Digitale Transformation

Digitalisierung für die hohe See

Die Sonne scheint in Hamburg, die milde Herbstluft ist in Bewegung. Dabei hatte ich mich perfekt für Regenwetter ausgerüstet. In einem Konferenzhotel direkt am Hafen versammeln sich Anfang Oktober Schiffbauer aus aller Welt zum CADMATIC Digital Wave Forum. Das User Meeting lädt ein, CADMATICs CAD-Anwendung für den Schiffbau zu erleben und aus erster Hand von aktuellen Trends, Produkterweiterungen und Neuentwicklungen zu erfahren. Das Highlight: CADMATIC Wave, eine integrierte CAD-PLM-Lösung speziell für den Schiffbau, die CADMATIC zusammen mit CONTACT entwickelt.

Modellvisualisierung vereinfacht Datensuche und Zusammenarbeit

Nach dem ersten Kaffee sortieren wir uns allmählich in den Konferenzsaal, der Vormittag ist gefüllt mit Zahlen und Fakten rund um CADMATICs Digitalisierungsstrategie. Am Nachmittag präsentiert unser Geschäftsführer Maximilian Zachries den rund 200 Teilnehmenden CADMATIC Wave. Wir demonstrieren erste Funktionalitäten des integrierten Produktdatenmanagements (PDM) und sehen einige gezückte Telefone, um schnell ein Foto von der Neuerung zu machen. Ich bin etwas aufgeregt, jetzt ist es offiziell. Jetzt muss auch das Datenmodell her. Und das ist gar nicht so einfach.

Cadmatic's Atte Peltola introduces the audience to Cadmatic Wave

Atte Peltola von CADMATIC präsentiert CADMATIC Wave. (© CADMATIC)

Der Ruf aus allen Ecken nach einem Datenmodell für den Schiffbau trägt mich durch die drei Hamburger Tage. In meinen Gesprächen auf der Konferenz wird deutlich, dass die Informationen, die im Schiffsentstehungsprozess benötigt und erzeugt werden, am Modell verortet werden können müssen. Modellzentriert also: die Schiffsgeometrie wird inklusive Equipment, Ausstattung und Logistik visualisiert. Über die einzelnen Teile des Modells lassen sich Informationen abrufen und hinzufügen. Modellvisualisierungen ermöglichen für alle beteiligten Gewerke eine gemeinsame und intuitive Sicht auf das Schiff und vereinfachen unter anderem die Informationssuche erheblich. So werden Engineering-Tätigkeiten und die Zusammenarbeit, auch mit Partnern, effizienter.

Datenmodell auf Basis der Schiffsgeometrie birgt Herausforderungen

Als ich mich mit einem Mitarbeiter der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU) unterhalte, stellt sich uns allerdings die Frage: Ist die geometrische Form überhaupt geeignet, um darüber eine generische Produktstruktur für die Datenhaltung im PDM zu generieren? Als Platzhalter in einem Datenmodell gibt es in so einem Schiff immerhin ziemlich viele Orte. Und ich nehme das hier mal vorweg: Datenmodelle organisieren sich normalerweise über die Prozesse in der Produktentstehung und nicht über die Geometrie eines Schiffsmodells. Ich bin gespannt, wie wir diese Herausforderung in CADMATIC Wave lösen werden.

Die Abendveranstaltung findet auf der Cap San Diego statt, einem Museumsschiff im Hamburger Hafen. Das rustikale Flair eines Schiffsbauchs und ein reichlich gedecktes Buffet schaffen eine gemütliche Atmosphäre für angeregte Unterhaltungen. Ich führe Gespräche über das Leben in Finnland und Norwegen und über den Unterschied zwischen Informations- und Datenmanagement. Der Abend endet stürmisch und regnerisch, endlich kommt meine Regenausrüstung zum Einsatz und ich komme trocken und warm ins Hotel zurück.

SEUS hebt europäischen Schiffbau auf die nächste Effizienzstufe

Auf dem CADMATIC Digital Wave Forum treffe ich auch zum ersten Mal meine Konsortialpartner aus dem Projekt Smart European Shipbuilding (SEUS). Darunter neben Vertreter:innen der NTNU und von CADMATIC auch Mitarbeitende von zwei Werften, der norwegischen Ulstein Group und der spanischen Astilleros Gondan SA. SEUS ist ein EU-gefördertes Forschungsprojekt mit dem Ziel, eine integrierte CAD- und PLM-Lösung für den Schiffbau zu entwickeln. Dabei wollen wir noch über die Funktionalitäten hinausgehen, die wir in CADMATIC Wave entwickeln. Beispielsweise mit einem Knowledge Management und der Nutzung von KI für die Suche innerhalb von Produktdaten.

In diesem Zusammenhang spielt uns die breite Aufstellung unserer Forschungsabteilung CONTACT Research in die Hände. Einerseits forschen wir in der Research Area Digital Lifecycle Management an Digitalisierungsstrategien für verschiedene Branchen. Andererseits zählt auch Künstliche Intelligenz zu unseren Forschungsschwerpunkten. Mit der KI-Produktdatensuche, wie wir sie in SEUS implementieren wollen, können wir also unser selbst auferlegtes Credo „Bringing artificial intelligence into the engineering domains“ mit Leben füllen.

Drei Tage in Hamburg gehen zu Ende und es bleiben drei starke Eindrücke:

Es ist notwendig, ein abstraktes Datenmodell für den Schiffbau zu entwerfen. Eines, das im Kern die Module eines Schiffes enthält und dennoch auf die speziellen Bedürfnisse jedes Schiffbauers angepasst werden kann. Dieses Datenmodell muss eng mit dem Entwicklungsprozess verknüpft sein.
Der persönliche Austausch und das persönliche Kennenlernen sind für mich in diesem mir neuen Arbeitsbereich eine bereichernde Erfahrung. Und dieses positive Gefühl motiviert mich weiter in meiner Arbeit im SEUS-Projekt.
Regensachen sind in Hamburg Pflicht.

Die Verwaltungsschale als Katalysator der Industrie 4.0

„Land der Dichter und Denker“ oder „Land der Ideen“: Deutschland ist sichtlich stolz auf seine Leistungen in Wissenschaft, Literatur und Ingenieurskunst. Und auf seine akribische Bürokratie, die auf absolute Präzision einer Aussage oder Angabe abzielt. In Kombination entstehen daraus bei der Benennung technischer Begriffe oft ungelenke Wortschöpfungen. Aktuelles Beispiel hierfür ist die Verwaltungsschale. Deren innovatives Potenzial und zentrale Bedeutung für die Industrie 4.0 lassen sich anhand des Begriffs nicht direkt erschließen.

Was ist eine Verwaltungsschale?

Die Verwaltungsschale ist eine standardisierte, vollständige digitale Beschreibung eines Assets. Es handelt sich um die sehr deutsche Übersetzung des englischen Begriffs Asset Administration Shell (AAS).

Ein Asset ist im Grunde alles, was sich als Teil einer Industrie 4.0-Lösung anschließen lässt. Zum Beispiel Maschinen und Anlagen oder Produkte sowie deren einzelne Komponenten. Die AAS enthält darüber sämtliche Informationen. In einer vernetzten Industrie ermöglicht sie den Austausch und die Interaktion zwischen unterschiedlichen Assets, Systemen und Organisationen.

AAS = Metamodell

Die Verwaltungsschale ist aktuell das Schlagwort in der Digitalisierung. Wie bei vielen neuen Themen gehen die Definitionen auch hier auseinander. Häufig sind sie recht weit gefasst. Von sehr konkret, wie der AAS als Umsetzung des Digitalen Zwillings für Industrie 4.0, bis hin zur lockeren Beschreibung der AAS als „Datenstecker“ oder „Integrationsstecker“ für digitale Ökosysteme.

Ich bevorzuge die Darstellung der Verwaltungsschale als ein Metamodel zur Selbstbeschreibung eines Assets. Mit diesem Metamodell lassen sich weitere Modelle erzeugen, um Informationen gesammelt bereitzustellen. Durch den Einsatz von Software werden diese Modelle dann zum „Leben erweckt“. Über Schnittstellen können Unternehmen sie anderen Stakeholdern (zum Beispiel Lieferanten oder Partnern) zur Verfügung stellen.

Konzept und Anwendung der Verwaltungsschale

Als digitales Abbild eines Assets stellt die Verwaltungsschale durch seine Teil- bzw. Submodelle Informationen oder Funktionen zu einem bestimmten Kontext bereit. Beispiele hierfür sind unter anderem

digitale Typenschilder,
technische Dokumente,
die Komponenten- beziehungsweise Asset-Struktur,
Simulationsmodelle,
Zeitreihendaten oder auch
nachhaltigkeitsrelevante Informationen wie der CO₂-Fußabruck.

Die Daten entstehen entlang der verschiedenen Phasen des gesamten Lebenszyklus. Welche Informationen zu einem Asset von Bedeutung sind, hängt vom konkreten Wertschöpfungsnetzwerk ab.

So werden Submodelle in bestimmten Lebenszyklusphasen initial erstellt, in darauffolgenden Phasen konkretisiert, ausgeprägt und im weiteren Verlauf um Informationen angereichert oder aktualisiert. Dabei bezieht sich die Verwaltungsschale mal auf eine sehr generische (Typ) oder eine sehr konkrete (Instanz) Darstellung eines Assets. So, wie sich Assets über die Zeit verändern (as-defined, as-designed, as-ordered, as-built, as-maintained), verändert sich auch die Verwaltungsschale. Daher können für ein Asset im Verlauf des Lebenszyklus mehrere Verwaltungsschalen existieren.

Wie erfolgt der Informationsaustausch?

Um die Informationen in der Verwaltungsschale im Rahmen seines Wertschöpfungsnetzes zu nutzen, müssen diese zugänglich sein. Der Zugriff erfolgt meist über das Internet beziehungsweise über die Cloud (Repository-gehaltene AAS). Bei intelligenten Systemen kann die Verwaltungsschale auch Teil des Assets selbst sein (Asset-gehaltene AAS).

Der Informationsaustausch erfolgt auf verschiedenen Wegen:

Über Dateien, sogenannte AASX-Files (AAS Typ 1).
Über eine Server-Client-Interaktion, zum Beispiel via RestAPI (AAS Typ 2).
Mittels Peer-to-Peer-Interaktion (AAS Typ 3). Dabei bauen Verwaltungsschalen unter Anwendung der sogenannten I4.0-Sprache eigenständig Kontakt zueinander auf. Dies ermöglicht es, Aufgaben kooperativ durchzuführen.

Herstellerübergreifende Standards verbinden

Für welche Art der Verwaltungsschale man sich auch entscheidet: Wichtig ist, dass Empfänger und Bereitsteller dieselbe Sprache sprechen. Dafür muss der Austausch konkreter Informationsinhalte standardisiert sein. In Anbetracht der Menge an Branchen, Szenarien, Assets und Funktionen sind das immens viele Teilmodelle, die es zu standardisieren gilt.

Organisationen und Vereine wie die Industrial Digital Twin Association (IDTA), bestehend aus Forschungsinstituten, Industrieunternehmen und Software-Anbietern, nehmen sich dieser Mammutaufgabe an. Die rasant wachsenden Mitgliederzahlen sowie der rege Austausch auf Messen und Fachtagungen verdeutlichen den hohen Stellenwert für die Industrie. Hierbei gilt es, kleine und mittelständische Unternehmen nicht abzuhängen, sondern bestmöglich in die Standardisierungsarbeit einzubinden.

Wir treiben das Konzept der Verwaltungsschale voran

Die Verwaltungsschale ist Dreh- und Angelpunkt für erfolgreiche Industrie 4.0-Szenarien. Sie ermöglicht herstellerunabhängige Interoperabilität und vereinfacht die Integration aller Arten von Assets zu einem kollaborativen Wertschöpfungsnetzwerk. Sie steigert durch eine lückenlose Transparenz des Echtzeit-Zustands jedes Assets die Effizienz innerhalb der Produktionsprozesse. Und sie bietet darüber hinaus ein umfassendes Sicherheitskonzept zum Schutz der Daten.

Innerhalb kürzester Zeit hat sich die Verwaltungsschale damit von einem theoretischen Konstrukt zu einer realen Praxisanwendung gewandelt. Gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie arbeiten wir als Mitglied der IDTA und im Rahmen der Forschungsprojekte ESCOM und Flex4Res daran, die Technologie in der industriellen Breite nutzbar zu machen.

Anwendungsfall kennenlernen

In CONTACT Elements for IoT können Sie Verwaltungsschalen Ihrer Assets anlegen, verwalten und teilen. Wie Unternehmen davon profitieren, lesen Sie in unserem Blogbeitrag „Die Verwaltungsschale in der Praxis“.

Mit der Digitalisierungsroadmap zum ganzheitlich digitalen Unternehmen

Die Digitalisierung von Unternehmensprozessen hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Aufmerksamkeit erfahren. Zum einen legte die Corona-Pandemie digitale Defizite schonungslos offen, zum anderen sind Unternehmen in Anbetracht des politischen, gesellschaftlichen und ökologischen Wandels mehr denn je gefordert, agiler und nachhaltiger zu handeln. Motivation ist also ausreichend vorhanden und die Fortschritte in der Digitalisierung werden mehr und mehr sichtbar. Die Umsetzung erfolgt dabei jedoch meist weniger anhand einer Digitalisierung sroadmap, die die Meilensteine und Wegpunkte bis zum Ziel aufzeigt, sondern eher nach der sprichwörtlichen Salamitaktik.

Häppchenweise Digitalisierung birgt Risiken

Wenn ich mit Vertretern mittelständischer Unternehmen über das Thema Digitalisierung spreche, lautet die Antwort häufig: Ja, das machen wir laufend! Als Beispiele folgen dann unter anderem Maßnahmen wie die Erstellung von Policies zur unternehmensweit stärkeren Nutzung der Features von Office-Software, die Einführung eines Tickesytstems oder die Nutzung eines Requirements Management Tools in der Produktentwicklung.

Dies spiegelt die weit verbreitete Praxis wider, Digitalisierungsprojekte bereichs- oder abteilungsweise, bezogen auf einzelne Aufgabenstellungen oder Teilprozesse durchzuführen. Es scheint auf den ersten Blick oft attraktiv, Projekte aus Bereichs- oder Standortsicht zu planen und umzusetzen, denn der Abstimmungsaufwand ist geringer und bereichsspezifische Lösungen können vermeintlich schnell umgesetzt werden.

Grundsätzlich ist die Durchführung anspruchsvoller Projekte in überschaubaren Schritten eine sinnvolle Vorgehensweise. Schnell Nutzen zu erzeugen und Digitalisierungsfortschritte kontinuierlich sichtbar zu machen, ebenfalls. Allerdings birgt das fragmentierte Vorgehen auch Risiken: Dann nämlich, wenn das Zielbild der Digitalisierung unklar und der Weg dorthin nicht ausreichend beschrieben ist. Hier besteht die realistische Gefahr, wesentliche Ziele von Digitalisierungsprojekten nicht zu erreichen. Wie zum Beispiel die Potenziale neuer, digitaler Geschäftsmodelle nicht auszuschöpfen und damit die digitale Transformation des Unternehmens nicht voranzutreiben. Oder die unternehmensweiten und unternehmensübergreifenden Datenschätze nicht zu nutzen, wenn der Fokus nur auf lokalen Optimierungen liegt.

Die Vorteile einer Digitalisierungsroadmap

Um es vorwegzunehmen: Mit einer Roadmap zur Digitalisierung können Unternehmen die oben genannten Risiken mit wenig Aufwand minimieren. Sie bietet eine verlässliche, mittelfristige Guideline für alle Digitalisierungsaktivitäten im Unternehmen, ausgerichtet auf ein klares Zielbild. Mit ihren unterschiedlichen Perspektiven auf das Thema Digitalisierung adressiert sie sowohl die Fachabteilungen, die IT als auch das Management. Dabei sollte die Digitalisierungs-Roadmap einige wesentliche Informationen beinhalten:

Welchen Digitalisierungsgrad hat das Unternehmen?
Die Basis der Digitalisierungsroadmap bildet die Bestandsaufnahme des aktuellen Digitalisierungsgrades im Unternehmen. Dazu werden die bereits bestehenden Zielbilder, Anforderungen und Aktivitäten in den unterschiedlichen Unternehmensbereichen und -hierarchien gesichtet. Gängige Reifegradmodelle helfen, den Digitalisierungsgrad des Unternehmens einzuschätzen.
Was ist das Zielbild?
Steht das Status quo fest, kann ein klares, abgestimmtes Zielbild der Digitalisierung entworfen werden. Das Zielbild enthält einen Überblick über die zukünftigen digital durchgängigen Geschäftsprozesse sowie die zukünftige Applikationsarchitektur und die notwendigen Informationsservices.
Welche Teilschritte sind nötig?
Ist das Ziel klar geht es darum, die dafür notwendigen Teilprojekte zu definieren und zu beschreiben. Um die Teilprojekte sinnvoll zu priorisieren, werden die benötigten internen und externen Ressourcen sowie die möglichen Projektrisiken abgeschätzt. Mit den zuvor gewonnenen Informationen aus der Bestandsaufnahme wird zudem das Nutzen- und Geschäftspotenzial der einzelnen Digitalisierungs-Teilprojekte hochgerechnet. Damit ist die Berechnung von Business Cases der geplanten Projekte möglich.

Projektteam und Management sind so in der Lage, über die Teilprojekte und ihre Priorisierung nach objektiven Kosten-/Nutzenkriterien, Ressourcenverfügbarkeit und anderen unternehmens-spezifischen Parametern zu entscheiden. So werden die heutigen Digitalisierungshäppchen zu definierten, bewerteten Teilprojekten innerhalb eines übergreifenden Kontexts.
Wie sieht der Business Case aus?
Der hohe Konkretisierungsgrad der Digitalisierungsaktivitäten, speziell des aussagekräftigen Business Cases, schafft eine wesentliche Voraussetzung für eine belastbare Finanzierung der Digitalisierungsprojekte. So bieten zum Beispiel spezielle IT-Projektfinanzierer ein flexibles Aufstockungsleasing an, das die Leasingraten an den zu erwartenden Nutzenaufwuchs anpasst. Oder auch die Finanzierung der internen Personalressourcen. Mit solchen Finanzierungsmodellen gelingt die Digitalisierung dann sogar ohne Einschränkungen der Liquidität.

Fazit

In der Vergangenheit wurden häufig nur einzelne Vorhaben gestartet. Aktuell nutzen jedoch immer mehr unserer Kunden die Vorteile der strategischen Planung mit Digitalisierungsroadmaps. Sie bieten mit wenig Aufwand eine verlässliche Orientierung für die Digitale Transformation mit einem klaren Zielbild, konkretem Business Case und alternativen Finanzierungsmöglichkeiten.