Industrieunternehmen stehen aktuell vor zwei Herausforderungen: Produkte und Produktionssysteme werden komplexer, während Entwicklungszyklen kürzer und Lieferketten volatiler werden. Das klassische, sequenzielle Engineering mit klar getrennten Verantwortlichkeiten stößt dabei an seine Grenzen. Das Lösungswort heißt Zusammenarbeit: Kollaboratives Engineering gewinnt an Bedeutung.
Kollaboration im Engineering
Kollaboratives Engineering ist ein Ansatz in der Produktentwicklung, bei dem verschiedene Akteure, interdisziplinär sowie standort- und firmenübergreifend, gemeinsam an der Entwicklung eines Produkts arbeiten. Alle beteiligten Disziplinen, von Mechanik, Elektrik, Software, über Simulation bis hin zu Produktion, arbeiten nicht mehr nacheinander, sondern parallel auf einer gemeinsamen, konsistenten Datenbasis. So können mechanische Strukturmodelle bereitgestellt werden, während erste Komponentenlayouts ausgelegt und die Steuerungslogik auf denselben, aktuellen Daten modelliert werden kann.
Der Nutzen liegt auf der Hand: Entwicklungszeiten verkürzen sich, Fehler werden früher erkannt, Änderungen lassen sich schneller bewerten und umsetzen. Vor allem entsteht Transparenz innerhalb des Unternehmens und zunehmend auch über Unternehmensgrenzen hinweg. Arbeiten verschiedene Unternehmen an der Realisierung einer neuen Anlage, haben über das kollaborative Engineering alle die gleiche Datenbasis und können sich schneller austauschen, abstimmen und im Projekt voranschreiten. In einer Industrie, die immer stärker vernetzt agiert, wird diese Form der Zusammenarbeit zur Voraussetzung für Wettbewerbsfähigkeit.
Der digitale Zwilling ist die Schlüsseltechnologie
Die technologische Grundlage des kollaborativen Engineerings ist der digitale Zwilling. Er bildet Produkte, Maschinen und Produktionssysteme digital ab und verknüpft Entwicklungs-, Simulations-, Produktions- sowie Betriebsdaten zu einem konsistenten Gesamtbild. Damit digitale Zwillinge unternehmensübergreifend nutzbar werden, braucht es gemeinsame Datenstandards. Eine zentrale Rolle spielt die Asset Administration Shell (AAS). Sie definiert eine standardisierte, menschen- sowie maschinenlesbare Struktur für digitale Zwillinge und sorgt dafür, dass Informationen aus unterschiedlichen Engineering-Disziplinen interoperabel zusammengeführt werden können.
Der digitale Zwilling ist dabei kein statisches Modell, sondern ein lebendes System. Er dient als gemeinsame Referenz, auf die alle Beteiligten zugreifen können. Auch Änderungen werden transparent, da die Beteiligten die Dateiänderungen dank Versionisierung nachvollziehen können. Ein großer Vorteil liegt in der Simulation: Auswirkungen etwa von Parameteranpassungen lassen sich digital projizieren, sodass Entscheidungen faktenbasiert vorbereitet werden können. Damit wird der digitale Zwilling zur „Single Source of Truth“ für kollaborative Engineering-Prozesse.
Vom Datensilo zum Datenökosystem
Über den Datenraum können Unternehmen Daten direkt mit anderen teilen. Die beteiligten Akteure sind digital verifiziert. Welche Daten für welchen Zweck getauscht werden, ist vertraglich über digitale Policies geregelt. Im Gegensatz zu Plattformanbietern werden keine Daten zwischengespeichert – bis zum Datenaustausch liegt die Datenhoheit vollständig beim Unternehmen.
Auch die Arbeit an einem gemeinsamen digitalen Zwilling eines Projekts würde so geregelt. Standards wie die AAS, das Dataspace Protocol und gemeinsame semantische Modelle sorgen dafür, dass digitale Zwillinge nicht nur technisch, sondern auch organisatorisch übergreifend nutzbar werden können. Diese gemeinsamen Standards, eindeutigen Zugriffsrechte und die technische Souveränität machen das kollaborative Engineering sicher, skalierbar und wirtschaftlich tragfähig.
Die Initiative Manufacturing-X hat sich zum Ziel gesetzt ein Datenökosystem für die produzierende Industrie zu schaffen. Verschiedene, branchenspezifische Datenräume sollen interoperabel miteinander vernetzt sein, sodass die gesamte Industrie – vom Halbleiterproduzent bis zum Flugzeugbauer – sicher, souverän und effizient Daten tauschen kann.
Zusammenarbeit im Datenraum
Das Projekt Semiconductor-X erforscht kollaboratives Engineering in der Halbleiterindustrie. Die beteiligten Unternehmen und Forschungseinrichtungen erproben, wie digitale Zwillinge auf Basis der Asset Administration Shell über Datenräume hinweg genutzt werden können. Dafür wurden dafür bereits spezielle Submodelle der AAS entwickelt und getestet. Die digitale Zusammenarbeit verbessert die Resilienz der beteiligten Unternehmen, da Materialflüsse vorausschaubarer werden. So können bereits in der Entwicklungsphase von Multi-Chip-Modulen relevante Informationen wie Materialeigenschaften, lithografische Randbedingungen oder Prozessparameter eingespeist werden und ermöglichen die Simulation nicht erst im nachgelagerten Testing. Unternehmen können dank dem kollaborativen Engineering über den Datenraum Prozesse adaptiv steuern und auf Abweichungen schneller reagieren, ohne die Datensouveränität der beteiligten Partner zu gefährden.
Das Leuchtturmprojekt Factory-X erforscht das kollaborative Engineering im Maschinen- und Anlagenbau. Hier wird u.a. erprobt, wie digitale Zwillinge von Maschinen über Datenräume zwischen Hersteller, Integrator und Betreiber genutzt werden können, etwa um Anlagen virtuell in Betrieb zu nehmen oder um Umbauten oder Retrofit-Szenarien zu planen. Konstruktionsänderungen an Bauteilen werden in den digitalen Zwilling eingepflegt und können so nahtlos mit Zulieferern abgestimmt werden. Ergänzend werden Möglichkeiten zur Integration durchgängiger Entwicklungswerkzeuge getestet, um den Entwicklungsprozess effizienter zu gestalten und Medienbrüche und hohe manuelle Aufwände zu reduzieren. Mechanik, Elektrik und Automatisierung werden so parallel entwickelt: Baugruppen können modelliert, Schaltschrank- und Verkabelungskonzepte geplant und Steuerungs- und Sicherheitsfunktionen simuliert und implementiert werden. Darüber hinaus könnten so bereits die Fertigungsplanung sowie der Einkauf auf diese Konstruktionsstände zugreifen, um Herstellbarkeit, Montageabläufe und Lieferketten frühzeitig berücksichtigen zu können und mögliche Integrationsprobleme noch vor der physischen Inbetriebnahme zu identifizieren.
Kollaboratives Engineering als Richtungsentscheidung
Die eigentliche Herausforderung der industriellen Transformation liegt nicht in der Technologie, denn die technologische Basis ist einsatzbereit. Sie liegt in der Koordination und im Vertrauen. Unternehmen müssen Silodenken ablegen und die Vorteile des souveränen Datenaustauschs nutzen. Das bedarf einer Führungsentscheidung für die digitale Transformation. Im ersten Schritt müssen Unternehmen Daten digitalisieren und standardisieren. Die Datenraumtechnologie ist besonders für kleine und mittlere Unternehmen relevant. Bestimmen sie selbst über ihre Daten, lassen sich daraus vielfältige neue Geschäftsmodelle entwickeln, mit denen sich KMU selbstbewusst im globalen Wettbewerb aufstellen können. Scale-MX, die Transferinitiative von Manufacturing-X unter der Leitung von VDMA und ZVEI, begleitet Unternehmen dabei, die Potenziale von Manufacturing-X nutzbar zu machen – praxisnah, technologisch fundiert und mittelstandsorientiert.
