Die drei Werkzeuge für die optimale Beschaffung von Prototypen und Kleinserien mittels Cloud Manufacturing.

Veröffentlicht von Sellamawe Woldemariam am 22. Februar, 2018.

Cloud Manufacturing wird die Art und Weise der Fertigung von technischen Bauteilen maßgeblich verändern und für die Beschaffung von Kleinserien und Prototypen eine neue Ära einleiten. Dies wird sich auf die verschiedenen Marktteilnehmer unterschiedlich auswirken. OEMs (Original Equipment Manufacturer), Softwarehersteller, Maschinenhersteller und Lohnfertiger werden sich verändern müssen und ihre Prozesse neu ausrichten, wenn sie Cloud Manufacturing einsetzen und an den Vorteilen teilhaben möchten. Dafür stehen im Grunde die gleichen drei Werkzeuge wie im Bereich Cloud-Computing bei einer Hotel- oder Flugbuchung zur Verfügung, die im Folgenden Artikel beschrieben werden.

Cloud Manufacturing nutzt die gleichen Prinzipien wie Cloud-Computing, wobei Ressourcen in Produktionsnetzwerken zusammengefasst werden, die sich so effizient und flexibel nutzen lassen. Bis heute verändert Cloud-Computing die Nutzung der IT von Unternehmen. Lokale IT-Ressourcen werden mit wenig Aufwand „in die Cloud“ gebracht. Das führt zu einem deutlich geringeren Wartungsaufwand, reduziert die Kosten für Unternehmer sowie Provider und ermöglicht die effiziente Nutzung der Arbeitsmittel.

Beispielsweise werden Flug- und Hotelbuchungen seit geraumer Zeit als automatisierter Prozess abgewickelt. Der Anwender drückt durch eine standardisierte Anfrage mit festgelegten Datenfeldern seinen Buchungswunsch aus. Diese Informationen werden dann automatisch über eine definierte Schnittstelle (API) dem nächsten System übergeben. Hier erfolgt die “Machbarkeitsprüfung und Preiskalkulation” auf Grundlage aktueller Angebote und Verfügbarkeit. Diese drei Komponenten arbeiten heute Hand-in-Hand zusammen und liefern so ein optimales und Benutzerfreundliches Ergebnis bei Flug- und Hotelbuchungen.

Cloud Manufacturing ist die logische Weiterentwicklung der traditionellen Fertigung nach dem erfolgreichen Vorbild Cloud-Computing. Unternehmen im Automobil oder Maschinenbau lagern bereits heute einen Großteil Ihrer Entwicklung an externe Partner aus. Der Fokus einst fertigungslastiger Unternehmen richtet sich nun verstärkt auf die perfekte Integration und Abstimmung von Mechanik und Software dieser Produkte. Dies führte dazu, dass herkömmliche Beschaffungsprozesse von Bauteilen mehr und mehr Lieferanten und damit mehr Kommunikation erfordern. Die Produktion von diesen Bauteilen wird dadurch kostenintensiv, unflexibel und ist mit viel Arbeitsaufwand verbunden. Genau hier setzen Cloud Manufacturing Plattformen wie KREATIZE an. Die Fertigung von Kleinserien und Prototypen lässt sich bequem als Service nutzen, ohne die nötigen Ressourcen dafür selbst in Form eines Lieferantennetzwerks vorhalten zu müssen.

Standardisierung der Anfragen und Datenformate

Standardisierte Anfragen und Datenformate sind die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Vernetzung und Zusammenarbeit der vier oben genannten Beteiligten. Die Informationen müssen unabhängig von der Industriebranche strukturiert vorliegen und fehlerfrei übertragen werden. Dies ist für eine automatisierte Machbarkeitsprüfung, Preiskalkulation und anschließende Produktion unbedingt notwendig, damit ein prozesssicherer Ablauf gewährleistet werden kann. Derzeit ist hierfür noch kein einheitliches Konzept vorhanden.

Heutige Anfragen beinhalten eine formlose E-Mail mit technischen Zeichnungen als PDF-Dokument im Anhang. Diese können weder automatisiert verarbeitet werden, noch lässt sich prozesssicher gewährleisten, dass alle Informationen wie bspw. Stückzahlen und Material fehlerfrei übertragen und verwendet werden. Auch wenn Eingabemasken verfügbar sind, können Form- und Lagetoleranzen, sowie Rauigkeiten von Oberflächen nicht automatisiert analysiert werden. Weiterhin beinhalten die meisten CAD-Daten meistens keine Informationen über Gewinde und Passungen. Diese sind in den technischen Zeichnungen ausschließlich analog eingearbeitet, womit keine Unterscheidung auf digitalem Wege möglich ist. Es gibt zwar gelegentlich numerische Codes und Farbcodes in CAD-Daten um diese Information zu übertragen, aber keinen industrieübergreifenden Standard. Aus diesen Gründen ist die Einführung eines standardisierten Anfrageformats unabdingbar.

Für standardisierte Anfrageformate eignen sich im Besonderen Eingabemasken mit denen eine einheitlich strukturierte Erfassung der fertigungsrelevanten Informationen erfolgen kann. Damit ist dann eine klare Zuordnung der Fertigungsattribute möglich. Cloud Manufacturing Plattformen wie KREATIZE können dann unter Verwendung von Standardtoleranzen bzw. DIN-Normen eindeutig definierte Toleranzen und Oberflächenrauigkeiten festlegen. In den Eingabemasken können zusätzliche Informationen, wie die Anzahl der Gewinde hinterlegt werden. Falls eine Anfrage von diesem Standard abweicht, lässt sich der Prozess durch eine manuelle Prüfung trotzdem halbautomatisiert durchführen.

Trotz Standardisierung der Anfrage sind alle Informationen essentiell für die Qualität, da die gefertigten Bauteile meist hohen technischen Anforderungen unterliegen. Sollte ein gefertigtes Bauteil auch nur kleinste Toleranzabweichungen aufweisen führt das schnell zu einer Verdopplung der Produktionskosten. Eingabemasken erfassen präzise die Abgrenzungen und Limits für jedes Bauteil, um die Toleranzen möglichst gering zu halten. Nur so kann Cloud Manufacturing die Vorteile dieses Verfahrens voll ausspielen.

Automatisierte Machbarkeitsprüfung und Preiskalkulation

Die zentrale Komponente des Cloud Manufacturings ist die automatisierte Machbarkeitsprüfung. Diese erfolgt auf Grundlage der standardisierten Anfrage in Kombination mit den CAD-Daten. Die CAD-Daten werden automatisiert verarbeitet und mit Materialauswahl, der Stückzahl und der gewünschten Lieferzeit, in Kontext gebracht. Mit den gewonnenen Informationen lassen sich die Bauteile-Attribute anschließend zuverlässig in Bezug auf Herstellbarkeit und Bauteilpreis zuordnen. Momentan werden die Machbarkeitsprüfung und Folgeprozesse auf Grundlage einer Sichtprüfung vorgenommen. Innerhalb weniger Minuten wird durch langjährige Erfahrung und der visuellen Bauteilprüfung entschieden, ob es sich um ein CNC-Frästeil handelt, oder ob es ein Guss- bzw. Laserzuschnitt ist.

Cloud Manufacturing wird diesen Prozess in Zukunft neu formen. Aus den geometrischen Informationen wird im Zusammenspiel mit weiteren Fertigungsinformationen ein exaktes Bild geschaffen. Die CAD-Daten werden dazu automatisch ausgelesen. Dann durchläuft das Gesamtbild je nach Fertigungsverfahren unterschiedliche Tests. Grundlage dafür können beispielsweise neuronale Netzwerke oder Entscheidungsbäume sein. Entscheidungsbäumesorgen anhand vordefinierter Kriterien, wie Bauteilgröße, Materialauswahl, usw. für einen Ausschluss nicht geeigneter Fertigungsverfahren. Neuronalen Netzwerke hingegen sind ähnlich aufgebaut, wie ein menschliches Gehirn. Automatisierte Trainingsphasen kreieren völlig neue Strukturen und mit jeder Bauteil-Zuordnung wird das neuronale Netzwerk zuverlässiger. In Datenbanken ist jede Information und viele Erfahrungswerte zu einem bestimmten Bauteil abgelegt. Durch den sekundenschnellen Zugriff darauf kann ein Computersystem, als neuronales Netzwerk ausgeführt, die Machbarkeit von Bauteilen extrem effizient beurteilen. Das Zusammenspiel von Information und Intelligenz führt letztlich zu immer besseren Ergebnissen bei der Machbarkeitsprüfung und damit auch bei der Abschätzung in der Preiskalkulation.

Anwendungsprogrammierschnittstelle (API, engl.: application programming interface)

Eine API bildet definierte Schnittstelle zur Maschinenkommunikation zwischen zwei Systemen ohne den Eingriff menschlicher Interaktion. Nur durch diese Entwicklung konnte sich E-Commerce so verbreiten und die Welt des Handels maßgeblich verändern. Heutzutage findet „Shopping“ nicht mehr in großen Warenhäusern unter ständiger Beobachtung der Verkäufer statt, sondern bequem vom Sofa aus. Die Systeme ermöglichen ein neues Einkaufserlebnis, dass schnell, transparent und mit dem Smartphone sogar mobil ist. Auch bei der Buchung eines Hotelzimmers oder bei der Reservierung eines Fluges sind diese Schnittstellen nicht mehr wegzudenken. Nur so können täglich mehrere Hundert oder Tausend Anfragen bearbeitet werden. Cloud Manufacturing ist ebenso keine eigene Software, sondern ein Netzwerk aus größtenteils automatisierten Vorgängen. Dieses Netzwerk muss durch APIs an den jeweiligen Systemen kommunizieren, um effizient zu funktionieren. Nur durch den Einsatz von definierten Schnittstellen lassen sich Prozesse ohne menschlichen Eingriff abbilden.

In den heutigen Systemen der Lohnfertigung werden verschiedene Programme und Software eingesetzt, die unterschiedlicher nicht sein können. Verschiedene Systeme in verschiedenen Reifegraden erschweren die automatisierte Zusammenarbeit. Im Gegensatz zum  3D-Druck besitzen vor allem etablierte Verfahren, wie CNC-Fräsen, CNC-Drehen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Biegen kaum standardisierte Schnittstellen.

Fazit

  • Cloud Manufacturing wird die Beschaffung verändern. Die technischen Einkäufer und Konstrukteure werden keine formlosen und unstrukturierten Anfragen mehr in Form von einer E-Mail versenden, die dann mühsam ausgewertet werden müssen. Cloud Manufacturing Plattformen wie KREATIZE werden standardisierte Anfragen erhalten und die notwendigen Schritte daraus ableiten. Dieser Prozesswechsel hin zu automatisierten, standardisierten und effizienten Vorgängen ist bereits im Gange. Grundvoraussetzung dafür sind höchste Sicherheitsstandards in der Kommunikation zwischen den geschützten Bereichen der Unternehmen und dem öffentlichen Internet. Die Sicherheitsstandards sind hier um ein vielfaches höher als bei einer konventionellen Email.
  • Für die Umsetzung sind unter anderem APIs unabdingbar. Die CAD- und CAM-Programme müssen hierbei offener gestaltet werden und sich in Richtung Cloud entwickeln. Dafür sind besonders SaaS-Modelle geeignet, die auch gleich die notwendigen, offenen Schnittstellen mitbringen. Aber auch die Werkzeugmaschine-Hersteller müssen sich dieser Entwicklung anpassen und ihre Systeme für den definierten Zugriff von außen freigeben. Nur so können künftig auch Prozesszeiten oder die Auslastung der Produktionskapazitäten in Echtzeit errechnet werden.
  • Jahrzehntelange Erfahrung der Unternehmen und Mitarbeiter in den Fachabteilungen zur Machbarkeitsprüfung und die hohe technische Komplexität müssen in skalierbare und automatisierte Prozesse überführt werden. Dies könnte mit neuronalen Netzwerken und der großen Menge an Informationen gelingen. Mit Big Data könnten in Zukunft nicht nur einfache und wenig komplexe Bauteile durch Cloud Manufacturing produziert werden, sondern jedes gewünschtes 3D-Objekt. Diese Technologie wird die effiziente Herstellung von Prototypen, Kleinserien und dadurch die Geschwindigkeit bei der Umsetzung von Hardware-Innovation extrem schnell voranbringen.
    Was ist Ihrer Meinung nach die wichtigste Voraussetzung, um Cloud Manufacturing für die Beschaffung von Prototypen effizient einzusetzen?

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Sellamawe Woldemariam
Sellamawe WoldemariamHead of Customer Success bei KREATIZE GmbH

By |2018-04-26T06:41:57+00:00Februar 22nd, 2018|Prototypen und Kleinserien|