Digitale Plattform für den 3D-Druck

Der wachsende Markt für die additive Fertigung ist auf drei große Vorteile zurückzuführen.

• Bauteile können effizienter, flexibler und günstiger entwickelt werden. Dadurch können sie Funktionen für neue Anforderungen erhalten. Dies reicht von kompaktem Design über verwinkelte Geometrien im Bauteilinneren bis hin zu kleinsten funktionalen Strukturen.
• Ersatzteile können auf individuelle Anforderungen hin gefertigt werden, selbst wenn sie sonst nur schwer verfügbar sind oder lange Lieferzeiten haben.
• Die wirtschaftliche Produktion von Einzelteilen und kleinen Stückzahlen wird ermöglicht, was mit anderen Fertigungsverfahren bisher eine enorme Herausforderung war.

Die steigende Relevanz der additiven Fertigung sowie die weitere Digitalisierung der Prozesskette stellt die Fertigungsindustrie vor neue Herausforderungen bezüglich der Absicherung der Daten und des garantierten Schutzes des geistigen Eigentums. Die Akteure im Bereich der additiven Fertigungsverfahren benötigen eine dezentrale Lösung, die Datensouveränität und Nachvollziehbarkeit der Datennutzung sicherstellen kann. Dies gilt umso mehr, wenn die Fertigung dezentral erfolgt, zum Teil innerhalb globaler Netzwerke, damit Teile dort produziert werden, wo sie benötigt werden.

Aufbau einer Plattform

Thyssenkrupp geht den ersten Schritt und entwickelt in einem gemeinsamen Projekt mit IBM einen Prototyp, der den Grundstein für den weiteren Ausbau der Plattform legt. Dank des kombinierten Einsatzes von IDS-Technologie (Industrial Data Space) mit IBM Blockchain soll neben der Datensicherheit und -souveränität auch ein höherer Grad der Automatisierung von Auftragsabwicklungsprozessen in der additiven Fertigungstechnik erreicht werden.

Einerseits wird auch kleineren Kunden ohne bisheriges Know-how ein schneller und einfacher Zugang zur additiven Fertigung ermöglicht, andererseits erlaubt die Plattform eine bessere Planung sowie einen nachweisbaren Qualitätsstandard über die gesamte Prozesskette. Ein wesentliches Merkmal der Plattformlösung ist die Integration von umfassendem industriespezifischen Know-how zur additiven Fertigungstechnik durch Thyssenkrupp. So wird der Plattformgedanke durch signifikant erhöhte Effizienz, Sicherheit und die eingebrachte Expertise auf ein neues Level gehoben.

Blockchain und International Data Space

Die digitale Plattform basiert im Wesentlichen auf zwei innovativen Technologien: Hyperledger Fabric als Blockchain-Technologie für die Nachvollziehbarkeit und Unveränderbarkeit der einzelnen Interaktionen sowie Prozessschritte und Industrial Data Space für einen sicheren Datentransfer.

Der Industrial Data Space zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Eigentümer der Daten – also Unternehmen, die ihre Daten für digitale Dienste bereitstellen möchten – stets die Kontrolle über die Daten behalten und ihre Datenschutzvorgaben durchsetzen können (Privacy Enforcement). Sie werden nur dann ausgetauscht, wenn sie von vertrauenswürdigen, zertifizierten Partnern angefragt werden und freigegeben sind. Datensicherheit und Datensouveränität sind die wesentlichen Merkmale des Industrial Data Space.

Die Blockchain-Technologie ermöglicht auf Basis definierter Berechtigungen die transparente und unveränderbare Dokumentation einzelner Transaktionen zwischen den verschiedenen Netzwerkmitgliedern. Auf der Additive-Manufacturing-Plattform wird die Selektion des Print-Partners, der den Druck ausführt, durch den Beratungs- und Konstruktionsdienstleister mit einem Bietverfahren durchgeführt. Mit Hilfe eines Smart Contracts wird die sichere Übertragung der Daten via Industrial Data Space freigegeben und angestoßen sowie den Mitbietern nach der Zuschlagserteilung automatisch eine Absage erteilt.

Prozessdaten, die während des Druckverfahrens entstehen, die Übergabe von Verantwortlichkeiten im Prozess sowie die Freigabe durch die Qualitätsprüfung werden in der Blockchain unveränderbar abgelegt und können bei Garantiefällen abgerufen werden. Mit Blockchain entsteht auf der Plattform eine einzige Quelle der Daten (Single Source of Truth) sowie die Nachvollziehbarkeit von Geschäftsinteraktionen. Dadurch werden Sicherheit und Vertrauen in der Zusammenarbeit aller Beteiligten im Prozess hergestellt.

Bewertung des Ökosystems

Im Unterschied zu anderen, traditionellen Technologien wird beim Aufbau einer Blockchain-Lösung ein Business Case nicht nur für eine Organisation, sondern für das gesamte Ökosystem erstellt. Die Lösung ist dann erfolgreich, wenn eine ausreichende Zahl an Mitgliedern einen Anreiz hat, der Plattform beizutreten, damit ein Netzwerkeffekt entsteht. IBM nutzt die Blockchain Value Design Methode, um den Geschäftswert sowie den Markt einer Blockchain-Lösung im Netzwerk zu eruieren.

Im Projekt mit Thyssenkrupp wurde aufgezeigt, welche Möglichkeiten zum Aufbau eines Additive-Manufacturing-Netzwerks bestehen und welcher Nutzen für die einzelnen Mitglieder daraus entsteht.

Auf dieser Basis wurden die wichtigsten Teilnehmer identifiziert und bereits potenzielle Partner für eine Erweiterung des Netzwerks und der Implementierung zusätzlicher Use Cases angesprochen. Im aktuellen Projekt sind Kunde, Additive-Manufacturing-Engineering-Dienstleister sowie Druckdienstleiter als Teilnehmer implementiert. Zukünftige Projektphasen werden sowohl den weiteren Ausbau des Ökosystems als auch die Erweiterung der Funktionalitäten und Anwendungsfälle umfassen.

Agile Projektmethode

Unabdingbar ist es, den Benutzermehrwert in den Fokus zu stellen. Im gemeinsamen Projekt war dies bereits in der ersten Phase ein wesentlicher Bestandteil. In einem gemeinsamen Workshop wurden die Beteiligten im Prozess – und somit Nutzer der Applikation – in den Fokus gerückt, um einen mehrwertbringenden Anwendungsfall zu definieren. Dieser Gedanke zog sich durch das gesamte Entwicklungsprojekt. Stets wurde aus der Perspektive der jeweiligen Nutzer hinterfragt, welche Funktonalität wirklich erforderlich ist und welcher Mehrwert damit verbunden ist.

Die erste Version des Produkts wurde innerhalb von acht Wochen in einem agilen Projekt mit einem gemischten Team von Thyssenkrupp und IBM umgesetzt. Die Produktanforderungen wurden im Laufe des Projekts in einem iterativen Ansatz durch Thyssenkrupp definiert und konkretisiert.

Nach den zweiwöchigen Sprints wurden alle Teilnehmer im jeweiligen Sprint Review über den Fortschritt informiert und direktes Feedback für das Entwicklungsteam eingeholt, um deren Anforderungen unmittelbar umsetzen zu können.

Mit dem erfolgreichen Abschluss des gemeinsamen Projekts im März und der gelungenen Integration von Industrial Data Space und Blockchain legen Thyssenkrupp und IBM die Basis zur Schaffung einer Plattform zur Abwicklung industrieller 3D-Druckaufträge.