Smart Factories: Fertigung für Industrie 4.0 revolutionieren

Die Fertigung hat sich kontinuierlich weiterentwickelt. Viele Veränderungen der Branche waren inkrementell und manchmal zögerlich.

Heute stören digitale Fabriken die Fertigung auf eine Weise, die sich niemand vorstellen konnte. Im Zentrum dieser Disruption stehen fortschrittliche Maschinendaten-Plattformen, die IIoT auf dem Shopfloor Realität werden lassen.

Im Folgenden diskutieren wir, wie digitale Fabriken funktionieren, wie sie die Fertigung transformieren und wie Sie Ihre digitale Transformation starten können.

Was ist eine digitale Fabrik?

Eine digitale Fabrik – auch Smart Factory genannt – nutzt Technologie, um Informationen digital über den gesamten Betrieb auszutauschen, einschließlich Daten von Materialien, Menschen und Maschinen. Digitale Fertigung basiert auf einem integrierten System aus Simulationstechnologien, vernetzter Ausrüstung und Kollaborationstools.

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

Digitale Fabriken sind das Ergebnis einer Digitalisierungsstrategie, die den Einsatz von Daten von Menschen, Anlagen und Systemen ermöglicht, um kontinuierliche Verbesserungsinitiativen zu identifizieren und zu priorisieren. Technologien, die man in einer Smart Factory findet, umfassen:

Industrial Internet of Things (IIoT)

Dies besteht aus kleinen Sensoren und anderer Hardware, die miteinander vernetzt sind und kommunizieren. Anwendungsbereiche sind Asset Management, Energieeinsparung durch intelligente HLK und Beleuchtung, Maschinendatenerfassung und mehr.

Big Data

Wenn IIoT-Geräte Daten sammeln, müssen diese irgendwo hin. Big Data bezeichnet diese massiven Datenspeicher, auf die Hersteller zugreifen können, sowie Methoden zum Sortieren und Verwalten dieser Informationen für den Einsatz mit anderen Tools und Analysesoftware. Mehr dazu in unserem vollständigen Artikel zu „Industrial DataOps“.

Predictive Analytics und Machine Learning

Machine Learning und Predictive Analytics sind entscheidend für eine Smart Factory. Daten können kombiniert werden, um Machine-Learning-Modelle zu speisen, die Entscheidungsunterstützung aus Informationsmengen bieten, die für Menschen zu komplex sind, um Wert daraus zu ziehen. Anwendungen: Nachfrageprognose, predictive und präskriptive Wartung, Erkennung von Marktchancen und mehr.

Automation

In einer Smart Factory bieten vernetzte Maschinen die Chance, dass Menschen aus dem Loop austreten und Automation übernimmt. In vielen Fällen erledigen Maschinen Aufgaben schneller und präziser als ihre menschlichen Pendants. Industrielle Automation befreit Menschen für komplexe kognitive Aufgaben, die besser für menschliche als für maschinelle Intelligenz geeignet sind – zumindest heute.

Einige digitale Fabriken treiben Automation auf die Spitze mit Lights-out Manufacturing, das Menschen vollständig aus dem Fertigungsprozess entfernt. Diese Art von Smart Factory bedeutet: Fabrik starten, Licht ausschalten, gehen – mit dem Verständnis, dass die Fabrik weiterproduziert, sogar 24/7, 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. Hersteller erhalten schnellere, leistungsstärkere Rechenkapazitäten und größere Speicherkapazitäten (mit besserem Schutz), als sich lokal beschaffen und warten ließe.

Edge Computing verarbeitet Daten vom Shopfloor nah an der Quelle, eliminiert Wartezeiten für Cloud-Upload, Analyse und Rückverteilung. Edge Computing ermöglicht Echtzeit-Analysen und ultraschnelle datenbasierte Entscheidungen – ideal für Sicherheitsmechanismen, predictive Maintenance und ähnliche zeitkritische Aufgaben.

Weitere Gemeinsamkeiten digitaler Fabriken

• Papierlos: Da Prozesse digitalisiert sind, entfällt Papier. Alles wird in der Cloud oder lokal in digitalem Format gespeichert.
• Vernetzter Stack: Es geht weniger um Einzeltechnologien, sondern um ein System integrierter Technologien. Dies kann PLC-Daten vom Shopfloor umfassen, verschmolzen mit ERP-, MES- und SCADA-Daten. Dieser Informationsaustausch ermöglicht schnelle, datengetriebene, maschinengeführte Entscheidungen auf allen Ebenen.
• Echtzeit-Metriken: Für die erwartete Effizienz benötigen Hersteller Zugriff auf Echtzeit-Metriken, um on-the-fly anzupassen und sicherzustellen, dass Produktionsziele und Unternehmensinitiativen eingehalten werden – ohne Überraschungen.
• Big Data Analytics: Datenmengen nützen nichts, wenn sie nicht verarbeitet und analysiert werden. Diese Analyse hilft digitalen Fabriken, fundiertere Entscheidungen auf Zahlenbasis zu treffen – Trends, Chancen, Probleme und Effizienzpotenziale zu erkennen.

Wie funktioniert eine digitale Fabrik?

Eine digitale Fabrik nutzt fortschrittliche Technologie zur Automatisierung von Fertigungsabläufen und allen Geschäftspraktiken im Unternehmen. Durch Konnektivität sammelt und analysiert eine Smart Factory Echtzeitdaten von Maschinenassets.

Diese Daten werden mit einer fortschrittlichen cloudbasierten Maschinendaten-Plattform für Prozessverbesserung und Automation, Entwicklung neuer Wartungsstrategien und Bereitstellung notwendiger Insights für Bediener und Manager genutzt.

Legacy-Systeme werden ebenfalls eingebunden – über APIs und andere Tools für bidirektionalen Echtzeit-Datenaustausch. Die von vernetzten Maschinen generierten Daten stehen der Software zur Verfügung.

Geräte werden genutzt, um analoge Ausrüstung und Maschinen nachzurüsten, sodass Daten jeder Gerätegeneration und jedes OEM einbezogen werden. Diese umfassende Vernetzung von Maschinenassets, Unternehmenssoftware und anderen kritischen Systemen bedeutet, dass das gesamte Unternehmen und alle seine Prozesse unter einer einzigen Version der Wahrheit operieren.

KI-gestützte Analysen und fortschrittliche Machine-Learning-Algorithmen schaffen vollständige Transparenz über Produktionsprozess und Lieferkette und liefern die Möglichkeit, Produktionsleistung zu automatisieren und zu verbessern.

Wie digitale Fabriken die Fertigung disruptieren

Digitale Fabriken positionieren fortschrittliche Analysen am Edge, verbinden physische Assets mit digitalen Ressourcen. Dies ermöglicht Automation und Prozessverbesserung in einem Maßstab, der mit manueller Datenerfassung und -analyse unmöglich ist.

Digitale Fabriken erweitern auch die Macht von Maschinendaten-Plattformen auf andere Unternehmenssoftware wie Supply Chain Management. Diese Erweiterung ist besonders wertvoll für SCM, wo vollständige Transparenz in Produktionsprozessen auch über die Lieferkette hinweg erreicht wird.

Da alle auf dieselben Daten zugreifen können, fokussieren sich alle Geschäftspraktiken auf Fertigung mit niedrigsten Kosten, höchster Qualität und geringstem Waste. Ergebnisse sind sofort sichtbar, und fortschrittliche Vertriebs- und Marketing-Insights stehen für neue und bestehende Produkte bereit.

Diese Verbesserungen und Einsparungen treiben die Neuprüfung anderer Geschäftsprozesse voran. Beispielsweise steigert IIoT-Technologie Effizienz, Produktivität und Anlagenauslastung erheblich, sodass viele Unternehmen ihre Capex-Strategie neu bewerten und Kostenmodelle anpassen können, dank freigesetzter Kapazitäten.

Vorteile einer digitalen Fabrik

Einer der offensichtlichsten Vorteile ist ein massiver Effizienzschub. Durch Eliminierung ineffizienter menschlicher Entscheidungsprozesse, die langsam, verzerrt oder fehlerhaft sind, kann eine Smart Factory mehr mit weniger produzieren.

Digitale Fertigung eröffnet Chancen für mehr, neue, höher bezahlte Jobs, die viele als engagierender und erfüllender empfinden. Diese Jobs ziehen auch junge Talente mit frischen Perspektiven an.

Eine Smart Factory ist auch ein Nährboden für Innovation. Die Agilität durch Echtzeit-Analysen schafft Raum zum Experimentieren, kreativ sein, Lösungen für neue Marktprobleme finden und Ideen im großen Maßstab testen, ohne unnötige Ressourcen zu verschwenden.

Digitale Fabriken verzeichnen sogar höhere Kundenzufriedenheit, da Kosten und Lieferzeiten sinken, während Qualität und Konsistenz steigen.

Implementierung einer digitalen Fabrik

Hier sind Wege, Ihre digitale Transformation und ein digitales Fabrik-Betriebsmodell zu starten:

Verbinden

Der erste Schritt: Maschinenassets verbinden. Maschinendaten-Plattformen mit IIoT-Technologie ermöglichen die Verbindung von Maschinen verschiedener OEMs und Generationen – einschließlich digitaler und analoger Legacy-Ausrüstung.

Aktuelle Fertigung bewerten

Unternehmen müssen gründlich prüfen, wo sie stehen und in welchem Tempo sie eine digitale Fabrik anstreben. Inkrementell oder „All-in“? Wie wird Buy-in erreicht? Diese Fragen müssen beantwortet, die aktuelle Leistung gebenchmarkt werden, um zu verstehen, wo das Unternehmen steht und wie es dorthin gelangt, wo es hinwill.

Richtigen Lösungsanbieter wählen

Viele Unternehmen starten die digitale Reise mit Ad-hoc-Lösungen. Das kann Interoperabilitätsprobleme zwischen Geräten, Plattformen und Edge-Devices verursachen. Eine umfassende, KI-gestützte Maschinendaten-Plattform wie MachineMetrics bietet eine Turnkey-Möglichkeit – mit Plattform-Analytics, Edge-Devices und starkem Kundensupport über das gesamte System.

Digitale Fabrik-Kultur schaffen

Wenn digitale Fabrik-Teams voranschreiten und die Wirkung von Echtzeit-Maschinendaten deutlich wird, wird das Schaffen einer digitalen Kultur einfacher. In einer digitalen Kultur basieren Kommunikation und Kollaboration auf datengetriebenen Insights. Prozessverbesserung wird leichter und kann von jedem Mitarbeiter mit Datenzugriff identifiziert werden.

Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung digitaler Fabriken

IT-Fachkräftemangel

Viele KMUs verfügen nicht über fortgeschrittene IT-Kompetenzen, was Implementierungskosten erhöht. Lösung: Vertrauenswürdigen Lösungsanbieter mit Track Record im Kundenservice wählen. Anbieter wie MachineMetrics bieten Systeme mit intuitiver Installation, die in Minuten einsatzbereit sind.

Fehlende Planung

Leicht beginnt man eine digitale Transformation ohne volles Verständnis dessen, was sie bedeutet und leisten soll. Lösung: Frühzeitig einsteigen und tief in Prozesse eintauchen, um zu verstehen, wo man steht und welche Anbieter am besten zur Organisation passen.

Kostenangst bei Führungskräften

Viele Lösungen sind teuer. Mit richtiger Planung und Auswahl liefert der richtige Anbieter ein System, das ROI-Erwartungen weit übertrifft. Ein Pilotprogramm kann skeptische Entscheider schnell überzeugen.

Digitale Fabrik Software

MachineMetrics unterstützt digitale Fabrik-Initiativen auf jeder Implementierungsebene. Von Highspeed-Datenkonnektoren, die Maschinendaten direkt an der Quelle mit 1 kHz erfassen (1000x schneller als die 1 Hz der meisten Industriesensoren), bis zu Datastandardisierungs-Software, die sicherstellt, dass gesammelte Informationen zusammenpassen und sofort Ergebnisse liefern.

Cloud- und Edge-Computing-Fähigkeiten unterstützen tiefe Analysen und Langzeitspeicherung in der Cloud ebenso wie near-instantane Echtzeitanalyse für schnelle Entscheidungen am Edge.

Anpassbare Dashboards bieten vielfältige Datenblicke – jeder erhält die Informationen, die er braucht, wann er sie braucht, in einem einfach verständlichen, farbcodierten Format. Für Shopfloor-Mitarbeiter bieten wir Tablets direkt an den Maschinen, um menschlichen Kontext mit unseren gesammelten Daten zu überlagern. All das plus Industriesicherheit lässt Kunden ROI in nur fünf Tagen sehen.