Roter Faden im Lebenszyklus. Wie sich die Potenziale der Digitalisierung nutzen lassen - prozesstechnik online

Wie sich die Potenziale der Digitalisierung nutzen lassen

Roter Faden im Lebenszyklus

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Zunehmende Produktvielfalt bei immer kleineren Chargengrößen und wachsender Kostendruck bei unverändert hohen Qualitätsstandards – die aktuellen Herausforderungen in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie sind hoch. Doch die nötige Geschwindigkeit, Flexibilität, Effizienz und Qualität lassen sich erreichen, wenn man an den richtigen Stellen ansetzt und die Potenziale nutzt, die eine durchgehende Integration bietet.

Um sich den fundamentalen Wandel von der analogen zur digitalen Welt klarzumachen, muss man nur an den Übergang von Schallplattenläden zu Streaming-Diensten denken oder von den Gelben Seiten zu digitalen Marktplätzen. Auch Nahrungsmittel- und Getränkehersteller spüren die Veränderung und zwar zunächst einmal in Form wachsender Herausforderungen. Die Verbraucher erwarten heute individuell auf ihre Wünsche und Bedürfnisse zugeschnittene Produkte – und das möglichst zum gleichen Preis und mit der gleichen Verfügbarkeit wie Massenware. Für die Hersteller bedeutet das immer mehr Produktvarianten, Rezepte und Marken, die entwickelt, produziert und verwaltet werden müssen. Und neben der riesigen Produktvielfalt bei immer kleineren Chargengrößen bleibt die Schlüsselanforderung im Food-Bereich eine hohe Produktqualität, die durch eine konsequente Überwachung der verwendeten Rohstoffe und des Produkts über den gesamten Produktionsprozess sichergestellt werden muss. Das lässt sich nur durch ein Maximum an Transparenz erreichen.

Durchgehende Integration als Schlüssel

Um all diese Herausforderungen zu meistern, reicht es nicht aus, lediglich die noch verbliebenen analogen Bereiche zu automatisieren. Zusätzlich müssen die verschiedenen automatisierten Produktionsschritte, die vielfach noch Insellösungen darstellen, über einen durchgehenden digitalen roten Faden zusammengeführt werden. Nur wer einen voll integrierten Produkt- und Produktionszyklus von der Entwicklung über die Planung und das Engineering bis zur Ausführung und zum Service im Blick hat, kann das Potenzial der Digitalisierung wirklich nutzen. Grundlage für eine solche Integration ist selbstverständlich ein integrierendes Datenhaltungs- und Datenmanagementsystem, wie es zum Beispiel Siemens mit der Kooperationsplattform Teamcenter anbietet. Mit einer solchen Lösung entsteht eine gemeinsame Datenbasis (Data Backbone), die alle Glieder der Wertschöpfungskette einschließt und beispielsweise auch einen effizienten Datenaustausch mit Zulieferern und Kunden erlaubt.

Digitaler Zwilling für mehr Transparenz

Sind alle Prozesse digital vernetzt, können nicht nur Informationen reibungslos von einem Bereich zum anderen weitergegeben werden. Es ist auch möglich, parallel zu den realen Prozessen ein vollständiges virtuelles Abbild des Produkt- und Produktionszyklus zu erstellen, das für die nötige Transparenz und Simulationsmöglichkeiten sorgt. Das beginnt beim Produktdesign, bei dem sich mit einem sogenannten digitalen Zwilling das komplette Verhalten des Produktes und seiner Verpackung simulieren und optimieren lässt, ohne kostspielige Prototypen herstellen zu müssen. Gleichzeitig können bereits an dieser Stelle die Formulierung des Produkts und seine Verpackung miteinander integriert werden, etwa um die Angaben auf der Verpackung automatisch an spätere Veränderungen der Rezeptur anzupassen. Die Informationen aus dem digitalen Zwilling können dann an die nächste Phase, die Produktionsplanung, weitergegeben und in ein virtuelles Modell der kompletten Produktionsanlage eingebunden werden, mit dem sich Produktionslinien, Materialströme, Logistik und schließlich die erwartete Produktion darstellen und testen lassen, noch bevor die entsprechende Anlage real existiert.

Die so entstandenen Daten können im nächsten Schritt wiederum für das digitale Engineering genutzt werden, um die mechanischen, elektrischen und automationstechnischen Aspekte im Detail festzulegen. Gerade hier entfaltet digitale Integration enorme Wirkung, weil ein reibungsloser Datenaustausch zwischen den verschiedenen Software-Tools viel Zeit spart und hilft, Fehler und Endlosschleifen zwischen den verschiedenen Engineering-Disziplinen zu vermeiden. An die effiziente Projektierung auf Basis integrierter Software-Tools kann dann wiederum eine virtuelle Inbetriebnahme angeschlossen werden, mit der die Time-to-Market weiter verkürzt wird.

Ist die reale Anlage in Betrieb genommen, ist das Potenzial des digitalen Zwillings jedoch noch lange nicht erschöpft. Durch die Einbindung von Qualitätssicherungs- und Wartungssystemen, die in der Produktion erfasste Ist-Daten verarbeiten, kann die virtuelle Welt immer wieder mit der realen Welt der Produktion zusammengebracht werden. Notwendige Änderungen der Produktion, etwa durch saisonal schwankende Nachfrage oder neue Produktvarianten können so wiederum mit dem digitalen Zwilling zeitsparend durchgespielt und effizient umgesetzt werden.

Interaktion von virtueller Welt und Realität

Gerade das Zusammenspiel der realen Produktion mit ihrem digitalen Zwilling bringt in vielen Fällen große Vorteile. So konnten beispielsweise bei einem Convenient-Food-Hersteller durch die Integration der Maschinenzustandsdaten in ein Analysesystem die Schwachstellen einer Verpackungslinie gefunden und beseitigt werden, was eine Steigerung der Linieneffektivität von über 20 % brachte. Und bei einem der größten österreichischen Nahrungs- und Genussmittelhersteller konnten durch eine bidirektionale vertikale Integration vom ERP zur Produktionsanlage die manuellen Prozesse zur Datenerfassung und -pflege reduziert, die Transparenz der Lagerbestände an Roh- und Fertigwaren erhöht sowie die Liefertreue verbessert werden. Außerdem ließ sich aufgrund der genaueren und verlässlicheren Daten der Lagerbestand verringern.

Chancen erkannt, Umsetzung gesucht

Die Chancen der Digitalisierung sind zwar in aller Munde, aber viele Hersteller von Nahrungsmitteln und Getränken fragen sich, wo sie bei der Umsetzung konkret ansetzen sollen. Weil gerade im Food-&-Beverage-Bereich kein Produktionsprozess genau dem anderen gleicht, helfen allgemein formulierte Digitalisierungsziele nur wenig. Vielmehr ist es notwendig, zunächst einmal die eigenen Abläufe genau zu analysieren und zwar über den gesamten Produkt- und Produktionszyklus hinweg – vom Produktdesign bis zur Qualitätssicherung und Wartung. Ein besonderes Augenmerk sollte dabei auf fehlenden oder noch manuell realisierten Datenschnittstellen zwischen den einzelnen Prozessschritten bzw. den verwendeten Systemen liegen.

Um Nahrungs- und Getränkeherstellern eine genaue Erhebung des eigenen Ist-Zustandes im Bereich der Digitalisierung zu ermöglichen, bietet Siemens beispielsweise ein „Digitalization Maturity Assessment“ an. Dabei werden mithilfe von detaillierten Fragebögen, aufmerksamen Prozessbeobachtungen und ausführlichen Gesprächen mit den jeweiligen Bereichsverantwortlichen bestehende Schwachstellen identifiziert, die Digitalisierungspotenziale für jeden Bereich benannt und Vorschläge für konkrete Maßnahmen und ihre Priorisierung unterbreitet. So erhalten Unternehmen eine wertvolle Entscheidungshilfe, um die richtigen Weichen für die digitale Transformation zu stellen.

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Suchwort: dei1018siemens


Autor: Jens Fuchs

Technical Account Manager F&B,

Siemens


Digitalisierungskonzept  fünf Phasen im Produktlebenszyklus

Siemens gliedert den Lebenszyklus eines Produkts in fünf Hauptphasen und bietet ein umfassendes Software- und Hardwareportfolio an, das die Nahrungsmittel- und Getränkebranche in jeder Phase des Digitalisierungsprozesses im gesamten Unternehmen unterstützt.

  • Produktdesign: Das Produktdesign umfasst die digitale Formulierung des Produkts und die Entwicklung der Verpackung. Beide Aufgaben werden durch die Entwicklung eines digitalen Zwillings unterstützt, mit dem sich das komplette Verhalten des Produkts und der zugehörigen Verpackung simulieren lässt.
  • Produktionsplanung: Das virtuelle Modell der kompletten Produktionsanlage basiert auf dem digitalen Zwilling des Produkts, dem Produktionsprozess und der eingesetzten Ausrüstung. Mit diesem virtuellen Modell können die Produktionslinien, die Materialströme, die Logistik, der Einsatz von Robotern, die menschliche Interaktion im Produktionsprozess und schließlich die erwartete Produktion simuliert werden. Die Simulation ist ein wertvolles Hilfsmittel, um das Erreichen spezifischer Ziele – etwa im Hinblick auf die Produktionskapazität – schon vor dem Bau der endgültigen Produktionsanlage überprüfen zu können. Zudem kann die Produktion unter Extrembedingungen gefahren werden, ohne Mitarbeiter oder Ausrüstung irgendwelchen Risiken auszusetzen.
  • Engineering: Das Engineering der realen Anlage kann beginnen, sobald die Produktion digital geplant, optimiert und überprüft wurde. Unabhängig davon, ob es sich um eine bereits bestehende oder eine neu gebaute Anlage handelt, müssen die mechanischen, elektrischen und automationstechnischen Aspekte der neuen Produktionslinien im Detail festgelegt werden. Dieser Prozess erfordert traditionell viel Zeit und eine perfekte Zusammenarbeit zwischen mehreren Abteilungen. Totally Integrated Automation von Siemens zielt präzise auf die enge Zusammenarbeit ab und bietet sämtliche nötigen Software-Tools, um eine effiziente Projektierung der Produktion auf einer gemeinsamen Plattform durchzuführen.
  • Produktion: Im tatsächlichen Produktionsablauf trifft die virtuelle Welt der Planung mit der realen Welt der Produktion zusammen. In einer Umgebung, die hinsichtlich der Ablauf- und Zeitplanung besonders anspruchsvoll ist, z. B. durch eine saisonal schwankende Nachfrage oder die wachsende Zahl unterschiedlicher Formulierungen, spielt eine leistungsfähige Systemlandschaft eine wichtige Rolle bei der Planung und Durchführung der Produktion. Siemens bietet den Nahrungsmittel- und Getränkeherstellern die Möglichkeit, die Ablauf- und Zeitplanung ihrer Aufträge auf der Grundlage der Kosten, des Energieverbrauchs und der Verfügbarkeit von Rohstoffen, Ausrüstung und Mitarbeitern sowie von anderen prozessbezogenen Aspekten wie Cleaning in Process (CIP) durchzuführen. Darüber hinaus macht es die Technologie einfacher, für die Transparenz der Produktionsaktiva zu sorgen, Kennzahlen wie OEE (Gesamtanlageneffektivität – GAE) zu berechnen und zu berichten und sogar mit Algorithmen für den Linienabgleich zu reagieren, um Stillstandszeiten zu vermeiden.
  • Services: Mit den Services, die im Rahmen der offenen industriellen IoT-Plattform Mindsphere – der Siemens Cloud for Industry – angeboten werden, können Unternehmen jeder Art und Größe ihre Datenbestände sinnvoll einsetzen, um die Verfügbarkeit, Qualität und Effizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu steigern.
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