PLM in der Smart Factory (eBook)

Die Fertigungsindustrie sah sich in jeder Phase der technisch-wissenschaftlichen Entwicklung mit herausfordernden Aufgaben konfrontiert. Dies begann mit der Mechanisierung der Arbeit im Zuge der Industrialisierung, setzte sich fort in der Massenproduktion durch Fließbandfertigung und fand ihren Höhepunkt in der Automatisierung der Arbeitsprozesse durch elektronische Informationstechnik zu Beginn der 1970er-Jahre. Gegenwärtig erleben wir den nächsten Abschnitt in der Reihe der industriellen Evolutionen. Mit Web-Technik kommunizierende – sogenannte cyber-physische – Produktionssysteme sollen die Basis für die „Intelligente Fabrik“ sein, mit der die massiven Veränderungen infolge der Globalisierung der Wirtschaft bewältigt werden können. Hierbei handelt es sich zweifellos um einen vielversprechenden Ansatz zur Verbesserung der Wettbewerbsstärke eines Fertigungsunternehmens. Dennoch wird dies allein nicht ausreichen, um die künftigen Anforderungen der internationalen Märkte erfüllen zu können. Es wird nötig sein, auch in den fertigungsvorgelagerten Arbeitsprozessen der Produktentwicklung neue Wege zu gehen.

Die Zahl der Wettbewerber zeigt schon seit Jahren einen kontinuierlichen Anstieg. Egal ob Maschinen-, Anlagen- oder Fahrzeugbau, neue Anbieter, insbesondere in Schwellenländern, werden die Wettbewerbssituation vieler – auch etablierter – Unternehmen weiter verschärfen. Hinzu kommt ein hoher Grad an Marktsättigung im Bereich der Konsumgüter in Regionen mit hohem Lebensstandard. Dies führt bei manchem Unternehmen gerade in wichtigen Märkten zu einer stagnierenden oder gar abnehmenden Nachfrage. Dies ist eine bedrohliche Situation, der nur mit ständig neuen Kaufanreizen begegnet werden kann. Hohe Innovationskraft und Innovationsdynamik sind notwendig, um den Wettbewerb bei diesen Gegebenheiten erfolgreich gestalten zu können. Da der technische Fortschritt nicht jederzeit völlig neuartige Produkte möglich macht, sind in immer kürzeren Zyklen partielle Neuerungen zu realisieren, die in der Lage sind, den Kunden zum Kauf eines modifizierten Produkts zu bewegen, obwohl das alte noch zuverlässig seine Aufgabe erfüllt. Innovationen dieser Art betreffen Produktmerkmale wie Design, Handhabung, Funktion oder Energieverbrauch. Im Besonderen der Energieverbrauch gewinnt angesichts des Klimawandels zusehends an Bedeutung. Bei weltweit wachsendem Bedarf, im Privatebenso wie im Geschäftsbereich, sind Produkte mit geringem Strom- oder Treibstoffverbrauch sehr gefragt. Innovationen in diesem Sektor versprechen demzufolge eine große Nachfrage. Doch auch Trends im Zuge der Digitalisierung spielen eine immer wichtigere Rolle. Mit neuen Produktideen den Prozess der digitalen Transformation aktiv mitzugestalten, schafft voraussichtlich in allen Absatzmärkten beste Zukunftsperspektiven.

Mit der Zunahme der technischen Möglichkeiten und den steigenden Anforderungen der Nutzer, nimmt auch die Komplexität besonders in den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau weiter zu. Vor allem mechatronische Systeme mit einem hohen Maß an Funktionsvariabilität und Anwendungsflexibilität sind hier zu nennen. Diese umfassen Mechanik/Hydraulik/Pneumatik-, Elektrik/Elektronik- sowie Software-Komponenten und wirken vielschichtig zusammen. Um die Entwicklung und den Bau solcher Systeme wirtschaftlich zu beherrschen, sind einige grundlegende Voraussetzungen erforderlich. Dazu gehören eine Modularisierung und außerdem ein abgestimmter fachübergreifender Entwicklungsprozess. Hierin ist die Automatisierung das Bindeglied und zugleich verantwortlich für den Grad an Komplexität. Als Querschnittstechnologie verlangt die Automatisierung das „konzertierte“ Zusammenwirken der Arbeitsgebiete Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik. Bereits in der Konzeptphase müssen alle fachlichen Belange hinsichtlich Aufbau, Funktion und Verhalten des Systems berücksichtigt bzw. geklärt werden. Es ist eine große Herausforderung, wenn die Mitarbeiter der involvierten Fachbereiche verschiedenen Organisationseinheiten (Abteilungen) und nicht einer Funktionseinheit (Geschäftsprozess) zugeordnet sind. Noch schwieriger ist die Zusammenarbeit, wenn die mechanische Konstruktion, wie meist historisch bedingt, im Mittelpunkt der Produktentwicklung steht, denn schließlich sind intensive Kommunikation und Team-Bewusstsein für die Schaffung hochkomplexer Systeme unerlässlich. Nicht minder wichtig ist die Zusammenführung der Arbeitsergebnisse zu einer vollständigen Produktdokumentation, allem voran die mechatronische Produktstruktur/Stückliste. Da die Datenmenge in der Regel in direktem Zusammenhang mit dem Komplexitätsgrad einer Maschine oder Anlage steht, ist die sukzessive Verknüpfung der Produkt- und Prozessdaten entsprechend dem Arbeitsfortschritt unverzichtbare Notwendigkeit. Eine geeignete Systemplattform dafür bereitzustellen, ist folglich eine der Kernaufgaben in jedem Fertigungsunternehmen.

Produktqualität ist auch in unserer schnelllebigen Zeit ein gewichtiger Wettbewerbsfaktor. Qualitativ hochwertige Güter (Haushaltsgeräte, Automobile, Werkzeugmaschinen etc.) haben, sofern sie zudem ein solides Preis-Leistungs-Verhältnis bieten, beste Absatzchancen. Dies gilt insbesondere für Produkte, die mit einem wohlklingenden Marken-Image behaftet sind. Qualität zu „bauen“ ist also für jedes produzierende Unternehmen ein Muss. Wie aber zeigt sich Qualität, und wodurch wird sie bestimmt? Zuverlässigkeit, Leistung, Sicherheit, Energieverbrauch etc. sind elementare Merkmale zur Bewertung der Güte eines Produkts. Darüber hinaus sind die Kriterien Recycling-Fähigkeit, Ressourcen-Schonung, Klimabilanz und Umweltauswirkungen ein Maßstab. Verantwortlich für die Produkteigenschaften sind in erster Linie die Mitarbeiter des Technischen Büros (TB). Die Produktentwicklung hat den größten Einfluss auf die Produktqualität. Zum einen werden von den Engineering-Bereichen die konstruktiven Lösungen zur technischen Umsetzung des Pflichtenhefts festgelegt, und zum anderen bestimmt die Qualität der angefertigten Bauunterlagen die Qualität der Produktion. Damit in den komplexen Engineering-Prozessen die besten Ergebnisse erzielt werden können, genügt es nicht, nur zu definieren, was zu erbringen ist, es ist überdies zu klären, wie bzw. mit welcher Vorgehensweise ein Ergebnis erbracht werden soll. Beruhen Prozessdurchläufe auf persönlichen Sichtweisen von Mitarbeitern, besteht die Gefahr, bei gleichen Aufgaben projektabhängige Resultate zu bekommen. Dies hat zur Folge, dass etwa bei der Ausführung von Kundenaufträgen kein einheitliches Qualitätsniveau gewährleistet werden kann. Tritt bei dieser Sachlage bei einem Kunden in der Nutzungsphase ein Qualitätsproblem auf, ist es kaum möglich, die Ursachen zu ermitteln, da keine allgemein gültigen reproduzierbaren Abläufe vorliegen bzw. dokumentiert sind.

Um bei allen Arbeiten gleichbleibend die geforderte Ergebnisqualität sicherzustellen, ist ein methodisches Regelwerk zur Qualitätssicherung (QS) erforderlich. Den Rahmen dazu bildet die Normenfamilie ISO 900x und im Automobilbau darauf basierend die IATF 16949. Damit kann eine Systematik für umfassendes Qualitätsmanagement (QM) entwickelt werden, die die individuellen Gegebenheiten und Ziele eines Unternehmens in den Mittelpunkt stellt. Das Ergebnis – im QM-Handbuch dokumentiert – ist Leitfaden für alle produktbezogenen Aufgaben. Für Produktentwicklung und Arbeitsplanung bedeutet dies, dass von der Konzeption bis zur Fertigstellung der Produkt- und Prozessdaten alle Tätigkeiten mit qualitätssichernden Maßnahmen (z. B. Design- und Prozess-FMEA) erfolgen (Bild 1.1). Produktqualität wird auf diese Weise systematisch geplant, organisiert und fortwährend geprüft. Die Vorgaben für diese Art von Qualitätsplanung und -sicherung (Advanced Product Quality Planning, APQP) lassen sich mit integralem Daten-, Prozess- und Projektmanagement einer hochentwickelten PLM-Arbeitsplattform erfüllen. Sie sammelt und verteilt die anfallenden Produkt- und Prozessdaten in allen Phasen der Projektabwicklung. Besondere Bedeutung haben hierbei spezifisch definierte Freigabeverfahren am Ende jeder Phase des Entwicklungsprozesses. Sie gewährleisten nicht nur, dass die Anforderungen der Kunden bzw. Auftraggeber erfüllt werden, auch die Zahl später Änderungsschleifen und folglich die Höhe der Änderungskosten lassen sich deutlich absenken.

Sowohl im Investitions- als auch im Konsumgüterbereich...