Digitale Fabrik: Methoden und Praxisbeispiele PDF
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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 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detail- lierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Vieweg © Springer-Verlag GmbH Deutschland 2011, 2018 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer-Verlag GmbH Deutschland Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin, Germany 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 IX
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