Blockchain

Digitale Plattform für den industriellen 3D-Druck

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Die Anwendung der additiven Fertigungstechnik hat in den vergangenen Jahren in unterschiedlichen industriellen Bereichen zweistellige Wachstumsraten erfahren, zum Beispiel Automobil, Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik. Dieser Trend wird sich in den nächsten Jahren fortsetzen.

Additive Fertigung bringt Unternehmen die Freiheit, Produktion neu zu denken

Der wachsende Markt für die Additive Fertigung ist auf drei große Vorteile zurückzuführen:

  1. Bauteile können effizienter, flexibler und günstiger entwickelt und ihnen so neue Funktionen für neue Anforderungen verliehen werden. Dies reicht von kompakten Designs über verwinkelte Geometrien im Bauteilinneren bis hin zu kleinsten funktionalen Strukturen.
  2. Es können Ersatzteile auf jeweilig individuelle Anforderungen hin gefertigt werden, die sonst nur schwer verfügbar sind oder lange Lieferzeiten haben.
  3. Die wirtschaftliche Produktion von Einzelteilen und kleinen Stückzahlen wird ermöglicht, was mit anderen Fertigungsverfahren bisher eine enorme Herausforderung war.

Im TechCenter Additive Manufacturing bietet thyssenkrupp Beratungs- und Konstruktionsdienstleistungen sowie die Umsetzung von industriellem 3D-Druck für konzerninterne sowie externe Industriekunden an. Zu Beginn des Prozesses stellen Kunden thyssenkrupp Pläne für ihre Bauteile in Form von CAD-Dateien zur Verfügung. Diese Daten sind wertvolles geistiges Eigentum der Unternehmen, da sie die Basis zur Fertigung der speziellen Bauteile sind.

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 additiver Fertigungsverfahren benötigen eine dezentrale Lösung, die Datensouveränität und Nachvollziehbarkeit der Datennutzung sicherstellen kann. Dies gilt umso mehr, wenn die Fertigung zunehmend dezentral erfolgt, zum Teil innerhalb globaler Netzwerke, und Teile dort produziert werden, wo sie benötigt werden.

3D-Druck-Fertigung

Credits: thyssenkrupp

Aufbau einer digitalen Additive-Manufacturing-Plattform

thyssenkrupp als Innovationstreiber 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-(Industrial Data Space) Technologie 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 so 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 Plattform-Lösung ist die Integration von umfassendem industriespezifischen Know-how zur additiven Fertigungstechnik durch thyssenkrupp. So wird der Plattform-Gedanke durch signifikant erhöhte Effizienz, Sicherheit und die eingebrachte Expertise auf ein neues Level gehoben.

IBM Blockchain und International Data Space – eine erfolgreiche Kombination

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

Der IDS 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 (Stichwort: „Privacy Enforcement“). Sie werden nur dann ausgetauscht, wenn sie von vertrauenswürdigen, zertifizierten Partnern angefragt und freigegeben werden. Datensicherheit und Datensouveränität sind somit 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 „single source of truth“ sowie die Nachvollziehbarkeit von Geschäftsinteraktionen. Dadurch wird Sicherheit und Vertrauen in der Zusammenarbeit aller Beteiligten im Prozess hergestellt.

3D-Druck

Bewertung des Nutzens eines Ökosystems

Im Unterschied zu anderen, traditionellen Technologien wird beim Aufbau einer Blockchain-Lösung ein Business Case nicht nur für eine Organisation, sondern für das Ökosystem erstellt. Die Lösung ist dann erfolgreich, wenn eine ausreichende Anzahl Mitglieder einen Anreiz haben, der Plattform beizutreten damit ein „Netzwerkeffekt“ entsteht. Die Mindestgröße des Netzwerks mit den relevanten Playern wird als Minimum Viable Ecosystem (MVE) bezeichnet. IBM nutzt die Blockchain Value Design Methode, um den Geschäftswert sowie den Markt einer Blockchain-Lösung im Netzwerk zu eruiieren.

Im Projekt mit thyssenkrupp wurde aufgezeigt, welche Möglichkeiten zum Aufbau eines Additive-Manifacturing-Netzwerks bestehen und welcher Nutzen für die einzelnen Mitglieder daraus entsteht. Auf dieser Basis wurden die wichtigsten Teilnehmer (Peers) identifiziert und bereits erste potenzielle Partner für eine Erweiterung des Netzwerks und Implementierung zusätzlicher Use Cases angesprochen. Im aktuellen Projekt sind Kunde, Additive-Manufacturing-Engineering-Dienstleister sowie Druckdienstleiter als Peers implementiert. Zukünftige Projektphasen werden den weiteren Ausbau des Ökosystems und die Erweiterung der Funktionalitäten und Anwendungsfälle umfassen.

Mit agiler Projektmethode und einem co-located Projektteam zu schnellen Ergebnissen

Wie bei allen technischen Entwicklungen ist es auch in diesem Projekt unabdingbar, den Benutzermehrwert in den Fokus des Designs zu stellen. Im gemeinsamen Projekt war dies bereits in der ersten Phase wesentlicher Bestandteil. In einem gemeinsamen Design Thinking Workshop wurden die jeweiligen Beteiligten im Prozess und somit Nutzer der Applikation in den Fokus der Diskussion gerückt, um einen mehrwertbringenden Anwendungsfall zu definieren. Dieser Gedanke zog sich weiter durch das gesamte Entwicklungsprojekt. Stets wurde aus der Perspektive der jeweiligen Nutzer hinterfragt, welche Funktonalität wirklich erforderlich ist und welcher Mehrwert damit verbunden ist.

3D-Druck-Beratung

Der MVP wurde innerhalb von acht Wochen in einem agilen, „co-located“ Projekt mit einem gemischten Team von thyssenkrupp und IBM umgesetzt. Die Produktanforderungen wurden im Laufe des Projektes in einem iterativen Ansatz durch thyssenkrupp definiert und konkretisiert. Nach den zweiwöchigen Sprints wurden alle Stakeholder 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 2019 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. Das Ergebnis wird bei der Hannover Messe im April präsentiert und das Team steht vor Ort gerne für Fragen bereit.

Besuchen Sie uns in Halle 7, Stand C16 auf der Hannover Messe und erfahren Sie aus erster Hand, wie Sie die digitale Plattform für industriellen 3D-Druck für Ihr Unternehmen nutzen können.

Das Projektteam im Überblick:

  • Joachim Stumpfe, thyssenkrupp, Product Owner
  • Andreas Stapelmann, thyssenkrupp, Stakeholder
  • Sarah Wiederkehr, IBM, Project Management/Blockchain Value Design
  • Neele Franke, IBM, Blockchain Value Design
  • Georg Schultz, IBM, Scrum Master
  • Eugen Luft, IBM, Blockchain Architect/Developer
  • Max Blanck, IBM, Developer
  • Hartwig Wutscher, IBM, Developer
  • Maximilian Henrich, IBM, UX Design
  • Vishal Chauhan, thyssenkrupp, Developer

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Rainer Holste

Congratulations to all team members for this outstanding project !!

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