Fallstudie erfahren Sie, wie das Unternehmen mithilfe einer digitalen Fertigungssimulation untersuchte, warum ein Teil weiterhin keine Angebote von vertrauenswürdigen Lieferanten erhielt. Die Simulation ergab, dass eine willkürliche Designentscheidung zu einer Unterschneidung führte, die die Kosten unnötig um 50 % in die Höhe trieb.
Sehen Sie sich an, wie das Unternehmen das Problem beseitigte, die Kosten senkte und mit zahlreichen wettbewerbsfähigen Angeboten belohnt wurde.

Erfahren Sie mehr über die Nutzung digitaler Fabriken in Ihrem Unternehmen
Digitale Fabriken fördern ganzheitliche strategische Vorteile, die sich zu einem echten Wettbewerbsvorteil summieren. Von der Bewertung von Designalternativen über die Beschaffung von Lieferanten bis hin zur Überwachung der Leistungskennzahlen der Geschäftsführung durch integrierte Berichtsfunktionen hilft aPriori, Kosten zu senken, die Beschaffungsflexibilität zu erhöhen, die Produktentwicklungszeiten zu verkürzen und letztlich ein wertmaximiertes Produkt zu liefern.
Wenn Sie mehr über aPriori erfahren möchten, wie es funktioniert und wie es Herstellern dabei hilft, die Herstellbarkeit, Kosten und Beschaffung besser (und schneller) als je zuvor zu verstehen, klicken Sie auf die Schaltfläche unten.