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Ein Digitaler Zwilling, der mitdenkt
Ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA entwickelt einen kognitiven Digitalen Zwilling für die Lieferkette: Er spiegelt nicht nur Daten, sondern antizipiert Bedarfsschwankungen und schlägt Handlungsoptionen vor. Damit verbessert er die Termintreue eines Unternehmens, vermeidet Produktionsstillstände und Überproduktion.
Die Herausforderung: Wenn Planung zur Überforderung wird
Volatile Märkte, unterbrochene Lieferketten und eine schwankende Nachfrage machen die Produktionsplanung zunehmend zu einer Mammutaufgabe. Wenn hunderte Einflussparameter zusammenspielen, stoßen manuelle Planung und klassische Prognoseverfahren an ihre Grenzen. Die Folge: teure Eilaufträge, Produktionsstillstände durch Materialmangel, Überproduktion und unzufriedene Kunden.
Besonders exportorientierte Unternehmen in Baden-Württemberg stehen vor der Frage: Wie können wir trotz längerer Transportwege flexibel auf Bedarfsschwankungen reagieren und dabei wettbewerbsfähig bleiben? Die Komplexität hat ein Niveau erreicht, bei dem aktuelle Prognoseverfahren häufig nicht mehr in der Lage sind, die Dynamik überlagernder Einflussfaktoren verlässlich abzubilden.
Die Lösung: Kognitive Zwillinge, die mitdenken
Im Forschungsprojekt »FLEXACT« entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Forschungsbereich Fabrik- und Prozessgestaltung am Fraunhofer IPA einen Digitalen Zwilling mit kognitiven Fähigkeiten, der nicht nur Daten spiegelt, sondern mitdenkt, vorausschaut und Entscheidungen vorbereitet. Dieser kognitive Zwilling der Supply Chain kombiniert umfassende Transparenz mit intelligenten Funktionen zur Vorhersage von Bedarfsschwankungen und zur Ableitung von Handlungsalternativen.
Vier innovative Bausteine im Zusammenspiel
Das innovative Lösungskonzept besteht aus vier eng verzahnten Technologiebausteinen:
- Ein digitaler Supply Chain Twin schafft vollständige Transparenz über alle Lieferkettenprozesse und stellt die notwendige Datenverfügbarkeit in Echtzeit sicher. Dieser Digitale Zwilling bildet das Fundament, auf dem alle weiteren Funktionen aufbauen.
- Eine virtuelle Szenarienexploration: Sie wird im Forschungsprojekt als »Daydreaming« bezeichnet. Ähnlich einem Schachcomputer, der mehrere Züge vorausdenkt, spielt das System kontinuierlich mögliche Zukunftsszenarien durch und evaluiert dabei sowohl potenzielle Risiken als auch vielversprechende Handlungsoptionen. Diese vorausschauende Analyse erlaubt es, Probleme zu erkennen, bevor sie eintreten.
- Das Herzstück bildet ein KI-Prognosemodell, das Schwankungen in der Bedarfserfüllung zuverlässig vorhersagt. Das Modell berücksichtigt dabei die vielfältigen technologischen und logistischen Freiheitsgrade, die in der Produktionssteuerung zur Verfügung stehen.
- Die Mensch-KI-Interaktion wird auf ein neues Niveau gehoben, indem erklärbare Künstliche Intelligenz (Explainable AI) mit einem dialogbasierten Assistenzsystem verbunden wird. Expertinnen und Experten können spezifische Bedarfsszenarien abfragen und diese iterativ im Dialog mit dem KI-System analysieren. Das System macht seine Entscheidungen transparent, indem es beispielsweise aufzeigt, welche Einflussfaktoren für eine Prognose besonders relevant sind oder welche historischen Vergleichsfälle herangezogen wurden.
Der Mehrwert: Messbare Verbesserungen
Die Integration von technologischen und logistischen Freiheitsgraden in die Produktionssteuerung ermöglicht weitreichende Verbesserungen auf mehreren Ebenen:
- Durch die gesteigerte Antizipationsfähigkeit können Unternehmen wie die Firma BSH am Standort Giengen an der Brenz kurzfristige Bedarfsschwankungen mit hoher Termintreue und kurzen Lieferzeiten erfüllen. Die verbesserte Termintreue führt direkt zu einer gesteigerten Kundenzufriedenheit und stärkt die Position deutscher Produktionsstandorte im globalen Wettbewerb.
- Die dynamische Entscheidungsfindung erlaubt es, Pläne fortlaufend an die sich entwickelnde Realität anzupassen. Dadurch arbeitet die Fabrik am optimalen Betriebspunkt, ohne kurzfristige Umplanungsverluste oder kostenintensive Nacharbeit. Produktionsstillstände durch Materialmangel lassen sich deutlich reduzieren. Gleichzeitig ermöglicht die verbesserte Planung eine Reduzierung von Entkopplungs- und Sicherheitsbeständen.
- Ein häufig unterschätzter Aspekt ist der Beitrag zur Nachhaltigkeit. Durch präzisere Prognosen wird Überproduktion vermieden, wodurch weniger Material verschrottet werden muss. Die Vermeidung von kostspieligen Eiltransporten zur Sicherstellung der kurzfristigen Lieferfähigkeit reduziert nicht nur Kosten, sondern auch CO2-Emissionen. Insgesamt trägt das Vorhaben durch höhere Termintreue und die Vermeidung von Materialverschwendung sowohl zur Wettbewerbsfähigkeit als auch zur Nachhaltigkeit produzierender Unternehmen bei.
Aktueller Projektstatus
Nach einem Jahr hat das Projektteam inzwischen die konzeptionellen und technologischen Grundlagen erfolgreich gelegt. Die vier Technologiebausteine werden derzeit entwickelt und anschließend zu einem interaktiven Gesamtsystem vereint – eine Innovation sowohl auf technologischer als auch auf methodischer Ebene. Diese Verschmelzung zu interaktiven kognitiven Zwillingen in der Produktionsplanung und -steuerung ermöglicht eine umfassendere kognitive Unterstützung als sie bisher verfügbar war.
Im zweiten Projektjahr steht die praktische Erprobung und Validierung mit Industriepartnern im Fokus. Dabei wird das KI-gestützte Assistenzsystem in realen Produktionsumgebungen getestet und kontinuierlich verfeinert, um den spezifischen Anforderungen produzierender Unternehmen gerecht zu werden.
Projekteckdaten
Das Forschungsprojekt FLEXACT läuft über zwei Jahre und wird im Rahmen des Innovationsförderprogramms Invest BW durch die Verbände VDI und VDE gefördert. Nach dem ersten Projektjahr befindet sich das Vorhaben in der Übergangsphase von der Konzeption zur praktischen Umsetzung. Die Forschungsarbeiten werden am Fraunhofer IPA im Forschungsbereich Fabrik- und Prozessgestaltung durchgeführt. Zielgruppe sind produzierende Unternehmen mit komplexen Lieferketten, die von vorausschauender Bedarfsanalyse und Produktivitätsoptimierung profitieren möchten.
Ihre Ansprechpartnerin
Celine Letzgus
Mitarbeiterin im Forschungsteam Digitale Auftragsabwicklung
Telefon: +49 711 970-1497