Digitale Fabrik: Methoden und Praxisbeispiele

490 Pages·2018·43.521 MB·German

by  Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

VDI-Buch
Uwe Bracht
Dieter Geckler
Sigrid Wenzel
Digitale Fabrik
Methoden und Praxisbeispiele
Basis für Industrie 4.0
2. Auflage
VDI-Buch
Weitere Bände in der Reihe http://www.springer.com/series/3482
Uwe Bracht · Dieter Geckler · Sigrid Wenzel
Digitale Fabrik
Methoden und Praxisbeispiele
2., aktualisierte und erweiterte Auflage
Uwe Bracht Sigrid Wenzel
Clausthal-Zellerfeld, Deutschland Kassel, Deutschland
Dieter Geckler
Wolfsburg, Deutschland
VDI-Buch
ISBN 978-3-662-55782-2 ISBN 978-3-662-55783-9 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-55783-9
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Geleitwort 2. Auflage
Die Digitaliserung aller Geschäftsprozesse hat in diesem Jahrzehnt ei-
nen beispiellosen Aufschwung erfahren, der noch lange nicht beendet ist.
Er wird getrieben durch die nach wie vor exponentiell wachsende Rech-
nerleistung, praktisch unbegrenzten Speicherplatz in der Cloud und stetig
steigende Bandbreiten der Datenübertragung. Das Smartphone mit seinen
Apps ist das Symbol der always-on-Mentalität und verändert zunehmend
auch Abläufe und Verhalten in der Arbeitswelt. Die insgesamt dadurch
möglichen neuartigen Geschäftsmodelle haben zunächst zum global ange-
legten Angriff junger Start-ups auf etablierte Branchen wie z.B. Handel,
Fahrdienste, Reisebüros, die Unterhaltungsindustrie und andere Dienstleis-
ter geführt.
Aber auch die für Deutschland so wichtige produzierende Industrie wird
jetzt unaufhaltsam von der Digitalisierungswelle erfasst und steht damit
gänzlich neuen Herausforderungen bezüglich ihrer Geschäftsmodelle und -
prozesse gegenüber. Selbst für KMU ist das Thema mittlerweile nicht
mehr zu vernachlässigen. Die als vierte industrielle Revolution bezeichnete
Initiative Industrie 4.0 ist zum Synonym für diese Bewegung geworden. In
deren Mittelpunkt steht die digital vernetzte Wertschöpfung vom Produkt-
entwurf über die Produktions- und Fabrikgestaltung bis hin zum Fabrikbe-
trieb. Als Rückgrat dieses Ansatzes gilt die Digitale Fabrik, deren funda-
mentale Bedeutung und Potenziale sich bereits in der ersten Auflage dieses
Buches abzeichneten, jetzt aber viel konkreter hervortreten. Ergänzt um
den bereits etablierten Ansatz der schlanken Produktion wird die Digitale
Fabrik als Smart Factory zum neuen Paradigma der modernen Industrie.
Den Autoren aus Forschung und Industrie ist es aufbauend auf der ers-
ten Buchauflage gelungen, diese bedeutende Evolution der Digitalen Fabrik
in den wesentlichen Anwendungsfeldern methodisch und nachvollziehbar
zu beschreiben, wobei der Anwendungsschwerpunkt in der auf diesem
Gebiet führenden Automobilindustrie liegt. Aber auch der Anlagenbau, der
Schiffbau und die Bauindustrie erleben eine ähnliche Entwicklung, die hier
kurz und prägnant geschildert wird.
Insgesamt kann das Buch als wesentliches Referenzwerk zum Thema
Digitale Fabrik gelten und stellt eine in diesem Detaillierungsgrad ange-
messene Beschreibung seiner wesentlichen Themenfelder aus Informatik,
Geleitwort 2. Auflage
Fabrikplanung und Einführungsorganisation dar. Besonders begrüßenswert
sind die zahlreichen praktischen Beispiele aus den wesentlichen Anwen-
dungsbereichen der Digitalen Fabrik sowie das ausführliche Literaturver-
zeichnis und das Glossar der vielen neuen Begriffe. Ich wünsche dem
Buch weiterhin die verdiente Anerkennung und Verbreitung in Forschung,
Lehre, Entwicklung und Industrie.

Hannover, November 2017
Prof. Dr.-Ing. Dr. mult. h.c. Hans-Peter Wiendahl
VI
Vorwort 2. Auflage
Fabriken bilden mit ihrer industriellen Wertschöpfung nach wie vor das
Rückgrat einer modernen, im globalen Wettbewerb stehenden Industrie-,
Dienstleistungs- und Informationsgesellschaft. Ebenso wie für die effizien-
te Entwicklung und Konstruktion marktgerechter Produkte wird auch für
die Planung und den Betrieb von Fabriken eine intensive und umfassende
Rechnerunterstützung immer notwendiger. Inzwischen steht sogar die digi-
tale Transformation aller wesentlichen Unternehmensprozesse auf der
Agenda.
Seit über einem Jahrzehnt hat sich für die durchgängige digitale Gestal-
tung von Produkten mit den dazu notwendigen Prozessen und Einrichtun-
gen bis hin zur kompletten Fabrik der Begriff Digitale Fabrik etabliert. Das
vorliegende Buch will hierzu einen grundlegenden Beitrag leisten und mit
der zweiten, aktualisierten und erweiterten Auflage auch den Bezug zu den
darauf aufbauenden Entwicklungen im Kontext von Industrie 4.0 aufzei-
gen.
Es richtet sich im thematischen Rahmen der Fabrikplanung und des Fab-
rikbetriebs sowie der Produkt- und Prozessentwicklung gleichermaßen an
betriebliche Entscheider, Planungs- und Betriebsingenieure, Wissenschaft-
ler und an Studierende, die in diesen Gebieten tätig sind oder werden wol-
len.
Beginnend mit einem Rückblick auf die Entwicklung der Rechnerunter-
stützung für Geschäfts-, Planungs- und Produktionsprozesse in Unterneh-
men stellt das Buch zunächst unterschiedliche Definitionen der Digitalen
Fabrik (DF – Digitale Fabrik) gegenüber und führt in den aktuellen bran-
chenbezogenen Stand der Umsetzung ein. Für die weiteren Ausführungen
stellt dann die inzwischen in Industrie und Forschung einheitlich verwen-
dete Begriffsdefinition der VDI 4499 die Grundlage dar.
Um dem Leser ein frühes und kompaktes Grundsatzverständnis für das
Konzept der DF zu vermitteln, werden im zweiten Kapitel die aus Sicht
der Autoren relevanten Anwendungsfelder – von der Produktentwicklung
bis zur Anlageninbetriebnahme – erläutert und anhand kleiner Beispiele
vorgestellt.
Der Nutzen der DF wird im dritten Kapitel beschrieben. Es zeigt die
Vorteile auf, die ein Untenehmen durch den intensiven Einsatz digitaler
Vorwort 2. Auflage
Planungsmethoden gewinnt. Als Resultat der durchgängig angewendeten
Methoden und Werkzeugen können Realisierungszeiten sowie Entwick-
lungs- und Herstellkosten bei gleichzeitig besseren und flexibleren Pla-
nungsergebnissen reduziert werden.
Entsprechend der Definition der DF widmet sich Kapitel 4 den Metho-
den und den mit ihr zu erstellenden Modellen, da diese die Basis der digi-
talen Planung und Betriebsführung darstellen. Ausgehend von einer Ein-
ordnung und begrifflichen Definition der jeweiligen Methodenklasse
werden die Charakteristika und die Anwendungen der wichtigsten Metho-
den diskutiert. Ergänzt werden diese Beschreibungen um die Darstellung
der notwendigen technischen Einrichtungen sowie moderner Interaktions-
medien. Die Fülle der Methoden lässt allerdings keine vertiefende Darstel-
lung zu. Hier wird auf die jeweilige Fachliteratur verwiesen.
Da die digitalen Methoden in der Regel einzeln oder in Kombination in
unterschiedlichen Softwarewerkzeugen implementiert sind, widmet sich
Kapitel 5 den daraus resultierenden gängigen Werkzeugklassen. Die Nut-
zung der digitalen Methoden erfordert darüber hinaus ein durchgängiges
Datenmanagement, um möglichst hohe Effektivität und Medienbruchfrei-
heit beim Einsatz zu gewährleisten. Möglichkeiten zur Realisierung geeig-
neter Systemarchitekturen und verschiedene Aspekte des Datenmana-
gements für die DF sind daher wichtige Betrachtungsgegenstände.
Organisatorische Aspekte der DF sind das Thema von Kapitel 6. An-
hand von Beispielen wird aufgezeigt, wie die Methoden und Werkzeuge in
einem Unternehmen eingeführt werden können und welche organisatori-
schen Veränderungen einen effektiven Betrieb der DF ermöglichen. Mit
den neuen Werkzeugen ändern sich auch die Arbeitsabläufe der Planun-
gen. Eine Darstellung der sich daraus ergebenden neuen Berufsbilder und
Rollen schließt daher dieses Kapitel ab.
Kapitel 7 widmet sich umfassend dem praktischen Einsatz der DF und
zeigt als Schwerpunkt am Beispiel Automobilindustrie, wie die DF in allen
Gewerken und Planungsphasen erfolgreich eingesetzt werden kann. Neben
der festen Einbindung in die Routineprozesse eines Konzerns wird am
Beispiel der Einführung einer neuen Technologie auch die nutzbringende
Verwendung bei innovativen Fragestellungen aufgezeigt. Es folgen Bei-
spiele aus dem KMU-Bereich sowie aus dem Schiffbau und dem Anlagen-
bau. Der Einsatz mobiler, digitaler Endgeräte für die Fabrikplanung sowie
die Zukunftsvision einer „Digital Lean-Factory 4.0“ schließen dieses An-
wendungskapitel moderner digitaler Planungsmethoden ab.
Insgesamt ist das Buch so aufgebaut, dass die einzelnen Kapitel eine
gewisse Eigenständigkeit besitzen und damit durchaus auch im Sinne eines
Nachschlagewerkes genutzt werden können. Inhaltliche Überlappungen
oder auch Wiederholungen sind durchaus gewollt und dienen der Lesbar-
VIII
Vorwort 2. Auflage
keit. Definitionen sind aus dem Fließtext hervorgehoben und in einem
Kasten dargestellt. Im ergänzenden Glossar sind die wichtigsten Begriffe
des Buches nochmals zusammengestellt; das Sachverzeichnis erlaubt eine
gezielte Suche nach Begriffen in den einzelnen Kapiteln.
Die Diskussionen im Fachausschuss „Digitale Fabrik“ in der Gesell-
schaft für Produktion und Logistik im Verein Deutscher Ingenieure (VDI-
GPL) sowie in den zughörigen Richtlinienausschüssen haben sicherlich in
erheblichem Maße zum Gelingen dieses Buches beigetragen. Der Dank der
Autoren gilt insbesondere allen Institutionen und Unternehmen, die ergän-
zendes Bild- und Textmaterial zur Verfügung gestellt und für die Publika-
tion freigegeben haben.
Für die intensive und kreative Unterstützung bei der Erstellung des Bu-
ches danken die Autoren Frau Dipl. Wirtschaftsing. Andrea Spillner und
Herrn Dipl. Wirtschaftsing. Marco Seewaldt, wissenschaftliche Mitarbeiter
am IMAB der TU Clausthal, mit ihren Teams.
In ganz besonderem Maße gilt der Dank der Autoren Herrn Prof. Dr.-
Ing. Dr. mult. h.c. Hans-Peter Wiendahl für die kritische Durchsicht, die
konstruktiven Hinweise und den umfassenden „Feinschliff“.

Clausthal, Wolfsburg und Kassel
im November 2017

Uwe Bracht
Dieter Geckler
Sigrid Wenzel

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