Mit digitaler Produktion zu mehr Ressourceneffizienz
Von der Produktidee bis zur Serienfertigung: Potenziale für KMU

Viktor Becker, Tom Buchert und Evelyn Schönsee

Der Vormarsch der digitalen Transformation in die Produktion ist unaufhaltsam: Doch zu selten nutzen Unternehmen dabei digitale Technologien und Tools, um ihre produktionsbedingte Ressourceneffizienz zu verbessern. Als Ressourceneffizienz wird das Verhältnis des Nutzens, zum Beispiel ein Produkt, zum Einsatz an natürlichen Ressourcen – insbesondere Material, Energieträger und Wasser – verstanden. Für die Prozesse der Produktentwicklung, der Produktionsplanung und der eigentlichen Fertigung eines produzierenden Unternehmens lassen sich bedeutende, noch ungenutzte Ressourceneffizienzpotenziale erkennen.

Potenziale in der Produktentwicklung

Bereits in der Produktentwicklung wird bestimmt, wie viele Ressourcen ein Produkt in seiner Fertigung und Nutzung benötigt. Feststeht auch, wie einfach die verwendeten Stoffe beziehungsweise Bauteile im Kreislauf geführt werden können. Ein wesentliches Potenzial zur Einflussnahme im Kontext der Digitalisierung besteht hier in der Entwicklung intelligenter Produkte, wie zum Beispiel Cyberphysikalische Systeme (CPS). Diese halten kontinuierlich Informationen über den eigenen Zustand bereit und kommunizieren selbstständig mit anderen Produkten. Mithilfe von informationstechnischer Intelligenz lassen sich vielfältige Ressourceneinsparungen erreichen, die je nach Produktkategorie unterschiedlich ausfallen. Ein Beispiel hierfür sind die Produkte der J. Schmalz GmbH, einem führenden Anbieter von Automatisierungs-, Handhabungs- und Aufspanntechnik. So erlauben die vom Unternehmen produzierten Vakuum-Erzeuger ein Condition Monitoring und bilden damit die Grundlage für eine prädiktive Instandhaltung. Hierdurch können sowohl die technische Lebensdauer und Verfügbarkeit der Erzeuger erhöht, als auch der Aufwand für deren Wartung verringert werden. Darüber hinaus ist ein Austausch von Energie- und Prozessdaten in Echtzeit über einen IO-Link möglich, was ein übergreifendes Energiemanagement möglich macht. Zusätzlich kann die Saugleistung des Vakuum-Erzeugers in Abhängigkeit des zu transportierenden Materials individuell und bedarfsgerecht eingestellt werden, wodurch die Energieeffizienz des gesamten Prozesses steigt [1].

Über produktinduzierte Ressourceneinsparungen hinaus kann der gezielte Einsatz von IT auch den Produktentwicklungsprozess an sich verbessern: Der Verzicht auf die Herstellung physischer Prototypen ist ein gutes Beispiel dafür, da Prototypen noch immer von vielen Unternehmen zur Absicherung der Funktionsfähigkeit oder für die Kundeninteraktion genutzt werden. Um Ressourcen für den Prototypenbau einzusparen, bieten sich Methoden der virtuellen Produktentstehung an. Virtuelle Prototypen bilden das Produkt dabei in einem umfassenden Modell der Gestalt und des Verhaltens ab [2]. So nutzte zum Beispiel die Sensitec GmbH als Hersteller von magnetoresistiven Sensoren bisher in einem iterativen Prozess mit dem Kunden viele verschiedene physische Sensorprototypen, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Mithilfe virtueller Prototypen wird nun in den meisten Fällen nur noch ein physisches Funktionsmuster produziert [3]. Zusätzliche Potenziale zur Einsparung von Ressourcen in der Produktentwicklung zeigt die Kurzanalyse „Ressourceneffizienz durch Maßnahmen in der Produktentwicklung“ des VDI Zentrums Ressourceneffizienz (VDI ZRE) auf. 


Potenziale in der Produktionsplanung

Den Übergang von der Produktentwicklung zur Produktion und Montage bildet klassischerweise die Arbeitsvorbereitung. Hier bilden zunächst die aus der Konstruktion vorgegebenen Parameter, wie zum Beispiel geometrische Produktspezifikationen und zu verarbeitende Materialien, die Randbedingungen. Im Rahmen einer weiterführenden Arbeits- und Fertigungsplanung werden Maßnahmen ausgearbeitet, die eine wirtschaftliche und ressourceneffiziente Herstellung ermöglichen. Zentrale Fragestellungen sind dabei: Was soll mit welchen Verfahren gefertigt werden? Welche Betriebs- und Hilfsmittel kommen dabei zum Einsatz? Eine wachsende Herausforderung für die Unternehmen ist dabei die zunehmende Individualisierung. Mithilfe digitaler Technologien wird der Kunde selbst Teil des Entwicklungs- und Planungsprozesses. Daraus resultiert eine Fertigung, die vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 immer flexibler werden muss. Die bisher teils isoliert voneinander wirkenden Bereiche der Produktion verzahnen sich so enger miteinander. Bestehende Prozesse werden dabei oft mit digitalen Technologien untersetzt. Fraglich ist, welche Potenziale für Ressourceneffizienz sich hieraus ergeben.

Bild 1: Vakuum-Erzeuger: Für mehr Energieeffizienz
kann die Saugleistung individuell eingestellt werden.
© VDI ZRE

Ein passendes Beispiel dafür ist der sogenannte „FoamCreator“ der Wetropa Kunststoffverarbeitung GmbH & Co (Wetropa). Das Unternehmen entwirft individuelle Schaumstoffeinlagen für Kunden verschiedener Branchen. Dafür hat es eine App entwickelt, mit der auch die Losgröße 1 möglichst material- und kosteneffizient produziert werden kann. Über die App konfiguriert der Kunde selbst die Schaumstoffeinlagen und kann diese seinen individuellen Bedürfnissen gemäß gestalten. Die Kundenintegration mittels App ermöglicht es, dass die Konstruktionsdaten Wetropa online sofort vorliegen. Darüber hinaus erhält der Kunde für den virtuellen Prototypen ein Angebot sowie einen Liefertermin. Bestätigt der Kunde den Liefertermin, wird die Bestellung direkt ausgelöst und in die Fertigungsplanung eingegliedert. Damit können alle Konstruktionsdaten ohne größeren Aufwand in mehreren kleinen Aufträgen zu einem Produktionsprozess zusammengefasst werden. Ein großer Vorteil dabei ist, dass die Herstellung und der Versand von Produktmustern an den Kunden entfallen. Dadurch lassen sich Materialeinsparungen von bis zu 25 Prozent gegenüber der herkömmlichen Produktionsplanung erreichen.

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