Digitale Fabriken: Intelligente Fertigung für Industrie 4.0

Was ist eine digitale Fabrik?

Eine digitale Fabrik nutzt Technologie, um Informationen automatisch digital über den gesamten Betrieb zu teilen – einschließlich Daten von Materialien, Menschen und Maschinen. Digitale Fertigung basiert auf einem integrierten System aus Simulationstechnologien, vernetzten Geräten und Kollaborationstools.

Es gibt keine einzelne Technologie, die eine analoge Fabrik in eine digitale verwandelt. Doch es gibt viele gemeinsame Technologien und Merkmale, die digitale Fabriken teilen, und Hersteller, die mehrere Technologien kombinieren, werden am ehesten als „digitale Fabriken“ betrachtet.

Digitale Fabriken sind das Ergebnis einer Digitalisierungsstrategie, die die Nutzung von Daten von Menschen, Geräten und Systemen ermöglicht, um kontinuierliche Verbesserungsinitiativen zu identifizieren und zu priorisieren. Technologien, die Sie in einer digitalen Fabrik finden, umfassen:

Industrial Internet of Things (IIoT)

Dies besteht aus kleinen Sensoren und anderer Hardware, die miteinander vernetzt sind und kommunizieren. Sie können für Asset Management, Energieeinsparung durch smarte HLK und Beleuchtung oder Maschinendatenerfassung eingesetzt werden – die Anwendungsfälle für IIoT in der Fertigung sind nahezu unbegrenzt.

Big Data

Wenn IIoT-Geräte Daten sammeln, müssen diese irgendwo hin. Gleiches gilt für andere Daten, die Hersteller routinemäßig erfassen: Kundendaten, Produktionsdaten, Lieferantendaten usw. Big Data bezeichnet diese massiven Informationsspeicher, auf die Hersteller zugreifen können, sowie Methoden, diese Informationen für andere Tools und Analysesoftware zu sortieren und zu verwalten. Möchten Sie mehr darüber erfahren? Lesen Sie unseren vollständigen Artikel zu „Industrial DataOps“.

Predictive Analytics und Machine Learning

In der Fertigung wie in anderen Branchen sind Machine Learning und Predictive Analytics ein Anwendungsfall für die oben genannten gesammelten Daten. Daten können kombiniert werden, um Machine-Learning-Modelle zu speisen, die Entscheidungsunterstützung aus Informationsmengen bieten, die für Menschen allein zu komplex sind, um Wert zu schöpfen. Machine Learning und Predictive Analytics können genutzt werden, um Nachfrage vorherzusagen, predictive und prescriptive Maintenance an Maschinen durchzuführen, Marktchancen zu erkennen und vieles mehr. Das ist ein sehr mächtiger Aspekt einer digitalen Fabrik.

Automatisierung

Mit smarten, vernetzten Maschinen ergibt sich die Chance für Menschen, aus dem Loop auszusteigen und Automatisierung einzusetzen. In vielen Fällen können Maschinen Aufgaben schneller und genauer erledigen als ihre menschlichen Pendants. Industrielle Automatisierung befreit diese Menschen, um sich auf andere komplexe kognitive Aufgaben zu konzentrieren, die besser für menschliche als für maschinelle Intelligenz geeignet sind (zumindest heute).

Einige digitale Fabriken treiben Automatisierung auf die Spitze mit Lights-Out-Manufacturing, indem sie Menschen vollständig aus dem Fertigungsprozess entfernen. Der Begriff kommt daher, dass man die Fabrik starten, das Licht ausschalten und gehen kann – mit dem Verständnis, dass die Fabrik weiterhin produziert, sogar 24 Stunden am Tag, ohne menschliches Eingreifen.

Cloud- und Edge-Computing-Technologie

Cloud-Technologie befähigt digitale Fabriken, riesige Datenmengen mit sicherer, gemeinsam genutzter Hardware zu speichern und zu analysieren, über das Web zugänglich. Cloud-Technologie bietet Herstellern schnellere, leistungsfähigere Maschinen und größere Speicherkapazitäten (mit besserem Schutz) als meist intern beschaffbar und wartbar.

Edge Computing verarbeitet Daten vom Shopfloor lokal, eliminiert die Wartezeit für Upload in die Cloud, Analyse und Rückverteilung. Edge Computing ermöglicht Echtzeit-Analysen und ultraschnelle datenbasierte Entscheidungen – ideal für Sicherheitsmechanismen, predictive Maintenance und ähnlich zeitkritische Rechenaufgaben.

Was haben digitale Fabriken sonst noch gemeinsam?

• Papierlos: Da Prozesse digitalisiert sind, gibt es in einer digitalen Fabrik keinen Bedarf an Papier. Alles wird in der Cloud oder lokal in digitalem Format gespeichert.
• Vernetzter Stack: Wie erwähnt, geht es weniger um die eine oder andere Technologie, sondern um ein System integrierter Technologien. Das kann PLC-Informationen vom Shopfloor umfassen, vereint mit ERP-Daten, MES- und SCADA-Daten usw. Dieser Informationsaustausch zwischen Maschinen ermöglicht schnelle, datengetriebene, maschinengeführte Entscheidungen auf allen Ebenen des Fertigungsprozesses.
• Echtzeit-Metriken: Um mit der von einer digitalen Fabrik erwarteten Effizienz zu operieren, müssen Hersteller Zugriff auf Echtzeit-Metriken haben, die es ihnen erlauben, on-the-fly anzupassen, um Produktionsziele und andere Unternehmensinitiativen kontinuierlich zu erfüllen – keine Überraschungen.
• Big Data Analytics: Datenmengen nützen nichts, solange sie nicht verarbeitet und analysiert werden. Diese Analyse hilft digitalen Fabriken, fundiertere Entscheidungen auf Basis der Zahlen zu treffen, Trends, Chancen, Probleme und Effizienzsteigerungspotenziale zu erkennen.

Was sind die Vorteile einer digitalen Fabrik?

Einer der offensichtlichsten Vorteile ist ein massiver Effizienzschub. Durch Eliminierung ineffizienter menschlicher Entscheidungsprozesse, die nicht nur langsam, sondern auch voreingenommen oder schlicht falsch sein können, können Fabriken mehr mit weniger produzieren – weniger Zeit, weniger Materialressourcen, weniger Fehlfunktionen und Ausschuss usw.

Obwohl viele Fertigungsmitarbeiter befürchten, dass der Zustrom von Automatisierung und anderen digitalen Technologien ihre Jobs gefährdet, eröffnet digitale Fertigung Möglichkeiten für mehr, neue, höher bezahlte Jobs, die viele als ansprechender und erfüllender empfinden. Diese besser bezahlten Jobs ziehen auch junge, neue Talente mit frischen Einsichten und Konzepten an, die die Anlage verbessern.

In derselben Hinsicht sind digitale Fabriken Brutstätten für Innovation. Durch die Agilität, die Echtzeit-Analysen in das System einbringen, gibt es mehr Raum zu experimentieren, kreativ zu sein, Lösungen für neue Marktprobleme zu finden und Ideen im großen Maßstab zu testen, ohne unnötige Ressourcen zu verschwenden.

Digitale Fabriken verzeichnen sogar einen Anstieg der Kundenzufriedenheit, weil Kosten sinken, Lieferzeiten sinken, während Qualität und Konsistenz steigen.

Software für digitale Fabriken

MachineMetrics unterstützt digitale Fabrik-Initiativen auf jeder Implementierungsebene. Von unseren High-Speed-Datenkonnektoren, die Maschinendaten direkt an der Quelle mit 1 kHz erfassen (1000-mal schneller als die 1 Hz, die die meisten Industriesensoren bieten), bis hin zu unserer Datennormalisierungs-Software, die sicherstellt, dass die gesammelten Informationen zusammenpassen und sofort Ergebnisse liefern.

Unsere Cloud- und Edge-Computing-Fähigkeiten unterstützen sowohl tiefe Analysen und langfristige Speicherung in der Cloud als auch Near-Instant-Echtzeitanalysen für schnelle Entscheidungen am Edge.

Und an der Oberfläche bieten unsere anpassbaren Dashboards vielfältige Einblicke in Ihre Daten – ob Quartalsüberblick für Direktoren oder Echtzeit-Produktionsstatistiken auf dem Shopfloor: Jeder kann die Informationen abrufen, die er braucht, wann er sie braucht, in einem einfach verständlichen, farbcodierten Format. Für Shopfloor-Mitarbeiter bieten wir Tablets direkt an der Maschine, damit sie menschlichen Kontext mit unseren gesammelten Daten überlagern können – wir befähigen Menschen, nicht sie aus dem Loop zu entfernen. All das plus Industriesicherheit führt bei unseren Kunden in nur fünf Tagen zum ROI.

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