Digitalisierung der Wertschöpfungskette in der Industrie 4.0
Durchgängige Digitalisierung beseitigt digitale Lücken in Großprojekten – von der Planung bis zum Betrieb

Timur Ripke und Sven Kägebein

Großprojekte der Bauindustrie, steigende Komplexitäten von Maschinenbau- und Produktionsanlagen, die Fertigung hochkomplexer Konstrukte sowie unzählige Projektbeteiligte: Alles unter einen Hut zu bekommen, erfordert bereits in der Planung hohe Genauigkeit. Digitale Mittel helfen dabei, Transparenz zu schaffen, den Überblick über anfallende Daten zu behalten und Fehlerquoten zu minimieren. Die Phase der realen Projektumsetzung prägt jedoch eine digitale Lücke. Digitale Daten, gespeichert und verarbeitet in Termin- und Ablaufplänen, Diagrammen oder CAD-Tools, finden ausgedruckt zurück ins Analoge. Involvierte Personen erfassen und dokumentieren Informationen während der Umsetzung nur auf Papier und nicht digital. Wenn doch, verbleiben Daten isoliert in Systemen. Innovative Projektmanagement-Software sorgt für Datenaustausch in Echtzeit und schließt damit die digitale Lücke.

Um in zunehmend digitalisierten Zeiten kosteneffizient zu arbeiten und wettbewerbsfähig zu bleiben, braucht es einen Daten-Hub zur Kollaboration. Dieser führt nicht nur digitale Informationen verschiedener Systeme zusammen, sondern reichert sie im Zuge der Umsetzungsphase weiter an. Ziel dieses Beitrags ist, einen der Automobilindustrie entsprungenen Lösungsansatz aufzuzeigen, der die digitale Lücke bei Großprojekten schließt, und dessen Potenzial auf den Maschinenbau oder die Bauindustrie zu übertragen.

Digital – analog – digital 
Moderne Produktionssysteme zeichnen sich durch hohe Produktivität und Komplexität aus. Veränderte Wettbewerbsbedingungen erfordern einen starken Fokus auf innovative Fertigungssysteme zur Stärkung flexibler und effizienter Produktionsprozesse [1]. Doch Innovationen sollten sich nicht darauf beschränken, denn in Fertigungssystemen und Produktionsprozessen ist die Digitalisierung wahrscheinlich ausgeprägter als in den anderen Projektphasen. Wie der Digitalisierungsmotor stottert, erkennt man in der Bauindustrie. Während die Gebäudeplanung bereits von digitalen Prozessen profitiert, finden Arbeiten in der Bauphase maßgeblich analog statt. Generell und ganz branchenunabhängig kommen bei Großprojekten nach Umsetzungsphase und Inbetriebnahme wiederum stark digitalisierte Systeme und Prozesse zur Anwendung. Das ist zum Beispiel der Fall in der Überwachung von Gebäuden, Maschinen und Anlagen. Und auch Predictive Maintenance spielt eine Rolle im digitalen Universum, denn wenn Experten Strategien der vorausschauenden Wartung implementieren, sparen sie Wartungskosten ein und erreichen eine höhere Anlagenverfügbarkeit [2]. Bild 1 zeigt die Projektphasen zwischen digitaler Planung und digital unterstütztem Betrieb. Es öffnet den Blick in zumeist analoge Welten von Projektmanagement und Fortschrittsverfolgung aktueller Prozesse. Die digitale Lücke, die in diesen Phasen des Projekts entsteht, bezeichnet die Fachsprache als „Medienbruch“. 
Obwohl es Software gibt, die Prozesse in der Phase der Beschaffung digital unterstützt, kann es schon hier zu Digital-Analog-Brüchen kommen. Andere Tools helfen, während des Aufbaus von Maschinen, Produktionsanlagen oder Gebäuden Mängel zu erfassen und zu dokumentieren. Wiederum andere Programme ermöglichen das Erkennen des Projektfortschritts mit Fotos. Diese Lösungen haben eines gemeinsam: Es sind Insellösungen. 

Digitale Inseln und Datensilos
Eine Insel ist im alltäglichen Sprachgebrauch klar als vollständig von Wasser umgebene Landmasse definiert. Abgekapselt und eigenständig, ohne Verbindung zur Außenwelt, präsentieren sich Insellösungen im Softwarebereich – dort auch Datensilo genannt. Im Allgemeinen wird mit dem Begriff eine isolierte Datenspeicherung in einer, zu einem Fachgebiet gehörenden, Anwendungslandschaft aus Daten, Programmen sowie Prozessen beschrieben [3]. Im Bestreben entwickelt, dem Anwender eine bestimmte Funktionalität anzubieten, benötigt eine Insellösung keine externen Daten aus vorgelagerten digitalen Prozessen, deren Systemlösungen oder Tools. Wenn der Anwender zum Beispiel alle Daten selbst in die Software eingibt und diese die in ihr verarbeiteten Daten nicht mit einem anderen Programm teilt, handelt es sich um eine digitale Insellösung. Heterogene Insellösungen eignen sich zwar für komplexe, eigenständige Prozesse, jedoch nicht für die Zielstellung einer durchgängig digitalen Wertschöpfungskette. Insbesondere in Produktionsbetrieben finden sich in den Bereichen CAD, PDM und PLM oft umfangreiche Datensilos [4]. Der Betrieb von zwei oder drei Datensilos birgt bereits Risiken in puncto isolierter Datenspeicher und eines hohen Aufwands, redundante Datenspeicherungen zusammenzuführen. Ferner entstehen Probleme durch unterschiedliche oder veraltete Stammdaten. Derzeit ist der Ruf nach Digitalisierung in der Bauindustrie laut hörbar: Einem Umfrageergebnis zufolge nutzten bisher weniger als sechs Prozent der Bauunternehmen alle Möglichkeiten der digitalen Planungssysteme. 100 % der Teilnehmer sind sich aber genau dessen bewusst. Die Beteiligten gaben an, das höchste Potenzial digitaler Systeme in der Automatisierung während der Umsetzung zu sehen [5]. Natürlich erreicht nur derjenige den höchsten Grad der Automatisierung, der keine Daten redundant und von Hand in weitere heterogene Softwaresysteme einpflegt.

Bild 1: „Digitale Lücke“ in Projektphasen am Beispiel des Anlagenbaus.

Zehn Jahre voraus: Automotive Industry
Die Automobilindustrie gehört zu den wichtigsten Industriebranchen Deutschlands und nimmt eine Vorreiterrolle ein, wenn es um die Adaptierung neuer Technologien und Lösungsansätze geht. Für einen Original Equipment Manufacturer (OEM) wie Daimler oder Volkswagen hat die Datendurchgängigkeit in der Wertschöpfungskette eine besonders hohe Bedeutung. Zu Beginn eines Projekts, unabhängig ob Greenfield (Neubauten) oder Brownfield (Modernisierung/Umbauten während des Realbetriebs), werden die Planungen in der „Digitalen Fabrik“ umgesetzt. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) definiert die digitale Fabrik als Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen – u. a. der Simulation und dreidimensionalen Visualisierung, die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Strukturen, Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik in Verbindung mit dem Produkt [6]. Nach abgeschlossener Planung geht es an die reale Umsetzung des Projekts, bei der oftmals Herausforderungen zutage treten. Einerseits sind fein strukturierte und durchsimulierte Daten vorhanden. Sie lagern aber in Datensilos fernab von miteinander vernetzten Systemen. So existiert zum Beispiel ein im CAD-System platzierter Roboter nicht nur in einem Mengengerüst bzw. einer Anlagenkomponentenliste, sondern auch in einem Ausschreibung-Vergabe-Abrechnung(AVA)-System als separate Dateneinträge. Eine weitere Software für die anstehenden Terminplanungen der Projektumsetzung führt den besagten Roboter gar nicht einzeln auf, sondern schließt ihn in der zusammengeführten Zeile „Alle Roboter angeliefert“ mit ein. Andererseits erschwert der mit dem Wechsel in die Umsetzungsphase eines Projekts einhergehende Medienbruch die Arbeit involvierter Parteien, da sie digitale Daten auf der Baustelle nur noch analog nutzen. Zwei Ansprüche der durchgängigen Digitalisierung treten klar heraus: der Bedarf eines Daten-Hubs zur Vernetzung der Informationen aus Datensilos sowie die digitale Begleitung der Umsetzungsphasen von Beschaffung über Aufbau bis Inbetriebnahme.

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