Industrie 4.0 nutzen: Bewährte Strategien für eine gewinnende digitale Roadmap

Bereit oder nicht – die Fertigungswelt verändert sich. Hier ist ein Primer zur Entwicklung einer digitalen Strategie mit Industrie-4.0-Technologien.

Es gibt keinen Grund, die Erste, Zweite oder Dritte Industrielle Revolution noch einmal durchzukauen.

Wer an der Verfolgung des Fertigungsfortschritts der letzten zwei Jahrhunderte interessiert ist, findet im Internet und anderswo reichlich Informationen.

Was jetzt wichtiger ist, ist zu realisieren, dass a) wir uns in den frühen Stadien einer Vierten Industriellen Revolution befinden, deren Veränderungspotenzial das ihrer Vorgänger bei Weitem übersteigt, und b) die Beherrschung dieser neuen Technologien entscheidend für unseren zukünftigen Erfolg ist.

Aber was ist dieses Ding namens Industrie 4.0? Und was macht es anders als die alltäglichen technologischen Fortschritte, die seit der Menschheit den ersten Stein schärfte, stattfinden?

Das ist eine tiefe Frage, aber in einfachen Begriffen: Die aktuelle Industrielle Revolution ist eine, die durch Daten und Digitalisierung definiert wird. Es ist eine Umgebung, in der Werkzeugmaschinen und Fabriken smart sind, wo zuvor disparate Systeme miteinander kommunizieren, und Entscheidungen auf Basis von Analysen getroffen werden, nicht auf Vermutungen.

Es ist auch eine Umgebung, die Hersteller beherrschen müssen. Genau wie Dampfkraft der Elektrizität wich, und mechanische Steuerungssysteme denen weichen mussten, die von Computern und Software gesteuert werden, so werden Virtualisierung und Big Data unsere aktuellen Fertigungsmethoden erweitern – und in einigen Fällen ersetzen.

Hier sind einige der Schlüsselkomponenten von Industrie 4.0, mit denen Werkstätten, Blechfertiger und indeed jeder in der Fertigungsindustrie vertraut sein sollte, wenn sie in dieser mutigen neuen digitalen Welt erfolgreich sein wollen.

Was ist das Industrial Internet of Things (IIoT) und welchen Nutzen bringt es?

Wenn Sie einen internetfähigen Rauchmelder oder Smart Thermostat zu Hause haben, sind Sie bereits mit dem Internet of Things (IoT) vertraut. Wenden Sie dieselbe Technologie auf eine CNC-Werkzeugmaschine oder andere industrielle Ausrüstung an und – Sie haben es erraten – sind Sie nun ein Nutzer des IIoT, der Quelle unzähliger Datenbits über Maschinenleistung, Produktionsstatus, potenzielle Wartungsbedarfe und vieles mehr.

Tatsächlich hat das IIoT die Fähigkeit, so viele Informationen zu sammeln, dass es als Quelle sogenannter Big Data gilt, einer wahren Flut an Informationen, die auf einen notwendigen Rinnsal reduziert werden sollte für den größten Nutzen. Wenn richtig implementiert, erlaubt das IIoT jedoch Anlagen, „zu große Abhängigkeit von Stammeswissen“ zu vermeiden und das Risiko zu verringern, das entsteht, wenn qualifizierte Leute ihre hart erarbeitete Erfahrung mitnehmen.

Das sagt Jeff Rizzie, Director of Digital Machining bei Sandvik Coromant, der vorschlägt, dass das IIoT zusammen mit Analysesoftware wie der firmeneigenen MachiningInsights dieselben Leute weit effektiver macht. Er sagt auch, dass für Werkstätten, die das IIoT noch nicht nutzen, jetzt ein großartiger Zeitpunkt ist, damit zu starten.

Industrielles Cloud Computing

In den meisten, aber nicht allen Fällen landen die Daten, die von IoT-Geräten gestreamt werden, in der Cloud, die trotz ihres hochtrabenden Namens eigentlich nichts weiter ist als ein ultra-vernetztes, servergefülltes Rechenzentrum in Atlanta, Reno oder anderswo. Wie beim IIoT nutzen Sie die Cloud vielleicht täglich, ohne darüber nachzudenken. Ihre Banking-Software ist in der Cloud, genauso wie Facebook, Dropbox, Words with Friends und praktisch jeder computerbasierte Service oder mobile App, der heute genutzt wird.

Warum ist das für Hersteller relevant? Mehrere Antworten kommen in den Sinn. Die erste ist die gerade beschriebene: Interoperabilität mit dem IIoT, zusammen mit der Möglichkeit, Produktionsprozesse remote zu überwachen und zu managen. Das öffnet die Tür für unbeaufsichtigte Fertigung und all ihre vielen Vorteile.

Aber da ist auch die zunehmende Nutzung von Cloud-basierten Software-as-a-Service (SaaS) Angeboten von Anbietern wie Autodesk 360, MachiningCloud und vielen Enterprise Resource Planning (ERP) Systemen. Diese bieten gestrafftes Deployment bei stark reduzierten Investitionskosten, während sie sogar kleineren Herstellern Zugang zu High-End-Softwaresystemen geben, die einst außer Reichweite waren. Cloud Computing, sagt Epicor Softwares Tom Bidinger, „hat die Kraft, die Art und Weise, wie wir alle Geschäfte machen, komplett zu transformieren.“

Was sind Digitale Zwillinge?

Die Cloud ist eng verbunden mit einer weiteren zentralen Industrie-4.0-Entwicklung: dem Digitalen Zwilling, auch Virtual Twin genannt. Wie auch immer Sie es nennen – Hersteller nutzen diese digitalen Repliken, um Produktdesigns zu verifizieren, Ausfallmodi zu simulieren, Leistung im Feld vorherzusagen und reale Echtzeit-Nutzungsdaten zu sammeln.

Al Whatmough, CAM-Produktmanager bei Autodesk, merkt an, dass Digitale Zwillinge vielfältige Verbesserungsmöglichkeiten bieten. „Es könnte so einfach sein wie eine Werkzeugbahnsimulation, wo Bearbeitungsdaten dann mit dem Digitalen Zwilling verknüpft werden können für Leistungsanalysen. Am anderen Ende des Spektrums gibt es Digitales Zwillingen der Fabrikhalle, was Industrie- oder Fertigungsingenieuren größere Fähigkeiten gibt, ihren gesamten Betrieb zu optimieren.“

Additive Fertigung

Dann gibt es 3D-Druck. Auf den ersten Blick mag unklar sein, warum additive Fertigung (AM) als Industrie-4.0-Technologie gilt, aber daran besteht kein Zweifel. „Die Fähigkeit, geringe Volumen kosteneffektiv zu drucken, hat Mass Customization für mehr Hersteller in Reichweite gebracht, nicht nur für Industriegiganten.“

Das ist die Sichtweise von Nadav Goshen, CEO von MakerBot Industries, der darauf hinwies, dass 3D-Druck weit über seinen ursprünglichen Einsatz als Rapid-Prototyping-Technologie hinausgewachsen ist. Anlagen nutzen es, um Vorrichtungen und anderes Werkzeug herzustellen. Flugzeughersteller nutzen es, um kritische Motorkomponenten, HLK-Kanäle und Strukturteile zu produzieren. Und Autohersteller beginnen, seinen Wert als Endfertigungstechnologie zu erkennen. Die Liste geht weiter und weiter.

Aber wieder: Warum fällt 3D-Druck unter den Industrie-4.0-Schirm? Noch wichtiger: Warum sollten Hersteller es übernehmen? Es gibt viele Gründe. Erstens ist es eine inhärent digitale Technologie. Sie nutzt die Cloud für Datenaustausch und Kollaboration. Sie ist weitgehend automatisiert, fördert lokale Fertigung und ist weit weniger verschwenderisch als subtraktive Fertigungsprozesse. Und obwohl AM noch nicht fähig ist zu Machine Learning und KI (künstliche Intelligenz), seien Sie versichert: Es kommt.

Apropos KI – sie ist ein weiteres Puzzleteil von Industrie 4.0. So sind auch Augmented und Virtual Reality (AR/VR), fortschrittliche Robotik und Automatisierung, Edge Computing, Cyber-Physical Systems (CPS) und mehr. Es mag viel zum Greifen erscheinen, und es ist das auch, aber für diejenigen, die darüber nachdenken, wie man eine digitale Fertigungsstrategie implementiert, nehmen Sie Jeff Rizzies Rat: Denken Sie groß, starten Sie klein und bewegen Sie sich schnell.

Besonderer Dank an Sandvik Coromant, MakerBot, Autodesk, Epicor Software und andere für ihre Unterstützung beim Schreiben dieses Artikels.

Wie nutzen Sie Automatisierung und Daten, um Ihre Fertigungsfähigkeiten zu verbessern? Teilen Sie Ihre Gedanken und Erkenntnisse in den Kommentaren unten.

TOOLING UP – Sehen Sie einen Vorgeschmack auf die neue MSC-Videoreihe:

Sind Sie bereit für Industrie 4.0? Tipps zur Entwicklung Ihrer digitalen Strategie

Die Fertigung befindet sich in den frühen Stadien einer Vierten Industriellen Revolution – einer, deren Veränderungspotenzial das ihrer Vorgänger bei Weitem übersteigt.

Die Beherrschung der neuen Technologien, die mit Industrie 4.0 verbunden sind, könnte entscheidend für Ihren zukünftigen Erfolg sein.

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