Mass Customization dank digitaler Zwillinge

Mass Customization ist die Symbiose zwischen hochgradig personalisierten Produkten einerseits – und den Qualitäts- und Produktionsvorteilen der Serienproduktion andererseits.

Je kleiner die Losgrößen und je komplexer die Aufgaben, desto unentbehrlicher werden leistungsstarke Automatismen. Die Zeitstränge „Time to Market“ und „Time to Customer“, also die Spanne zwischen der individuellen Bestellung und der Lieferung, kreuzen sich auf der Fertigungsebene in der tatsächlichen Produktion.

ERP, E-Commerce und moderne Konfiguratoren haben die Abläufe in der Auftragsverwaltung bereits erheblich beschleunigt. Onlinehandel und Retail-Markt zeigen deutlich, wie eine optimierte Supply Chain ein komplettes Marktsegment disruptiv verändern kann.

Da die realen Prozesse bisher nicht so schnell und elegant beschleunigt werden konnten wie der digitale Handel, hinken die Fortschritte bei Konstruktion und realer Fertigung noch beträchtlich hinterher. Sprich: Hier schlummert außergewöhnliches Potenzial!

Die Konstruktion hat bei neuen Bauteilen traditionell Funktion und Design im Fokus. Selten werden auch Betrachtungen zur Produzierbarkeit von Anfang an konsequent mit durchdacht. Dabei lauern hier die schlimmsten Zeitkiller.

Wie oft wird der Shop Floor mit existenziellen Fragen alleingelassen, beispielsweise wie sich die Baugruppe in die Maschine einlegen lässt oder wie man die Bohrlöcher vernünftig mit einem Winkelbohrkopf erreichen kann? Resultierende Rückmeldungen und Feedbackschleifen kosten Zeit und Ressourcen.

Für Mass Customization muss der Prozess aus flexiblen und iterativen Regelkreisen bestehen. Ohne eine intelligente Aufteilung der einzelnen Prozessschritte und einen kontinuierlichen Datenrückfluss über alle Fertigungsebenen hinweg geht es nicht.

Effizientes Datenmanagement, sodass jeder Prozess genau die Daten erhält, die er braucht, ist essenziell. Will man „Time to Market“ verkürzen, setzt man hier an. Als tragfähiges Konzept haben sich digitale Zwillinge von Anlagen, mit SAP-Integration und Ankopplung zu CAD-Systemen, bewährt.

Ein neues Produkt wird entworfen, simuliert und zunächst mit allen Details virtuell produziert. Der Programmcode für die Roboter und Maschinen wird digital aus den CAD-Daten generiert, auf die virtuellen Steuerungen geladen und dort validiert (Software-in-the-Loop).

Die realitätsgetreue Abbildung spiegelt Probleme und Änderungen exakt wider – nur deutlich schneller und ohne Unterbrechung der laufenden Produktion. Jede Änderung und jede neue Variante wird erst virtuell am digitalen Zwilling getestet.

Dann koppelt man die reale Anlage an den digitalen Zwilling an (Hardware-in-the-Loop) und spielt die neuen Programme direkt auf die Maschinen und Roboter der Prozesskette ein.

Der Trend zu immer stärker individualisierten Produkten führt zu steigenden Produktvarianten bei gleichzeitig sinkenden Stückzahlen. Der Einsatz von roboterbasierenden Anwendungen wird daher kontinuierlich zunehmen und insbesondere kleine Losgrößen bis zur Einzelstückfertigung erfassen.

In einer durchgängig digitalen Produktion spielt es keine Rolle mehr, ob bei einem Prozess Material gedruckt, getrennt, gefügt oder transportiert wird. Genauso, wie es keinen Unterschied mehr macht, ob dieser Prozessschritt von einer Maschine oder einem Roboter ausgeführt wird.

Bei der additiven Fertigung, also dem industriellen 3D-Druck, können verschiedene digitale Zwillinge wertvolle Dienste leisten. Bionischer Aufbau und sogenannte Lattice-Gitterstrukturen ermöglichen ein völlig neues Produktdesign. Das Ergebnis sind Bauteile, die extrem leicht und hochbelastbar sind.

Hybride Fertigung bedeutet, im Zusammenhang mit metallischem 3D-Druck, die integrative Kombination von additiven und subtraktiven Fertigungsverfahren. Die gedruckten Teile werden anschließend mechanisch bearbeitet und veredelt, beispielsweise durch Fräsen, Gewindebohren oder Polieren.

Man integriert dabei in der Regel sehr heterogene Daten- und Anlagentechnik. Der hybride Ansatz ist die sinnvolle Ergänzung der Vorteile beider Verfahren, bei gleichzeitiger Kompensation der jeweiligen Nachteile.