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Über dieses Buch

Dieses Standardwerk definiert und erläutert das Konzept der Digitalen Fabrik (DF) und ihre Umsetzung bis hin zu Industrie 4.0. Für viele produzierenden Unternehmen stellt die DF eine entscheidende innovative Lösung zur Beschleunigung und Absicherung ihrer Produkt- und Produktionsentstehungsprozesse dar. Die DF bildet zudem eine wesentliche Basis für weitere Anwendungen und Lösungen im Rahmen von Industrie 4.0. Die Autoren beschreiben die Grundlagen für den Einsatz digitaler Planungsmethoden auf Basis des Gesamtkonzepts der DF. Dabei liegt der Fokus des Buches auf der frühzeitigen und mit allen Unternehmensprozessen abgestimmten Produktionsplanung und der Fabrikgestaltung.

Hierzu werden die relevanten Prozesse mit ihren entsprechenden Modellen, Methoden und Werkzeugen umfassend erläutert. Dies beinhaltet auch ausführliche Hinweise zum Datenmanagement und zur Systemarchitektur. Besonders wird auf die Einführung der DF und ihre begleitenden organisatorischen Maßnahmen eingegangen. Beispiele aus den Bereichen Automobilbau, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt sowie Schiff- und Anlagenbau veranschaulichen die Digitale Fabrik und ihre Umsetzung. Ein umfangreiches Glossar rundet das Buch ab.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Einleitung, Definition und Stand der Umsetzung sowie der Bezug zu Industrie 4.0

Das erste Kapitel gibt zunächst einen Rückblick auf die geschichtliche Entwicklung der Rechnerunterstützung für Geschäfts-, Planungs- und Produktionsprozesse in Unternehmen. Im Anschluss folgt eine Gegenüberstellung unterschiedlicher Definitionen zur DF, eine abschließende Begriffsdefinition für dieses Buch und eine Abgrenzung des Begriffs zu ähnlichen in Wissenschaft und Industrie verwendeten Begriffen. Danach wird der branchenbezogene Stand der Umsetzung der DF näher beleuchtet. Abschließend wird der Bezug zu Industrie 4.0 hergestellt und gezeigt, dass die Entwicklungen von Industrie 4.0 bis hin zur Smart Factory auf der DF aufbauen.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 2. Anwendungsfelder der Digitalen Fabrik im Überblick

Die Richtlinie VDI 4499 Blatt 1 (2008) definiert und erläutert als wesentliche Anwendungsgebiete der Digitalen Fabrik die Produktentwicklung, die Produktionsplanung, den Produktionsanlauf, den Produktionsbetrieb und die Auftragsabwicklung. Der Vorgabe der VDI 4499 folgend haben die Autoren im zweiten Kapitel eine Auswahl der aus ihrer Sicht schon jetzt am intensivsten erschlossenen Anwendungsfelder getroffen. Sie sind in der Abbildung 2.2 von der Planung der Fabrikhülle bis zum Anlauf der Anlagen dargestellt und werden im Überblick erläutert und anhand kleiner Beispiele vorgestellt, um dem Leser ein frühes und kompaktes Gesamtverständnis zu vermitteln. Das Kapitel endet mit der Zukunftsvision der Produktion mit Industrie 4.0.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 3. Nutzen der Digitalen Fabrik

Das Kapitel 3 beginnt mit einer gesamtunternehmerischen Sicht auf die Vorteile der DF hinsichtlich einer schnelleren Produkteinführung bei verbesserter Produktqualität, geringeren Produktionskosten sowie einer zukunftsorientierten Gestaltung der gesamten Produktionsstätte. Der Abschnitt 3.2 beschreibt den Nutzen im operativen Planungsprozess eines neuen Produktionsstandortes, bei der Einplanung eines neuen Produktes in ein bestehendes Produktions- und Logistiksystem, der produktionsbeeinflussten Gestaltung neuer Produkte sowie der Planung einer neuen Fertigung stechnologie. Parallel wird dargestellt, wie strukturelle Verbesserungen in der Planung erzielt werden. Den Übergang von der digitalen Planung zur Herstellung, Beschaffung und Inbetriebnahme der Ressourcen beschreibt Abschnitt 3.3. Der Abschnitt 3.4 stellt die Auswirkungen der DF auf die Betriebsphase dar und beschreibt, wie sie die Aufgaben der Produktion und Logistik unterstützt. Zum Abschluss zeigt Abschnitt 3.5 eine Zusammenfassung qualitativer Angaben zu den verschiedenen Nutzenpotenzialen. Dies geschieht unter dem Vorbehalt, dass die Angaben branchen- und unternehmensbezogen jeweils unterschiedlich zu betrachten sind.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 4. Methoden und Modelle in der Digitalen Fabrik

Das Kapitel 4 greift zunächst die diesem Buch zugrunde liegende Definition der Digitalen Fabrik als „den 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“ (VDI 4499 Blatt 1 2008, S. 3) auf. Zur Verwendung dieser Definition erfolgt die Präzisierung der Begriffe Modell, Methode und Werkzeug. Im Anschluss werden die typischerweise einzusetzenden Methodenklassen benannt und erläutert. Einige dieser Methoden spielen auch im Kontext von Industrie 4.0 eine wichtige Rolle. So liefern die Simulation und Visualisierung eine wesentliche Grundlage für die Verbindung von Realität und Virtualität und die Schaffung eines sogenannten Digitaler Zwilling , während beispielsweise das Monitoring die aktuellen Betriebsdaten im Sinne des Digitaler Schatten dem Anwender verdeutlicht. Den Abschluss dieses Kapitels bildet eine Beschreibung der für den EDV–Einsatz dieser Methoden notwendigen technischen Ausstattung.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 5. Datenmanagement und Softwarewerkzeugklassen

In Kapitel 5 werden die Aufgaben des Datenmanagements, die notwendigen Softwarewerkzeugklassen in den Unternehmen sowie technische Möglichkeiten zur Umsetzung des Datenaustausches zwischen Softwarewerkzeugen (Synonym: IT-Werkzeuge, IT-Systeme, IT-Anwendungen) behandelt und auch der Begriff der Durchgängigkeit diskutiert. Das Kapitel ersetzt aber keineswegs umfassende Werke zur Einführung von Datenbanksystemen oder einschlägige Literatur zu den jeweiligen Softwarewerkzeugen, auf die an entsprechender Stelle verwiesen wird. Auf Aspekte des Informationsmanagements in Unternehmen wird insbesondere dann eingegangen, wenn daraus Anforderungen an das Datenmanagement abzuleiten sind.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 6. Organisation der Einführung und Nutzung

Die erfolgreiche Einführung der Methoden und Werkzeuge der DF hängt von zahlreichen Faktoren innerhalb und außerhalb des Unternehmens ab. Diese gilt es im Vorfeld kritisch zu analysieren, um auf Basis der Analyseergebnisse geeignete Maßnahmen zur Umsetzung zu entwickeln. In Kapitel 6 werden zunächst allgemeine organisatorische Hinweise gegeben, welche die besonders zu beachtenden Faktoren bei der Einführung hervorheben. Im Anschluss wird eine Vorgehensweise der Implementierung von Methoden und Werkzeugen der DF in KMU sowie in einen Konzern vorgestellt. Es folgt eine Beschreibung einer neuen organisatorischen Grundstruktur, welche den Anforderungen der DF hinsichtlich Flexibilität und Wandlungsfähigkeit besonders entspricht. Den Abschluss des Kapitels bildet die Vorstellung neuer Rollen und Aufgaben der Mitarbeiter in der Planung und der Informationstechnik eines Unternehmens.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 7. Anwendungen der Digitalen Fabrik

In der praktischen Anwendung der DF kommen meist unterschiedliche Methoden und Werkzeuge in branchenspezifischen Kombinationen mit jeweils besonderen Anforderungen zum Einsatz. Das Kapitel 7 stellt hierzu einige typische Anwendungen ganzheitlicher Lösungen vor. Zunächst wird der Industriebau als Beispiel angeführt, dessen digitale Modelle – insbesondere auch der BIM-Ansatz – die Grundlage für die Integration weiterer Gewerke bilden. Es folgt die Darstellung der Gesamtfabrik unter Einschluss des Gebäudes, der Logistik und der geplanten Fertigungsanlagen. Als weiteres Querschnittsthema für alle Fabrikplanungen wird die Logistikplanung vorgestellt. Sie bildet den Abschluss der allgemeinen Beispiele, die anhand der Automobilbranche vorgestellt werden, aber grundsätzlich für alle Industriebranchen gültig sind. Im Anschluss folgen Beispiele für typische Nutzungen der Methoden und Werkzeuge der DF in der Automobilindustrie. Hier werden die Besonderheiten der einzelnen Fertigungsgewerke vom Presswerk bis zur Fahrzeugendmontage sowie dem Anlagenbau vertieft. Ausgangsbasis ist dabei jeweils die Aufgabe, ein neues Fahrzeug in die bestehende Fertigung einzuplanen. Ausführlich wird im Abschnitt 7.4.9 auf die Planung einer energieeffizienten Produktion eingegangen. Einen anderen Schwerpunkt setzt Abschnitt 7.6. In diesem wird aufgezeigt, wie die Werkzeuge und Methoden bei der Konzeption neuer Fertigungstechnologien eingesetzt werden können, um die Einführung der Technologie ganzheitlich abzusichern. Der Einsatz der DF bei KMU ist das Thema von Abschnitt 7.7. In diesem werden die Methoden und Organisationsformen dargestellt, die besonders für diese Unternehmensgröße geeignet sind. Es folgt der Blick in weitere Industriebranchen, bei dem anhand des Schiffbaus sowie der Getränkeindustrie spezifische Einsätze der c Abschnitt 7.10 wird ausführlich der Einsatz mobiler Endgeräte für die Fabrikplanung vorgestellt und diskutiert. Smarte Datenaufnahmeassistenten und spezifische Anwendungssoftware (sogenannte Apps) können dem Planer die Arbeit erleichtern. VR- und AR-Einsätze unterstützt von Quadrokoptern bilden ein Highlight. Abschließend wird die Vision einer Digital Lean Factory 4.0 auf Basis einer Delphi-Umfrage vorgestellt.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

Chapter 8. Fazit und Ausblick

Globale Marktanforderungen zwingen Unternehmen, immer häufiger und schneller innovative, preiswürdige neue Produkte hoher Qualität anzubieten. Dies gelingt häufig nur noch durch international vernetztes Arbeiten unter Nutzung einer effizienten Informationsbasis. Die Konzepte der Digitalen Fabrik bieten in diesem Zusammenhang einen bewährten Ansatz, um mit Hilfe einer durchgängigen digitalen Gestaltung der Produkte, Prozesse und Produktionseinrichtungen diesen Anforderungen zu genügen.
Uwe Bracht, Dieter Geckler, Sigrid Wenzel

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