Digitale Fabrik

Was ist eine digitale Fabrik?

Eine digitale Fabrik ist eine virtuelle Darstellung einer physischen Produktionsanlage, die alle Aspekte der Produktion umfasst – einschließlich Rohstoffen, Maschinen, Produktionsprozessen, Arbeitskräften und Produktionsgemeinkosten. Digitale Fabriken ermöglichen Herstellern die Simulation, Analyse und Optimierung neuer Produktdesigns im Hinblick auf Kosten, Nachhaltigkeit und Design für Fertigung und Montage (DFM&A).

Mit digitalen Fabriken können Produktentwicklungsteams proaktiv potenzielle Probleme schnell erkennen und beseitigen und so Verzögerungen und Kostenüberschreitungen während des gesamten Produktentwicklungszyklus verhindern. Darüber hinaus konzentriert sich manche Software für digitale Fabriken auf das physische Layout und den Standort der Anlagen in der Werkstatt, um die Effizienz der Mitarbeiter zu verbessern, den Platz in der Fabrik zu maximieren usw.

Ist eine digitale Fabrik eine Art digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell für die Produktentwicklung und -herstellung, und es gibt drei verschiedene „digitale Zwillinge“ für den Entwicklungs- und Herstellungsprozess:

• Ein digitaler Produktzwilling ist eine virtuelle Nachbildung (3D-CAD-Modell) eines physischen Produkts, einschließlich seiner Geometrie, Komponenten und Baugruppen.
• Ein digitaler Prozesszwilling simuliert Fertigungsprozessmodelle zur Bewertung der Herstellbarkeit und Kostenkalkulation.
• Ein digitaler Fabrikzwilling simuliert den physischen Produktionsstandort.

Gemeinsam tragen die drei digitalen Zwillinge dazu bei, optimale Herstellbarkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit zu gewährleisten.

Wie funktioniert eine digitale Fabrik?

Sie liefert Analysen und Erkenntnisse zur Optimierung der Fertigung, indem sie das Produktdesign, den Fertigungsprozess und die spezifische Fabrik aufeinander abstimmt. Dieser Ansatz bietet die erforderliche End-to-End-Transparenz, um Design, Beschaffung, Nachhaltigkeit und Produktion zu optimieren und aufeinander abzustimmen. Wichtig ist, dass Produktdesign- und Fertigungsteams Alternativen simulieren und vergleichen können, die auf Änderungen des Produktdesigns, der Stückliste, des Fertigungsprozesses oder der Fabrik basieren.

Effektive digitale Fabriken ermöglichen es den Benutzern, mehrere Optionen gleichzeitig zu vergleichen, um mögliche Kompromisse besser zu verstehen. Die digitale Fabrik umfasst die folgenden Funktionen:

• Optimierung des Produktdesigns: Mithilfe von Fertigungssimulationssoftware werden geometrische 3D-CAD-Konstruktions- und Materialdaten analysiert und automatisch Möglichkeiten zur Verbesserung der Konstruktion im Hinblick auf Kosten, DFM&A und Nachhaltigkeit identifiziert. Konstrukteure erhalten sofortige Rückmeldung über die Auswirkungen ihrer Konstruktionsentscheidungen auf Kosten, DFM&A und Nachhaltigkeit, was eine iterative Optimierung ermöglicht, ohne ihre 3D-CAD-Umgebung verlassen zu müssen.
• Identifizieren Sie den am besten geeigneten Fertigungsprozess: Auf der Grundlage des Produktdesigns kann eine digitale Fabrikplattform die kosteneffizientesten Fertigungsprozesse und -abläufe vorschlagen. Insbesondere kann eine digitale Fabrikplattform den Fertigungsprozess simulieren, um mögliche Engpässe oder Ineffizienzen zu identifizieren und Verbesserungen vorzuschlagen.
• Vergleich und Auswahl der optimalen digitalen Fabrik: Eine digitale Fabrik ist eine virtuelle Darstellung einer bestimmten physischen Fabrik, die es Produktdesignern und Teams ermöglicht, die Produktion zu simulieren. Produkthersteller können digitale Fabriken einrichten, um ihre eigenen Produktionsanlagen und die ihrer Zulieferer nachzubilden, und digitale Fabriken in neuen Regionen einrichten, um die Produktionskosten in einem bestimmten Gebiet abzuschätzen. Ein Produkt, das ursprünglich in einer internen Produktionsstätte in Atlanta, Georgia, hergestellt wurde, könnte beispielsweise mit den Kosten für die Herstellung desselben Produkts bei einem Zulieferer in Guadalajara, Mexiko, verglichen werden. (Erfahren Sie, wie eine digitale Fabrik die Produktionskosten schätzt).

Was sind die Vorteile digitaler Fabriken?

Die digitale Fabrik bietet Herstellern eine Vielzahl von Vorteilen, darunter

• Herstellbarkeit: Durch die frühzeitige Prüfung der Machbarkeit von Produkten werden Probleme bei der Herstellbarkeit erkannt, wodurch die Zahl der Änderungsaufträge in der späten Entwicklungsphase, die die Markteinführung verzögern, verringert wird. Diese automatisierten Erkenntnisse ermöglichen es Herstellern, Produktdesign, Beschaffung und andere wichtige Abläufe zu skalieren. DFM&A, Design-to-Cost (DTC) und andere Benchmarks für die Produktentwicklung verbessern sich ebenfalls und sind leichter zu erreichen.
• Rentabilität: Hersteller können Ausreißer bei den Kosten und dem CO2-Fußabdruck erkennen, lange bevor sie die Produktion erreichen, was Zeit spart und die Gewinnspannen erhält. Darüber hinaus können sie Make- vs. Buy-Entscheidungen auf der Grundlage der simulierten Nachfrage pro Prozess optimieren.
• Risikominderung: Da die Einblicke in die digitale Fabrik Probleme bereits in der Entwurfsphase aufdecken, können Risiken schnell gemindert werden, indem Was-wäre-wenn-Szenarien durchgeführt werden, um alternative Teile, Materialien oder Prozesse zu identifizieren. Dieses Maß an Transparenz kann dazu beitragen, Verzögerungen bei der Produkteinführung, Unterbrechungen der Lieferkette, Kostenüberschreitungen, hohe Kohlenstoffemissionen und andere Risiken zu mindern.
• Beschaffung: Die Beschaffung kann die Angebotszeiten und das Lieferkettenmanagement optimieren und Probleme wie Materialengpässe und Preisschwankungen schnell und frühzeitig in der Produktentwicklung abfedern. Außerdem können sie neue Lieferanten von Anfang an identifizieren, Produktionsumgebungen vergleichen, um die optimalste und kosteneffektivste zu finden, erfolgreichere Verhandlungen vorantreiben und datengestützte Entscheidungen in der Lieferkette besser treffen.
• Nachhaltigkeit: Eine digitale Fabrik berechnet die Kohlenstoffemissionsfaktoren, Zykluszeiten und den Stromverbrauch für jedes gefertigte Teil auf der Grundlage seiner Fertigungsprozesse und Routinelogik sowie nach Region. Durch die Einblicke werden die wichtigsten Kohlenstoffverursacher frühzeitig im Entwicklungsprozess identifiziert und reduziert und die damit verbundenen Kosten gesenkt. Einsicht in die CO₂e-Treiber für alle CO₂e-Komponenten des Produkts zur kontinuierlichen Verbesserung und effektiven vorgelagerten Abschätzung von Scope 3.
• End-to-End-Transparenz und Markteinführungszeit: Digitale Fabriken bieten End-to-End-Transparenz, um Probleme in jeder Phase der Produktentwicklung schnell zu erkennen und so die Markteinführung eines besseren, profitableren (und nachhaltigeren) Produkts zu beschleunigen.

Welche Informationen nutzt eine digitale Fabrik zur Schätzung der Produktionskosten?

Eine digitale Fabrik berücksichtigt die relevanten Kosten für die Herstellung eines Produkts, darunter:

• Arbeitskosten (vollständig belastete Arbeitskosten, einschließlich direkter Löhne, direkt gezahlter Sozialleistungen und Sozialgemeinkosten)
• Materialien (Gemeinkosten, Preise, physikalische Eigenschaften und Bestandsgrößen)
• Direkte Gemeinkostenzuschläge (Maschinenwartung und -abschreibung, Maschinenstrom-/Energieverbrauch usw.) und indirekte Zuschläge (Miete, Versorgungsleistungen, Versicherung usw.)
• Gesamtfertigungssatz auf der Grundlage des Fabrikstandorts und/oder der Vorleistungen des Herstellers oder Lieferanten

Hersteller sollten Kostendaten aus digitalen Fabriken verwenden, um:

• Faktenbasierte Verhandlungen mit Lieferanten zu führen
• Benchmarking von Lieferantenangeboten
• Bewertung der Kostenauswirkungen der Beschaffung von Komponenten oder Werkzeugen in verschiedenen oder neuen Regionen
• Budgeteinschätzungen zu entwickeln und die ausgegebenen Budgets auf Kostenziele hin zu verfolgen
• Kosten für Designalternativen vergleichen

Digitale Fabriken simulieren die Fertigung, indem sie alle intelligenten Funktionen nutzen, die in den Spezifikationen eines 3D-CAD-Modells enthalten sind, wie z. B. Toleranzen, Fertigungsprozesse und andere relevante Informationen wie Jahresvolumen, Produktionsläufe usw. Als Ergebnis werden Design, Herstellbarkeit und Produktion optimiert, um die spezifischen Parameter dieser Fabrik zu erfüllen.

Die digitale Fabrik sollte im Hintergrund Ihres 3D-CAD-Modells laufen und das Design in geometrische Kostentreiber aufschlüsseln. Das Ergebnis sind Echtzeiteinblicke und Datenanalysen für die Kosten eines Teils, die CO2e-Emissionen und den optimalen Herstellungsprozess, um die CO2-Emissionen zu senken, Probleme in der Lieferkette zu entschärfen, die Kosten zu senken und die Herstellbarkeit und Entscheidungsfindung bereits in der Entwurfsphase zu verbessern.

Was ist bei der Implementierung einer digitalen Fabrik zu beachten?

Bevor Sie sich für eine Lösung für die digitale Fabrik entscheiden, sollten Sie Folgendes beachten:

• Konfiguration: Standardmäßige digitale Fabriken dienen lediglich als Basis für die Konfiguration der Produktionsbereitstellung. Fertigungsverfahren und Benchmark-Schätzungen sind Richtlinien, die allgemeine Produktions- und Gemeinkostensätze bieten. Ideal ist eine Lösung, die auf die Fertigungspraktiken, Kostenstrukturen und die Fähigkeiten der bevorzugten Lieferanten des jeweiligen Unternehmens zugeschnitten werden kann.
• Integration: Ein digitaler Faden kann funktionsübergreifende Teams, die digitalen Zwillinge und andere von ihnen genutzte Unternehmenssysteme durch einen geschlossenen Prozess miteinander verbinden. Er bietet eine einzige, zuverlässige Quelle für digitale Produktdaten, die eine schnelle und fundierte Entscheidungsfindung ermöglicht. Durch die Einbindung des digitalen Fadens in den gesamten Produktentwicklungszyklus können Hersteller den digitalen Zwilling mit Daten aus der physischen Welt verbinden (z. B. Fertigungskapazitäten, Beschaffung in der Lieferkette, Kosteninformationen, Außendienstberichte und andere Vorgänge).
• Cybersecurity und Datenschutz: Ein robustes, sicheres digitales Ökosystem, das sensible Daten vor Verstößen schützt, ist unerlässlich.
• Unterstützung bei der Softwareeinführung und beim Änderungsmanagement: Echte digitale Fabrikoptimierung und digitale Transformation erfordern eine umfassende organisatorische Übernahme und Unterstützung beim Change Management. Der beste Lösungsanbieter kann die Einführung erleichtern und eine nahtlose Integration sowie eine zentrale Datenquelle sicherstellen, von der aus alle Teams arbeiten können.