Standardisierung von Schnittstellen für internetbasierte Lohn- und Auftragsfertigung

Projekttitel: Standardisierung von Schnittstellen für internetbasierte Lohn- und Auftragsfertigung

Ideengeber*in:

Potenzielle Projektpartner*innen

Das vollständige Konsortium ist erst nach dessen Konstituierung bekannt, eine Mitwirkung weiterer Firmen wird begrüßt, die Akquise bei Bewilligung des Projekts fortgesetzt. Im Folgenden werden nur jene Projektpartner aufgelistet, die Ihre Bereitschaft zur Mitwirkung an einer DIN SPEC bereits im Vorfeld der Beantragung bekundet haben:  

• Dr. Christian Heining, BAM GmbH,
• Dr. Daniel Michaelis, LASERHUB GmbH
• Dr. Matthias Herz, Siemens AG
  
  

Darüber hinaus ist die fabrikado GmbH sowie die Orderfox AG angefragt, eine namentliche Nennung der Ansprechpartner bleibt aufgrund deren fehlendes Einverständnis aus. Die Antworten stehen aufgrund temporärer Abwesenheit der Verantwortlichen aus.

Ausgangslage

Die Komplexität in der industriellen Produktion nimmt stetig zu. Gründe hierfür sind eine steigende Individualisierung von Produkten und eine damit notwendige Integration von Kundenanforderungen in unterschiedlichen Phasen des Produktionsprozesses. Ferner sinken Produktlebenszyklen und hierdurch die Planungszeiten von Entwicklung über Lieferantenauswahl bis hin zur Montage und Auslieferung. Zur besseren Beherrschung der Komplexität senken Unternehmen oftmals die eigene Wertschöpfungstiefe, woraus eine stärkere Integration der Lieferanten in den Produktionsprozess resultiert und damit deren Verantwortung und Einfluss auf den Produkterfolg signifikant steigt. Die Auswahl von Partnern, welchen einzelne Aufgaben oder komplexe Aufgabenbündel übertragen werden können, erfolgt in der Regel manuell, auf Basis von Fachwissen und Erfahrung von Experten. Ein innovativer Ansatz, um Kooperationen effizient zu gestalten, sind digitale Plattformen und smart Services. Digitale Plattformen sind die wesentlichen Treiber des wirtschaftlichen Wandels und verdrängen die klassischen, einseitigen Märkte [1]. Sie erlauben, durch die Vernetzung der relevanten Plattform-Akteure, eine neue Art des Wettbewerbs und der Wertschöpfung [2]. Digitale Plattformen als Intermediär zwischen den Partnern ermöglichen eine automatisierte und optimierte Lieferantenauswahl. So werden Anwender über Cloud Manufacturing (CM) Plattformen in die Lage versetzt, einzelne Bauteile extern als Dienstleistung automatisiert zu beauftragen. Dies reduziert den Aufwand für die Produktionsplanung, unterstützt die notwendige Flexibilität von "Just in Time"-Produktionen sowie den wachsenden Trend zur kundenindividuellen Massenproduktion [3].  Cloud Manufacturing ist somit die digitale Form der Lohn- und Auftragsfertigung.

Charakteristisch für CM ist die virtuelle Repräsentation der vorhandenen Fertigungseinrichtungen [4] und ein Web-Oberfläche für Verwaltungs- und Beauftragungsaufgaben [5]. Die Auswahl der Fertiger erfolgt in unterschiedlichen Mustern. Zugrunde gelegt werden können, je nach Plattform, entweder ortsbasierte, wirtschaftliche oder technische Kriterien. Die Beschreibung des Zielprodukts oder Werkstücke erfolgt in der Regel durch Computer Aided Design (CAD)-Dateien, insbesondere der „Standard for the exchange of product model data“ (STEP) nach ISO 10303 ist zum Austausch-Datenformat zur einheitlichen Beschreibung von Produktdaten verbreitet. Ein einheitliches semantisches oder syntaktisches Verständnis über Außenschnittstellen für die internetbasierte Lohn- und Auftragsfertigung existiert jedoch nicht. Die Anbindung von CM-Plattformen an die IT-Systemlandschaft der Endkunden, beispielsweise deren Beschaffungssoftware, ist bisher unüblich.

[1] A. Baums, M. Schössler und B. Scott, „Industrie 4.0: Wie digitale Plattformen unsere Wirtschaft verändert – und wie die Politik gestalten kann,“ Kompendium Digitale Standortpolitik, Bd. 2, 2015.

[2] A. Hagiu und S. Rothman, „ Network effects aren’t enough. In: Harvard business review,“ Harvard business review, Nr. 94, pp. 65-71, 2016.

[3] R. Y. Zhong, X. Xu, E. Klotz, and S. T. Newman, “Intelligent manufacturing in the context of industry 4.0: a review,” Engineering, vol. 3, no. 5, pp. 616–630, 2017.

[4] U. Rauschecker, M. Stöhr, and D. Schel, “Requirements and concept for a manufacturing service management and exe-cution platform for customizable products,” in ASME 2013 International Manufacturing Science and Engineering Conference collocated: American Society of Mechanical Engineers, 2013.

[5] D. Wu, M. J. Greer, D. W. Rosen, and D. Schaefer, “Cloud manufacturing: Strategic vision and state-of-the-art,” Journal of Manufacturing Systems, vol. 32, no. 4, pp. 564–579, 2013.

Nutzen

Erklärtes Ziel dieses Vorhabens ist es den Austausch von Anbietern internetbasierter Lohn- und Auftragsfertigung anzuregen und eine Vereinheitlichung von Außenschnittstellen zu ermöglichen. 

Worin liegt das Optimierungspotential?

Cloud Manufacturing Plattformen basieren, wie in der Ausgangslage beschrieben, auf einer Web-basierten Benutzeroberfläche. Diese Einschränkung führt weiterhin zu einem Bruch in der Informationsverarbeitung und bedarf menschlicher Interaktion. Erst durch Programmierschnittstellen (APIs) wird die Integration der Bedienung in die Firmeneigene IT- und Systemlandschaft der Auftraggeber ermöglicht und somit eine Grundlage für die weitere Automatisierung der Beauftragung gelegt. Um Endkunden zu erreichen muss die Integration möglichst niederschwellig gestaltet sein und einen Lock-in-Effekt durch erste Investitionen muss vermieden werden. Aus diesem Grund muss der Datenaustausch standardisiert werden, es braucht einheitliche Schnittstellen - in erster Linie eine gemeinsame semantische und syntaktische Bedarfs-, Dienstleistung- und Produktbeschreibung, die sowohl technische als auch wirtschaftliche Parameter umfasst.

Wer profitiert von der Innovation und dem Standard?

Durch eine Vereinheitlichung und Standardisierung von Schnittstellen wird die Anbindung von Firmenspotwarte an Plattformen ermöglicht und gleichzeitig der Lock-in-Effekt, also die Bindung der Auftraggeber an eine der CM-Plattformen, verhindert. Auf diese Wiese profitieren sowohl Auftraggeber als auch Plattformanbieter.

Wird die Integration nicht nur auf die Auftragsvergabe, sondern auch auf das Onboarding von potentiellen Auftragnehmern an die Plattform aufgerollt, profitieren nicht nur Auftraggeber, sondern auch potentiellen Auftragnehmer und somit mittelfristig die gesamte fertigende Industrie im Wirkungsbereich der DIN.

Wie werden die Ergebnisse nach Projektabschluss verwertet?

Die Bemühungen führen während der Projektlaufzeit zu einer DIN SPEC. Eine Überführung in einen DIN Standard im Nachgang an die Projektlaufzeit wird angestrebt.

Skizzieren Sie bitte die europäische/internationale Bedeutung

Durch fortschreitende Digitalisierung und die so getriebene Globalisierung ist die angestrebte Standardisierung von Schnittstellen von internationaler Bedeutung. Der aufgezeigte Bedarf ist nicht auf den rein deutschsprachigen Raum begrenzt.

Bestehen Einreichungsmöglichkeiten bei Europäischen und internationalen Normungsorganisationen (CEN/CENELEC/ISO/IEC)?

Aus der internationalen Bedeutung ergeben sich entsprechende Einreichungsmöglichkeiten bei Europäischen und internationalen Normungsorganisationen. Umsetzungsmöglichkeiten sind im Anschluss an das Projekt zu klären.

Skizzieren Sie bitte die Markt- und gesellschaftliche Relevanz

Durch den leichten Zugang zu CM-Plattformen kann die Standardisierung von Schnittstellen noch unbekannten Unternehmen dabei helfen sich leichter am Markt zu etablieren, die die Sichtbarkeit der eigenen Leistungsfähigkeit steigt. Zudem wird Deutschland als Produktionsstandort weiter etabliert und Produktionsschwankungen können leichter ausgeglichen werden.

Kompetenzen und Ressourcen

Mit dem Forschungsprojekt Rent’n’Produce, durchgeführt im Auftrag der Baden-Württemberg Stiftung, wurde am ISW eine CM-Plattform für akademische Zwecke entwickelt [6]. Diese Plattform greift auf die bestehende Infrastruktur und Vernetzung in produzierenden Unternehmen zurück und ermöglicht die Beauftragung von Maschinen und Anlagen vom Office-Floor über die Cloud bis in die Shopfloor-Ebene hinab. Im Rahmen einer Umfrage [7] unter produzierenden Unternehmen wurden Vorbehalte, Erwartungen und Hemmnisse des Paradigmas untersucht und der Bedarf einer einheitlichen Schnittstelle zur Anbindung von Plattformen an den Office-Floor der Unternehmen identifiziert. Das Projekt trägt somit zur wesentlichen Ausgangslage dieses Standardisierungsvorhabens bei. Basierend auf diesen fachlichen Vorarbeiten und den Erfahrungen der Gremienarbeit aus dem GMA-Fachausschuss „Industrie 4.0“ sowie des VDW-Arbeitskreises UMATI ist das ISW als neutrale Forschungseinrichtung prädestiniert die Standardisierung von Schnittstellen für die internetbasierte Lohn- und Auftragsfertigung zu moderieren.

Im Konsortium sind mit BAM und LASERHUB zwei CM-Plattform-Betreiber vertreten, deren Plattformen unterschiedliche Geschäftsmodelle verfolgen und in ihrer Gesamtheit additive wie subtraktive Fertigungsverfahren abbilden. Die Siemens AG bringt mit ihren Tochter- und Partnerunternehmen ein breites Netzwerk und Erfahrungen in den Bereichen der Officefloor- und Shopfloor-IT sowie als Betreiber einer Infrastrukturplattform ein.

Durch die laufenden Anfragen bei fabrikado und Orderfox sowie, bei Bewilligung des Projekts, anstehenden Vernetzungsbemühungen bis zur Konstituierung des Konsortiums ist der Antragsteller zuversichtlich die Anbieter internetbasierter Lohn- und Auftragsfertigung repräsentativ zu vertreten.

[6] C. Ellwein, O. Riedel, O. Meyer, D. Schel, "A secure cloud manufacturing platform for small and medium enterprises", In: Conference Proceedings ICE/IEEE ITMC 2018.

[7] C. Ellwein, A. Lechler, O. Riedel, "Cloud-Service zur Beauftragung und Steuerung von Fertigungssystemen: Vorbehalte und Erwartungen der Industrie", In: Digital Transformation Convention : WEKA Fachmedien, 2017.

Standardisierungsscope

Der geplante Standard definiert Anforderungen an Syntax und Semantik von Softwareschnittstellen für internetbasierte Lohn- und Auftragsfertigung.