Vernetzte Fabrik: Wie IIoT die Shopfloor-Datenverwaltung transformiert

Vom Theorie zur Realität: IIoT macht Shopfloor-Datenmanagement unverzichtbar

Es gab eine Zeit, nicht allzu lange her, da klang das Industrial Internet of Things (IIoT) noch theoretisch. Die Vorstellung, Fabrikmaschinen über Smartphones, Tablets und andere Geräte zu steuern, erhielt viel Aufmerksamkeit. Die Frage war, wie schnell es sich durchsetzen würde. Mit technologischen Fortschritten und geschäftlichen Anforderungen war die Antwort: sehr schnell.

„Ich bin seit über 40 Jahren in der Fertigung tätig“, sagte Gregg Bigleman, TMS Tool Management Solutions Manager bei Zoller Inc. (Ann Arbor, MI), einem Hersteller von Werkzeugvoreinstell- und Messmaschinen. „Als ich anfing, waren Werkleiter erfahrene Profis. Der Werkleiter war ein allsehender, allwissender Gott der Fertigung.“

Kunden in Branchen wie Automobil, Luftfahrt und Energie fordern „Jahr für Jahr Kostensenkungen“, so Bigleman. „Man muss die [Shopfloor-]Informationen kennen, man muss wissen, dass sie stimmen. Das kann man nicht mehr so machen wie früher, mit dem Werkleiter, der mit allem im Kopf herumlief.“

Selbst kleine Hersteller „wollen Teil davon sein“, sagte Mike Rogers, Director of Automation bei Predator Software Inc. (Beaverton, OR). „Alles, was sie hören, ist Industry 4.0, IIoT und alles wird vernetzt sein.“

„Die Vorteile von Industry 4.0 – maximale Effizienz, höhere Qualität, höhere Rentabilität – führen alle dazu, Dinge schneller, besser und kostengünstiger herzustellen“, sagte Pete Tecos, Executive Vice President von 5ME LLC (Warren, MI). „Da nun Standards entwickelt und angenommen wurden, Technologien sich weiterentwickelt haben und greifbare Vorteile erzielt wurden.“

Die Luftfahrt ist ein Beispiel für eine Branche, die die vernetzte Fabrik umarmt, sagte Mohamed Abuali, CEO Americas für Forcam Inc. (Cincinnati). „Es braucht 2,3 Millionen Teile, um eine Boeing 787 zu bauen, mit 5.500 Fabriken in der Lieferkette und einer Vorlaufzeit von 10 Jahren pro Flugzeug. Das bedeutet enormen Druck auf die Lieferkette mit riesigen Rückständen. Technologie und Digitalisierung ist eine entscheidende Strategie, um signifikante Leistungsverbesserungen zu erreichen.“

Unternehmen im Shopfloor-Datenmanagement berichten, dass Kunden ihre Hausaufgaben zur Technologie machen.

„Die Grenzen zwischen Industry 4.0, IIoT und Data Driven Manufacturing haben sich so weit verwischt, dass sie im Kundenauge wirklich ein Konzept sind“, sagte David McPhail, President und CEO von Memex Inc. (Burlington, ON). Hersteller „stellen eine Kompendium guter Informationen zusammen, was zu einem besser informierten Interessenten führt.“ Memex könne „sich auf den Wert konzentrieren, der durch die Einführung unterstützender Technologien entsteht.“

Technologische Fortschritte beschleunigen Adoption

Verbesserungen in der Technologie haben die Einführung solcher Technologien beschleunigt.

„Computergeschwindigkeiten haben zugenommen und Hardware, die massive Datenmengen analysieren kann, ist für jedermann zugänglich“, sagte Jody Romanowski, CEO und Partner bei Cimco Americas (Streamwood, IL). „Zudem glaube ich, dass Menschen große Datenmengen in vielen Lebensbereichen verarbeitet sehen. Es ist naheliegend, dies auf ihre Fertigungsprozesse zu übertragen. Wenn man Daten sammeln und Metriken zur Aktivität erhalten kann, indem man einfach ein Gerät trägt, scheint es vernünftig, auch Daten darüber zu haben, was die Werkzeugmaschine den ganzen Tag über getan hat.“

Dennoch liegt es an den Shopfloor-Datenmanagement-Anbietern, Kunden zu überzeugen. Der Begriff Industry 4.0 „gibt uns eine sofortige Möglichkeit zu kategorisieren, was wir tun“, sagte Jim Finnerty, Product Manager bei Wintriss Controls (Acton, MA). „Insofern sind die Einführungen einfacher. Aber es hat nicht geholfen, mehr Abschlüsse zu erzielen.“

„Ein Notenblatt für das gesamte Orchester“

Zoller positioniert sich als „One-Partner-Lösung“, um Kunden durch den Daten-Dschungel zu lotsen.

„Manager wurden in ihren Büros eingesperrt, um durch diese Flut unstrukturierter, ungefilterter Informationen zu wühlen, um herauszufinden, was in dieser Masse irrelevanter Daten relevant war“, sagte Bigleman. „Echtes digitales Werkzeugmanagement erfordert eine einzige Quelle, um effizient zu arbeiten; eine Datenbank, die der gesamte Betrieb nutzt. Ein Fertigungsorchester, das von einem Notenblatt spielt.

Worauf wir uns jetzt entwickeln, ist, wer diese Informationen in ein Format bringen kann, damit Hersteller fundierte Entscheidungen auf Basis von Echtzeitdaten treffen können.“

Zoller war traditionell als Hersteller von Voreinstell- und Messgeräten bekannt. Jetzt positioniert sich das Unternehmen als „Lösungsanbieter“, dessen Ausrüstung Kunden dabei hilft, Pläne zu entwickeln, sodass sie weniger Werkzeugbestand benötigen und Ausfallzeiten minimieren.

„Alles im Fertigungssystem kann über die Zoller-Datenbank gesteuert werden“, sagte Bigleman.

Das Unternehmen bietet eine Reihe von Voreinstellmaschinen, Prüfgeräten für Schneidwerkzeuge, Software, Ausgabesysteme und Datentransferwerkzeuge an.

Zoller baute während der Rezession 2007/2008 keine Arbeitsplätze ab, sondern plante den Übergang zur „Lösungsfirma“. Die deutsche Muttergesellschaft wird von Eberhard Zoller, Mitglied der zweiten Generation der Gründerfamilie, geleitet. Zoller Inc. wird von Alexander Zoller, einem Mitglied der dritten Generation, beaufsichtigt. „Seine Vision ist es, den Kunden voraus zu sein“, sagte Bigleman. „Er fokussiert sich immer auf einen lösungsbasierten Ansatz.“

Zoller Inc. stellt Programmierer und andere Mitarbeiter ein und baut einen größeren Hauptsitz, ebenfalls in Ann Arbor.

„Management in Werken kann wirklich relevante Informationen in verständlichem Format an den Fingerspitzen haben, während sie durch den Betrieb gehen“, sagte Bigleman.

„Struktur des Unternehmens“

Predators Portfolio umfasst die Tracker-Software, die „das gesamte Werkzeug“ überwacht, einschließlich Lehren und Vorrichtungen auf dem Shopfloor, so Rogers. Weitere Produkte sind Predator MDC für automatische Datenerfassung, Predator RCM für Roboterzellenfertigung und Predator Virtual CNC für 3D-Maschinensimulation.

Predator berechnet eine jährliche Wartungsgebühr. „Wenn Sie bei uns aktuell mit Wartungsgebühren sind, haben Sie Zugriff auf aktualisierte Software-Updates“, so Rogers. Kunden „erben alle neuen Features, die wir entwickeln… Sie wissen, sie bekommen das Neueste und Beste.“

Predator passt seine Softwareangebote an große und kleine Hersteller an. „Alles hängt von der Struktur des Unternehmens ab“, sagte Rogers. „Wenn Sie 100 oder 200 Leute haben, die diese Maschinen manuell bedienen, würden wir mehr Chaos stiften, wenn wir versuchen, alles, was Predator tut, ihnen aufzuzwingen. Wir lernen, was für Ihren Shopfloor funktioniert.“

Das Softwareunternehmen holt Input von Maschinenbedienern bei seinen Kunden ein. „Wir müssen wissen, ob es Zeit ist, die Maschine zu ersetzen. Die meisten Leute wollen arbeiten und für das Unternehmen profitabel sein.“

Laut Rogers sucht Predator auch detailliertere Informationen über Arbeitsplätze. „Das hilft, versteckte Engpässe zu identifizieren.“

Interesse aus der Luftfahrt

Bei Forcam „drängen viele Kunden darauf, ihre internen digitalen Initiativen zu etablieren, um ihre Fabriken für Wachstum neu zu positionieren“, sagte Abuali.

Forcam führte 2016 sein Smart Factory Starter Kit ein. Die Idee: „zu beweisen, dass Smart Manufacturing nicht teuer sein muss, kein langfristiger Prozess ohne Datenzugriff und geringer Rendite“, so Abuali. „Wir haben bewiesen, dass Unternehmen innerhalb der dreimonatigen Testphase mindestens 10 % Produktivitätssteigerung an ihren drei ausgewählten Maschinen erzielen können.“

Das Unternehmen plant, das Paket in diesem Jahr zu aktualisieren. Zudem führte Forcam im vergangenen Jahr die Forcam Academy ein, um Kunden Informationen und Schulungen zur Maximierung der Vorteile der Forcam Force Software zu bieten. Nach Schulungen durch die Forcam Academy konnten Kunden Software-Updates selbst durchführen.

Luftfahrt ist ein wachsender Bereich für Forcam. Ein Kunde, GKN Aerospace, „konnte die Teilezykluszeit in weniger als sechs Monaten um über 20 % reduzieren“, so Abuali.

Forcam zielt auch auf große und kleine Kunden ab. „Forcam glaubt, dass die Smart Factory darin besteht, mehrere Punkte zu verbinden“, sagte Abuali. „Wenn die Gleichung richtig ausbalanciert ist, führt sie zu signifikanter Adoption bei großen und kleinen Werkstätten gleichermaßen.“ Ein Forcam-Kunde, Richards Industries, hat 150 Mitarbeiter und 30 Maschinen. „Richards Industries sammelte früher Daten manuell auf dem Shopfloor, bis sie Forcam für das Shopfloor-Datenmanagement auswählten. Sie steigerten die Produktivität innerhalb von sechs Monaten um über 40 % mit einem ROI von 250 %.“

„Skalierbare“ Technologie

5ME gehört ebenfalls zu den Unternehmen, die ihre Produkte an Kundengröße und -bedingungen anpassen.

„Deshalb lernen wir so viel wie möglich über die Abläufe eines Kunden“, sagte Tecos von 5ME. „Je mehr wir wissen, desto mehr können wir helfen, nützliche Informationen einzustellen und den echten Wert zu liefern, der ein Unternehmen transformieren kann… Wir erhalten mehr Feedback und Anfragen für zusätzliche Features und erweiterte Funktionalität.“

„Diese Technologie ist skalierbar“, sagte Tecos. „Werkstätten können mit der Überwachung einer einzelnen Maschine beginnen – vielleicht einem Arbeitstier, das viel Umsatz generiert – und dann erweitern, wenn es Sinn macht… Die Implementierungskosten von Industry-4.0-Lösungen sollten für kleine Werkstätten kein Hindernis sein.“

5ME führte Freedom 4.0 ein, das Industry-4.0-Systeme ergänzen soll. Die Anwendung ist von jedem Gerät mit Browser zugänglich und unterstützt den MTConnect-Standard der Association for Manufacturing Technology.

Viele 5ME-Kunden gewähren dem Unternehmen Zugriff auf ihre Freedom-4.0-Installationen. 5ME spielt Updates oder Upgrades remote zu einvernehmlich vereinbarten Zeiten ein.

„Wir sind in Projekte involviert, die Maschinenzustand, Prozesszustand, vorausschauende Wartung und die Anbindung an verschiedene Geschäftssysteme in der Fertigungsumgebung umfassen“, sagte Tecos.

Early Adopters

Bei Memex: „Wir führen nicht mehr mit dem ‚Wie man es macht‘, sondern mit den geschäftlichen Vorteilen und Ergebnissen der Einführung dieser Konzepte und Technologien“, sagte McPhail. „Wir nennen das den ‚Warum sollte ich das tun‘-Ansatz, der den Geschäftswert sofort herausstellt.“

Die Zielkunden „befinden sich noch in der Early-Adopter-Phase, aber die, die es verstehen, fordern rasch neue innovative Wege, um die gesammelten Daten zu konsumieren und darzustellen“, so McPhail. „Das erfordert von uns kontinuierliche Innovation, um der Nachfrage gerecht zu werden. Ständige Innovation führt zu Differenzierung, und das streben wir an.“

Eines von Memex’ Produkten ist Merlin Tempus, das Metriken und analytische Fähigkeiten bietet, um Ausfallzeiten zu reduzieren und die Produktion zu steigern. Tempus erhielt 2016 den Frost & Sullivan Award für globale Führerschaft im Maschinenmonitoring.

„Tempus ist unsere neue IIoT-Plattform der Zukunft und das Ergebnis von drei Jahren Arbeit und mehreren Millionen Dollar Investition“, sagte McPhail.

„Jetzt Mainstream“

„Sowohl große als auch kleine Werkstätten übernehmen diese Technologie schnell, und ich denke, es gibt Druck auf alle Werkstätten, diese Art von Technologie zu implementieren“, sagte Romanowski von Cimco. „Ich denke, diese Systeme sind jetzt Mainstream.“

Laut Romanowski: „Wir sehen mehr Maschinen mit MTConnect oder einem anderen Standard für Datenerfassung, obwohl diese Protokolle seit vielen Jahren verfügbar sind. Kunden wissen jetzt, dass sie sicherstellen müssen, dass ihre Maschinen mit den Datenerfassungsprotokollen ausgeliefert werden.“

Das Unternehmen veröffentlichte letztes Jahr Cimco V8. „Highlights dieses MDC-MAX V8 Releases sind Datenbankoptimierung, Interface-Update und effizientere Datenverarbeitung“, sagte Romanowski. „Die meisten Kunden werden die Funktionalität ihrer MDC-Systeme weiter ausbauen und oft unsere Unterstützung benötigen, um zusätzliche Analysewege für die von unserem System gesammelten Informationen hinzuzufügen.“

Implementierung

„Wir spezialisieren uns auf Software für Ausfallzeiten- und Effizienztracking“, sagte Finnerty von Wintriss. „Das Besondere an dieser Software ist: Wenn wir unsere Arbeit gut machen, machen wir uns selbst überflüssig. Sobald Ausfallzeiten auf ein Minimum reduziert und Effizienz so weit wie möglich gesteigert sind, wird die bloße Aufgabe, das Ausfallzeiten-Tracking-System zu nutzen und zu warten, zu einer messbaren Quelle von Ineffizienz.“

Finnerty sagte auch, dass kleinere Werkstätten schneller Industry-4.0-Systeme übernehmen können. „Sobald eine kleine Werkstatt feststellt, dass es vorteilhaft ist, geht die Implementierung schneller. Ein großes Unternehmen in etwas Neues zu investieren, ist wie ein U-Dreh mit einem Schlachtschiff.“