Da die Idee der vernetzten und intelligenten Fertigung immer mehr an Boden gewinnt, kann der Wettbewerb in der Welt der Industrie 4.0 eine Herausforderung sein, wenn man nicht an der absoluten Spitze der Innovation steht.
Angesichts des wachsenden wirtschaftlichen Einflusses des IIoT (Industrial Internet of Things) weltweit fragen sich viele Fachleute und Investoren, ob die Industrie am Rande einer technologischen Revolution steht. Doch den Zahlen und Prognosen nach zu urteilen, gibt es greifbare und konkrete Beweise dafür, dass die Idee der intelligenten Fertigung (Smart Manufacturing) bereits in das Unternehmensbewusstsein vorgedrungen ist. Laut IDC sollen die weltweiten Ausgaben für das Internet der Dinge im Jahr 2020 die Marke von 840 Milliarden US-Dollar überschreiten, wenn die jährliche Wachstumsrate von 12,6 % beibehalten wird. Es besteht kein Zweifel, dass ein großer Teil dieser Ausgaben der Einführung von IoT in alle Arten von Industrien, insbesondere in die Fertigung, gewidmet sein wird.
Aber nicht nur Prognosen und Statistiken zeigen uns, dass die Idee des industriellen Internets der Dinge in praktisch allen Wirtschaftssektoren an Fahrt gewinnt. Das IIoT hat sich bereits als entscheidender Punkt in der Fertigung erwiesen und bringt die Zuverlässigkeit der Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation, die Sicherheit der vorbeugenden Wartung (Preventive Maintenance) und die Erkenntnisse aus Big-Data-Analysen mit sich. Mit anderen Worten: Die IIoT-Revolution hat bereits begonnen.
Bevor wir uns auf die Feinheiten der Smart Factory konzentrieren, müssen einleitend ein paar Worte zu ihrem zugrunde liegenden Konzept, dem industriellen Internet der Dinge, gesagt werden. Obwohl die Idee schon seit geraumer Zeit existiert, ist noch nicht für jeden offensichtlich, was genau sie umfasst und was ihre Aspekte sind. Genauso wie das reguläre Internet der Dinge darauf abzielt, unseren Alltag zu bereichern, indem es Geräte miteinander verbindet und sie interagieren und kooperieren lässt, um uns einfachere und schnellere Lösungen für unsere täglichen Probleme zu bringen (erinnern Sie sich an smarte Kaffeemaschinen?), ist das IIoT dasselbe Konzept – jedoch angewendet auf ganze Unternehmen, wie Fertigung, Dienstleistungen oder den Einzelhandel. Um also von einem echten IIoT-Deployment zu sprechen, benötigen wir nicht nur Machine-to-Machine-Kommunikation, sondern auch den Brückenschlag zwischen physischen und digitalen Assets innerhalb einer Fabrik sowie die Reduzierung der Mensch-Maschine-Kooperation durch die Einführung intelligenter Automatisierung und Machine Learning.
Eine Smart Factory ist ein Konzept, das aus dem IIoT abgeleitet ist und eine Produktionsumgebung als ein voll automatisiertes und intelligentes Netzwerk von Systemen vorsieht. Dies ermöglicht es, Anlagen, Maschinen und Logistikketten innerhalb des Fertigungswerks ohne menschliches Eingreifen zu verwalten. Darüber hinaus ist eine Smart Factory ein Ort, an dem all diese Dinge dank des Datenaustauschs stattfinden – nicht nur zwischen Produktionswerkzeugen und Maschinen, sondern zwischen allen Elementen in der Produktionstechnologiekette. Dies wiederum treibt das maschinelle Lernen an, sodass Operationen effizienter durchgeführt werden können und mehr Einsparungen bringen, als es jemals möglich wäre, wenn die Produktionsprozesse ausschließlich unter menschlicher Aufsicht blieben.
Es gäbe keinen Hype und keine zweistelligen Wachstumsprognosen rund um das Konzept der Fabrik 4.0 (Factory 4.0), wenn es nicht die Vorteile gäbe, die die Einführung intelligenter Fertigungsprozesse für jedes Unternehmen mit sich bringen kann. Die Schaffung einer dynamischen Produktionsumgebung dank der Anwendung von Automatisierung und Intelligenz verbessert Zuverlässigkeit, Effektivität und Sicherheit und senkt gleichzeitig Betriebs- und Ausfallkosten. Schauen wir uns genauer an, wie dies im Konzept einer Smart Factory realisiert wird.
Ob vollständig manuell oder vollautomatisiert – jeder Fertigungsprozess muss überwacht werden, um kontrolliert, effektiv und sicher zu sein. Daher müssen sich die Bemühungen von IoT-Projekten in diesem Industriesektor auf die Verfolgung der Operationen auf allen Ebenen konzentrieren und relevante Daten von Maschinen oder Assets sammeln, die andernfalls nur isolierte Ausrüstungsgegenstände ohne die Fähigkeit zur Koordination und Steuerung ihres eigenen Workflows wären.
Doch die Kommunikation und Interaktion zwischen den Produktionswerkzeugen bringt mehr in den Prozess ein als nur verbesserte Überwachungs- und Kontrollmöglichkeiten. Basierend auf Smart-Factory-Produktionsstrategien können Verbesserungen in Echtzeit eingeführt werden, was schnell zur Optimierung des Produktionszyklus führt. Darüber hinaus ist ein Prozess, je automatisierter und kontrollierbarer er ist, desto weniger anfällig für menschliche Fehler. Dies erhöht nicht nur die Produktivität durch Reduzierung von Ausfallzeiten oder Wartungskosten, sondern verbessert auch die Qualität des Endprodukts.
Smart-Factory-Lösungen können auch in der Fabriklogistik hilfreich sein. Dank drahtloser Sensornetzwerke, die Maschinen, Werkzeuge, Materialien oder beliebige Produktionsflächen wie Förderbänder verbinden, können alle an den Fertigungsprozessen beteiligten Assets in Echtzeit verfolgt werden. Dies gewährt den Betreibern volle Sichtbarkeit (Visibility) über die gesamte Produktionskette hinweg. Auf dieser Basis können Asset-Nutzung und innerbetriebliche Logistik auf maximale Kapazität optimiert werden. Auch die Entscheidungsfindung kann dank des gesammelten Wissens über das Potenzial jedes Assets verbessert werden.
Das Sammeln und Analysieren von Daten ist ein entscheidender Begriff im Konzept der Fabrik 4.0, da es ermöglicht, das in der Ausrüstung, den Ressourcen und den Menschen verborgene Potenzial freizusetzen. In der Smart Factory können Daten zur richtigen Zeit am richtigen Ort in der Produktionskette ankommen, ohne dass eine Vermittlung durch einen menschlichen Aufseher erforderlich ist. Dies ermöglicht ein unmittelbareres Interaktionsmodell, bei dem Maschinen und Werkzeuge Informationen frei untereinander austauschen, um einen höheren Effizienzgrad zu erreichen.
Um dies zu erreichen, müssen Daten aus verschiedenen Produktionskontexten jedoch nicht nur gesammelt, sondern auch integriert und analysiert werden, um aussagekräftige Erkenntnisse zu liefern. Eine leistungsstarke Datenanalyseumgebung der Fabrik 4.0 ist dazu in der Lage, was schließlich zur Entwicklung eines vollwertigen Mechanismus für vorausschauende Wartung (Preventive Maintenance) führen kann. Dieser hält die Prozesse trotz Defekten, die durch Verschleiß aus dem regulären Gerätebetrieb resultieren, am Laufen. Auch die Datenverarbeitung kann dabei helfen, Strategien zur Senkung des Material- und Energieverbrauchs sowie zur Optimierung der Asset-Auslastung zu erstellen.
Mitarbeiter- & Anlagensicherheit
Trotz der Unmengen an Technologie, mit denen eine Fabrik 4.0 vollgepackt sein mag, kann sie weiterhin menschenorientiert bleiben. Mehr noch: Sie kann gerade deshalb mitarbeiterfreundlicher sein, weil sie intelligenter und selbstgesteuerter ist. Warum? Weil eine kontrollierte und vorhersehbare Produktionsumgebung weniger Gefahren für die Arbeiter darstellt, die ihre Komponenten überwachen, bedienen und warten. Ausgestattet mit direkten und unmittelbaren Erkenntnissen aus den Datenanalysesystemen sind Mitarbeiter in der Lage, die schwächsten Glieder in der Produktionskette zu erkennen und bei festgestellten Unregelmäßigkeiten proaktiv zu reagieren.
Dank der Technologie, die die Smart Factory mit sich bringt, können auch die Arbeiter selbst vom System erfasst und vor möglichen Gefahren gewarnt werden, falls sie zufällig in vordefinierte Risikozonen eintreten. Eine der interessantesten Lösungen dieser Art auf dem Markt wird im Rahmen der AVSystem Coiote IoT Data Orchestration-Plattform angeboten – erfahren Sie mehr darüber, wie Sie Ihre Fabrik mit Mitarbeitersicherheit intelligenter machen können.
Individualisierung (Customization) im Produktionsbereich ist zweifellos einer der Wege, die die Industrie heutzutage einschlägt. Wachsende Verbraucheransprüche treiben den Trend im Fertigungssektor hin zu mehr Flexibilität in der Produktion voran.
Die Schritte zur Einführung von Produktionsflexibilität, wie die Verwendung neuer Materialien oder neuer Fertigungstechniken, sollten durch die Expertise und das Wissen aus den Big Data, die im Prozess der Workflow-Überwachung gesammelt wurden, erleichtert werden.
Dank dessen können smarte Produktionsanlagen neue Anpassungsfähigkeitsniveaus erreichen und den sich ändernden Bedürfnissen des Kundenmarktes gerecht werden.
Auch dank der Minimierung der Ausfallzeiten, die für das Umrüsten und Neukonfigurieren der Ausrüstung erforderlich sind, können Hersteller ihre Produktionsprozesseffizienz aufrechterhalten und gleichzeitig flexibler und bereit für neue Marktherausforderungen werden.
Es ist durchaus richtig, dass die tatsächliche Implementierung der Smart Factory weitgehend von der Spezifität und den individuellen Anforderungen der jeweiligen Produktionsumgebung abhängt. Aber es gibt Softwarelösungen wie die Coiote IoT Data Orchestration-Plattform von AVSystem, die viele spezifische Hardwaretypen handhaben können und an eine große Anzahl verschiedener Deployment-Szenarien anpassbar sind.
Als physische Basis für jede Smart Factory werden Sensoren im gesamten Fertigungswerk benötigt, um den Status von Assets zu überwachen, Daten zu sammeln und zu analysieren und die daraus resultierenden Erkenntnisse zur Produktionsoptimierung zu nutzen. Damit die Sensoren all diese Operationen durchführen können, muss es jedoch eine Plattform geben, um sie zu provisionieren und zu verwalten, die es ihnen ermöglicht, Daten zu sammeln und diese auf aufschlussreiche und benutzerfreundliche Weise zu präsentieren.
Mit dem Konzept der Smart Factory im Hinterkopf hat AVSystem mit Coiote IoT Data Orchestration eine neuartige Lösung für die Datenerfassung und -überwachung in der Fertigung eingeführt, um auf die wachsende Marktnachfrage zu reagieren. Sensoren übertragen die gesammelten Daten über Bluetooth Low Energy Gateways, die an vielen verschiedenen Orten innerhalb der Anlagen installiert werden können.
Die Daten werden dann an die Plattform weitergeleitet, die es Systembetreibern ermöglicht, den Standort und Status der verbundenen Assets in Echtzeit mittels Datenvisualisierungen zu verfolgen. Diese wiederum sind hilfreich für schnelle Entscheidungsprozesse, die im Umgang mit Notfällen in der Fabrikhalle oder beim strategischen Asset-Management unverzichtbar sind.
Ein zusätzliches Sicherheitsniveau in einer Smart Factory bieten sogenannte Panikknöpfe (Panic Buttons), die von jedem Fabrikarbeiter getragen werden können. Sie können als Rückfalloption genutzt werden, wenn der Mitarbeiter einer riskanten Situation gegenübersteht, um seine Vorgesetzten sofort über eine potenzielle Gefahr zu benachrichtigen.
Die Smart-Factory-Lösung richtet sich an Hersteller, die das Potenzial ihrer Ressourcen, Mitarbeiterkompetenzen und Zeit nutzen möchten, um Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Es stimmt, dass die Aufnahme der Idee der Fabrik 4.0 und ihre Umsetzung Investitionen, Anstrengung und Strategie erfordert. Aber auf lange Sicht, angesichts aller Vorteile, die eine vollautomatisierte und intelligente Anlage haben kann, sollte die Auswirkung einer gut implementierten Smart-Factory-Lösung eine Amortisation der Investitionen gewährleisten und ihre frühen Anwender (Early Adopters) an die Spitze der Industrie-4.0-Revolution bringen.