Nachhaltige Innovation durch Kollaboration

Nachhaltige Innovationen schaffen – dies ein Ziel, das viele Unternehmen momentan mit Hochdruck verfolgen. Doch wie gelingt es, komplexe Produkte schnell zur Marktreife zu bringen und dabei durchgängig auf Umweltaspekte zu achten? Zusammenarbeit ist hier der Schlüssel.

Nachhaltige Innovationen gemeinsam zu entwickeln und zu fertigen, birgt eine hohe Komplexität. Möglich wird die reibungslose Zusammenarbeit mehrerer Unternehmen durch eine Plattform, auf der alle notwendigen Daten zusammenfließen.

Foto: Dassault Systèmes

Wie mit „Kollaboration“ nachhaltige Ideen real werden und Unternehmen gemeinsam erstarken lassen, ist eines der Trendthemen auf der Messe „SPS“ in Nürnberg vom 8. bis zum 10. November 2022. Denn wenn sich Betriebe zusammenschließen und ihre jeweilige Expertise in ein Projekt einfließen lassen, entstehen ganz neue Möglichkeiten der Innovation. Im Rahmen eines Showcases auf der diesjährigen SPS werden dies verschiedene Partner auf der Plattform von Dassault Systèmes anhand eines nachhaltigen Mobilitätskonzepts unter Beweis stellen.

Innovation ist kein Selbstläufer

Lange Zeit galt Deutschland als der Innovationsstandort schlechthin. Doch dieser Status geriet in den letzten Jahren immer mehr in Gefahr. Um im internationalen Wettbewerb erfolgreich zu bestehen, mit der zunehmend vernetzten Welt Schritt zu halten und komplexe Produkte schnell auf den Markt zu bringen, stehen Unternehmen in Deutschland vor vielen Herausforderungen: Immer mehr Regularien und Vorschriften müssen erfüllt werden, der Bedarf nach Talenten und digitalen Skills steigt, Kunden wünschen individuelle und gleichzeitig nachhaltige Produkte – Unternehmen müssen ein ganzes Bündel an Herausforderungen meistern – und das am besten gleichzeitig. Einen Vorteil hat, wer nicht mehr als Generalist alles selbst macht, sondern sich mit Spezialisten der verschiedenen Bereiche zusammenschließt. Die 3DExperience-Plattform macht dies möglich.

Geballtes Expertenwissen: Im Team die Mobilität von morgen gestalten

In einem gemeinsamen Showcase-Projekt zur SPS zeigen die Partner, wie sie durch nahtlose Zusammenarbeit in Echtzeit in kürzester Zeit ein nachhaltiges Mobilitätskonzept realisieren konnten. Beteiligt sind am am Showcase neben Dassault Systèmes folgende Firmen: e.Volution, der Entwickler und Hersteller anwendungsspezifischer Elektrofahrzeuge, Omron, Spezialist für Industrieautomation, die VAF GmbH als einer der führenden Hersteller von Sondermaschinen im Bereich E-Mobilit, sowie Graebener Bipolar Plate Technologies, der Experte für das fertigungsgerechte Design von Bipolarplatten und deren Produktionsanlagen.

Die 3DExperience-Plattform als „Single Source of Truth“ ermöglicht den Partnern eine schnelle Umsetzung der gemeinsamen Entwicklung – von den Anforderungen sowie dem Design & Engineering über die Simulation & Validierung bis hin zu Produktion und Service. Zudem konnten alle Experten im Projekt ihr Fachwissen in jedem Entwicklungsschritt mit einfließen lassen und waren somit maßgeblich für die reibungslose Verwirklichung der Idee verantwortlich. Erfolgsentscheidend für das Projekt waren die im Folgenden beschriebenen vier Kernaspekte.

Kernaspekt 1: Kollaboration

Die 3DExperience-Plattform half e.Volution, bei ihrem Mobilitätskonzept eine der größten Herausforderungen zu meistern: die durchgängige Zusammenarbeit mit allen Stakeholdern – mit dem Designer der Brennstoffzelle sowie dem Designer der Brennstoffzellenstack-Produktionsanlage und dessen Automatisierungs- und Robotikexperten. Mit Hilfe der Plattform konnten alle Beteiligten jederzeit mit der gleichen und immer aktuellen Datenbasis arbeiten und so einen reibungslosen Projektablauf innerhalb der definierten Projekt-Zeit sicherstellen.

Showcase: Um eine Wasserstoffbrennstoffzelle als nachhaltiges Mobilitätskonzept zu realisieren, haben sich fünf Partner zusammengeschlossen, die alle ihre Expertise in das Projekt mit einbringen.

Foto: Dassault Systèmes

Zu Beginn des Projekts ermittelte e.Volution als Hersteller des Fahrzeugs anhand eines virtuellen Zwillings die optimale Position sowie den Platzbedarf der Brennstoffzelle im Fahrzeug. Auf diese Anforderungsdaten an die Brennstoffzelle konnte Graebener Bipolar Plate Technologies im Anschluss problemlos zugreifen und das Design entsprechend anpassen. VAF wiederum hatte direkt alle benötigen Informationen zur Entwicklung der Produktionsmaschine für die Brennstoffzellen-Stacks und Omron erhielt alle notwendigen Anforderungen zur Auslegung der Roboter-Greifer-Applikation und der Maschinensteuerung.

Dieses Ineinandergreifen der Prozessketten im Entwicklungs- und Herstellungsprozess hatte jedoch nicht nur für das Engineering viele Vorteile: Der direkte Zugriff auf alle Daten ermöglichte es auch Abteilungen, die nicht direkt an die Entwicklung und Produktion angegliedert sind, ihre Arbeit frühzeitig aufzunehmen. Die vorhandenen 3D-Modelle, also der virtuelle Zwilling, ließen sich beispielsweise für das Erstellen von Marketingmaterial oder von Inbetriebnahme- und Servicedokumentationen der Produktionsmaschine nutzen. Dies wird anhand von Demonstrationen über alle Prozesse des Produktlebenszyklus der Produktionsmaschine vom 8. bis 10. November auf der SPS dargestellt.

Kernaspekt 2: Nachhaltigkeit

Ohne den Einbezug von Umweltfaktoren wie der CO₂-Bilanz lässt sich kein nachhaltiges Mobilitätskonzept umsetzen. Um dies stringent zu gewährleisten, wird beispielhaft im Messe-Showcase bei der Entwicklung der Brennstoffzellenstack-Anlage dargestellt, wie Nachhaltigkeit in jedem Prozessschritt beachtet wurde. Mit der Ökobilanzierungslösung „Sustainable Innovation Intelligence“ auf der 3DExperience-Plattform konnten die Partner die Umweltauswirkungen der Produkte und Prozesse jederzeit einsehen und so den „CO₂-Fußabdruck“ über den gesamten Lebenszyklus minimieren – egal ob Engineering, Vertrieb, Logistik oder Produktion. Jede Entscheidung stützte sich entsprechend auf fundierte und geprüfte Daten. Beispielsweise ließen sich die Auswirkungen der Optimierung des Gewichts des Roboter-Greifer-Systems zum Stapeln der einzelnen Brennstoffzellen auf den Energieverbrauch der gesamten Maschine virtuell ermitteln.

Kernaspekt 3: Workforce

Mit Hilfe des virtuellen Zwillings der Maschine lassen sich im Entwicklungsprozess auch ergonomische Aspekte für die manuelle Arbeit an der Produktionsmaschine berücksichtigen und so die Arbeitsposition der Mitarbeitenden angenehmer und schonender gestalten. Der Einsatz von Virtual und Augmented Reality erleichtert den Montagekräften den Aufbau und die Inbetriebnahme der Anlage beim Kunden und ermöglicht es Monteuren, Servicemitarbeitern und dem Produktionspersonal, sich vorab durch Trainings am virtuellen Zwilling mit der Maschine vertraut zu machen.

Kernaspekt 4: Service

Betrachtet man den Lebenszyklus einer Maschine, nehmen Entwicklung und Fertigung einen vergleichsweise kleinen Zeitraum ein, während sie dagegen oft mehrere Jahrzehnte in Betrieb ist. Ob Wartung, Fehlerbehebungen, wertsteigernde Nachrüstungen oder letztlich die Demontage und das Recycling der Maschine – alle diese Punkte bilden einen entscheidenden Teil der Wertschöpfung und ergeben neue Geschäftsmodelle, das Stichwort dazu lautet: „Equipment as a Service“.

Um die gesamte Lebensdauer zu unterstützen, benötigen Maschinen- und Anlagenbauer einen spezifischen virtuellen Zwilling der Maschine oder Anlage beim Kunden. Er ermöglicht es Maschinenherstellern und -nutzern, Serviceeinsätze zu optimieren. Beispielsweise helfen Erfahrungswerte über die Abnutzung und Lebensdauer bestimmter Teile bei Wartungsarbeiten – Schlagwort: Predictive Maintenance. Gleichzeitig erleichtert er Technikern den Service vor Ort, da sie anhand dessen genau wissen, welche Ersatzteile benötigt werden – oder sie können statt langer Anreise einfache Wartungen remote durchführen. Im Optimalfall sind der Service Twin und der Engineering Twin nahtlos miteinander verknüpft, sodass Daten aus der Maschine im Betrieb schnellstmöglich für Optimierungen in die Produktentwicklung einfließen können – und umgekehrt.

Die „Blaupause“ für eine nachhaltige Zukunft

Dassault Systèmes, e.Volution, Omron, VAF und Graebener Bipolar Plate Technologies zeigen mit ihrem Showcase, wie man gemeinsam schnell ans Ziel kommen kann. Die Zusammenarbeit auf einer gemeinsamen Plattform über den gesamten Lebenszyklus hinweg – und der nahtlose Austausch unter ständigem Einbezug kritischer Umweltaspekte – bilden die Grundpfeiler, um Innovationen auf den Weg zu bringen, die den höchsten Anforderungen an Nachhaltigkeit gerecht werden.

Der gesamte Showcase wurde im Rahmen des „Engineering Collaboration Networks“ (ECN) von den Beteiligten entwickelt. ECN ist eine gemeinsame Initiative des Fraunhofer-Instituts für Entwurfstechnik Mechatronik IEM, das am Standort Paderborn Expertise für intelligente Mechatronik im Kontext Industrie 4.0 bietet, und von Dassault Systèmes. Mit Hilfe des Netzwerks wurde die Demonstration in nur drei Monaten realisiert und damit die effiziente Zusammenarbeit durch die cloud-basierte 3DExperience-Plattform unter Beweis gestellt.