Software-definierte Fertigung: Das Ziel vor Augen

Zwei Drittel sind geschafft: Das im Oktober 2021 mit einer Laufzeit von drei Jahren gestartete, öffentlich geförderte Projekt „SDM4FZI – Software-defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie“ biegt auf die Zielgerade ein. Die Vision des Software-defined Manufacturings (SDM, deutsch: Software-definierte Fertigung) ist es, die Entwicklung und den Betrieb von Produktionssystemen mit etablierten Methoden aus der IT neu zu denken. Hierzu werden Produktionsanwendungen von Hardware und Infrastruktur getrennt. Auch Produktionsanwendungen sind dabei software-definiert – vergleichbar mit Apps auf dem Smartphone. In beiden Fällen, Produktionssystem oder Smartphone, wird der Einsatzzweck durch die verwendeten software-basierten Applikationen maßgeblich geprägt. Dieses Prinzip wird im öffentlich geförderten Projekt „SDM4FZI - Software-defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie“ auf die industrielle Produktion übertragen.

Das Aufgabenfeld ist groß, deswegen tritt Bosch als Konsortialführer gleich mit mehreren Organisationseinheiten auf, die gemeinsam an der software-definierten Fertigung von morgen arbeiten: Die Bereiche Bosch Connected Industry, Bosch Manufacturing Solutions und Bosch Research beschäftigen sich mit den benötigen Informations- und produktionstechnischen Grundlagen und Modellen. Der Bereich Automotive Steering fungiert als Anforderungsgeber und Fertigungsexperte. Bosch Rexroth treibt vorrangig den Aufbau benötigter digitaler Zwillinge voran.

Die Potenziale der software-definierten Fertigung für Bosch lassen sich grob in zwei Gruppen einordnen: Erstens: die Geschwindigkeit. Software-first-Ansätze wie automatisierte Rekonfiguration von Produktionssystemen mit Optimierungsverfahren und virtueller Inbetriebnahme tragen dazu bei, beispielsweise die Zeit zu reduzieren, die ein Produkt von der Idee bis zur Markteinführung benötigt (engl.: Time-to-maket). Zweitens: die Kosten. Durch die Modularisierung von Hardware und Software kann ein großer Anteil von Prozessmodulen, Produktionsstationen und -linien wiederverwendet werden. Der Aufwand zur Rekonfiguration sinkt.

Zur Umsetzung des Paradigmas der software-definierten Fertigung greifen eine Vielzahl technologischer und konzeptueller Puzzlestücke ineinander. Die Bosch Forschung setzt hier zwei Schwerpunkte: Virtualisierung von Steuerungstechnik sowie modulare und wandlungsfähige Produktionssysteme. Die Virtualisierung von Steuerungstechnik hat das Ziel die Maschinensteuerung aus dem Schaltschrank in der Fabrikhalle auf einen nahen Server zu verlagern. Ein beispielhafter Vorteil ist die Updatefähigkeit. So können ältere, leistungsschwächere Steuerungen mit neuen modernen Funktionen erweitert und Fehler in der Applikation, sogenannte „Bugs“, zentral behoben werden. Bosch forscht hierfür unter anderem an Mechanismen zur Realisierung verteilter und zuverlässiger (Echtzeit)-Applikationen als auch zum automatisierten Verteilen von Konfigurationen. Darüber hinaus gilt es, die Planung und Rekonfiguration von modularen und wandlungsfähigen Produktionssystemen zu beschleunigen, um am Markt bestehen zu können. Der übliche lineare Planungsansatz wird dazu in eine iterative Planung transformiert. Diese ist durch kombinierbare Simulations- und Optimierungstools für unterschiedliche Planungsaufgaben geprägt und erlaubt so einen agileren Planungsprozess. Um die Potenziale dieses Ansatzes voll auszuschöpfen, wird ein modulares und wandlungsfähiges Stationskonzept weiterentwickelt, das aufgrund der systematischen Trennung von Prozessmodulen und Produktions-Grundstation eine hohe Flexibilität bietet.

Das öffentlich geförderte Projekt SDM4FZI betreibt anwendungsnahe Forschung, in der Ergebnisse häufig durch Demonstratoren sichtbar gemacht werden. Nach dem Ende des Projekts werden die Ergebnisse in den nächsten Jahren in konkrete und für Bosch industriell nutzbare Anwendungen überführt.