Intelligente Fabriken:Revolutionierung der Fertigung für Industrie 4.0

Die Fertigung hat sich kontinuierlich weiterentwickelt. Viele der Veränderungen in der Branche erfolgten schrittweise und manchmal zögerlich.

Heutzutage stören digitale Fabriken die Produktion auf eine Weise, die sich niemand hätte vorstellen können. Im Mittelpunkt dieser Umwälzung stehen fortschrittliche Maschinendatenplattformen, die IIoT in der Werkstatt zur Realität werden lassen.

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

Was ist eine digitale Fabrik?

Eine digitale Fabrik – auch Smart Factory genannt – nutzt Technologie, um Informationen automatisch digital im gesamten Betrieb auszutauschen, einschließlich Daten von Materialien, Menschen und Maschinen. Die digitale Fertigung basiert auf einem integrierten System, das aus Simulationstechnologien, vernetzten Geräten und Tools für die Zusammenarbeit besteht.

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

Digitale Fabriken sind das Ergebnis einer digitalen Transformationsstrategie, die die Nutzung von Daten von Menschen, Geräten und Systemen ermöglicht, um Initiativen zur kontinuierlichen Verbesserung zu identifizieren und zu priorisieren. Zu den Technologien, die Sie möglicherweise in einer intelligenten Fabrik finden, gehören:

Industrielles Internet der Dinge (IIoT)

Dieses besteht aus kleinen Sensoren und anderer Hardware, die miteinander verbunden sind und miteinander kommunizieren. Sie können für die Anlagenverwaltung, Energieeinsparung durch intelligente HVAC- und Beleuchtungstechnik, Maschinendatenerfassung und mehr eingesetzt werden.

Big Data

Wenn IIoT-Geräte Daten sammeln, müssen diese irgendwohin. Big Data bezieht sich einfach auf diese riesigen Informationsbestände, aus denen Hersteller zugreifen können, sowie auf Möglichkeiten, diese Informationen für die Verwendung mit anderen Tools und Analysesoftware zu sortieren und zu verwalten. Möchten Sie mehr über dieses Konzept erfahren? Lesen Sie unseren vollständigen Artikel zum Thema „Industrial DataOps“.

Predictive Analytics und maschinelles Lernen

Maschinelles Lernen und prädiktive Analysen sind für eine intelligente Fabrik von entscheidender Bedeutung. Daten können kombiniert und verwendet werden, um Modelle für maschinelles Lernen voranzutreiben, die Erkenntnisse zur Entscheidungsfindung aus Informationssätzen bieten, die zu komplex sind, als dass Menschen daraus einen Wert ableiten könnten. Sie können verwendet werden, um die Nachfrage vorherzusagen, vorausschauende und präskriptive Wartung von Maschinen durchzuführen, offene Stellen und Chancen auf dem Markt zu erkennen und vieles mehr.

Automatisierung

In einer intelligenten Fabrik bieten vernetzte Maschinen den Menschen die Möglichkeit, aus dem Kreislauf herauszutreten und der Automatisierung den Einzug zu ermöglichen. In vielen Fällen sind Maschinen besser in der Lage, Aufgaben schneller und genauer zu erledigen als ihre menschlichen Gegenstücke. Durch die industrielle Automatisierung können sich diese Menschen auf andere komplexe kognitive Aufgaben konzentrieren, die für den menschlichen Geist besser geeignet sind als für den maschinellen Geist (zumindest für heute).

Einige digitale Fabriken heben die Automatisierung auf die nächste Stufe, indem sie Techniken der „Lights-out“-Fertigung nutzen und den Menschen vollständig aus dem Herstellungsprozess entfernen. Diese Art von intelligenter Fabrik bedeutet die Möglichkeit, die Fabrik zu starten, das Licht auszuschalten und die Fabrik zu verlassen, mit der Gewissheit, dass die Fabrik auch 24 Stunden am Tag ohne menschliches Eingreifen weiter produzieren wird.

Cloud- und Edge-Computing-Technologie

Die Cloud-Technologie gibt digitalen Fabriken die Möglichkeit, riesige Datenmengen mithilfe sicherer Geräte zu speichern und zu analysieren, die sie mit anderen teilen und auf die über das Internet zugegriffen werden kann. Die Cloud-Technologie bietet Herstellern schnellere und leistungsfähigere Maschinen und größere Speicherkapazitäten (mit größerem Schutz), als es normalerweise möglich ist, sie selbst zu kaufen und zu warten.

Edge Computing nimmt Daten aus der intelligenten Fabrikhalle auf und verarbeitet sie in der Nähe. Dadurch entfällt die Wartezeit, die für das Hochladen in die Cloud, die Analyse und die Weiterleitung von Informationen an die Fabrikhalle erforderlich sein kann. Edge Computing ermöglicht Echtzeitanalysen und ultraschnelle Entscheidungsfindung anhand von Daten und eignet sich perfekt für Sicherheitsmechanismen, vorausschauende Wartung und ähnlich zeitkritische Rechenaufgaben.

Was haben digitale Fabriken sonst noch gemeinsam?

• Kein Papier:Da Prozesse digitalisiert sind, ist in einer digitalen Fabrik kein Papier erforderlich. Alles wird in der Cloud oder lokal im digitalen Format gespeichert.
• Connected Stack:Wie bereits erwähnt, geht es weniger um die eine oder andere Technologie als vielmehr um ein System integrierter Technologien. Dazu können SPS-Informationen aus der Fertigung, Zusammenführung mit ERP-Daten, Zusammenführung mit MES- und SCADA-Daten usw. gehören. Dieser Informationsaustausch zwischen Maschinen ermöglicht eine schnelle, datengesteuerte, maschinengesteuerte Entscheidungsfindung auf allen Ebenen des Fertigungsprozesses.
• Echtzeitmetriken:Um mit der Effizienz zu arbeiten, die von einer digitalen Fabrik erwartet wird, müssen Hersteller Zugriff auf Echtzeitmetriken haben, mit denen sie sich spontan anpassen können, um sicherzustellen, dass Produktionsziele und andere Unternehmensinitiativen weiterhin erreicht werden – keine Überraschungen.
• Big Data Analytics:Unmengen an Daten zu haben nützt nichts, wenn sie nicht verarbeitet und analysiert werden. Diese Art der Analyse hilft digitalen Fabriken, fundiertere Entscheidungen auf der Grundlage von Zahlen zu treffen und ermöglicht es ihnen, Trends, Chancen, Probleme und Bereiche zur Effizienzsteigerung zu erkennen.

Wie funktioniert eine digitale Fabrik?

Eine digitale Fabrik nutzt fortschrittliche Technologie, um Fertigungsabläufe und alle Geschäftsabläufe innerhalb eines Unternehmens zu automatisieren. Mithilfe der Konnektivität sammelt und analysiert eine intelligente Fabrik Echtzeitdaten von Maschinenanlagen.

Diese Daten werden mit einer fortschrittlichen cloudbasierten Maschinendatenplattform zur Prozessverbesserung und -automatisierung, zur Entwicklung neuer Wartungsstrategien und zur Bereitstellung der erforderlichen Erkenntnisse für Bediener und Manager verwendet.

Auf dieser Reise werden auch Altsysteme miteinander verknüpft. Dieser Prozess umfasst die Verwendung von APIs und anderen Tools, um Legacy-Software in einem bidirektionalen Echtzeit-Datenaustausch zu verbinden. Die von den angeschlossenen Maschinen generierten Daten stehen der Software zur Nutzung zur Verfügung.

Mit Geräten werden analoge Geräte und Maschinen so nachgerüstet, dass Daten jeder Gerätegeneration und jedes OEMs einbezogen werden. Diese umfassende Verbindung von Maschinenanlagen, Unternehmenssoftware und anderen kritischen Systemen bedeutet, dass das gesamte Unternehmen und alle seine Prozesse unter einer einzigen Version der Wahrheit laufen.

KI-gesteuerte Analysen und fortschrittliche Algorithmen für maschinelles Lernen schaffen vollständige Transparenz über den Produktionsprozess und die Lieferkette und bieten die Möglichkeit, die Produktionsleistung zu automatisieren und zu verbessern.

Wie digitale Fabriken die Fertigung revolutionieren

Digitale Fabriken positionieren fortschrittliche Analysen an der Edge und verbinden physische Vermögenswerte mit digitalen Ressourcen. Dies ermöglicht eine Automatisierung und Prozessverbesserung in einem Ausmaß, das mit manueller Datenerfassung und -analyse nicht möglich wäre.

Digitale Fabriken erweitern die Leistungsfähigkeit von Maschinendatenplattformen auch auf andere Unternehmenssoftware wie das Lieferkettenmanagement. Diese Erweiterung ist besonders nützlich für das Supply Chain Management, wo auch eine vollständige Transparenz in den Produktionsprozessen über die gesamte Lieferkette hinweg erreicht wird.

Da in einer Smart Factory jeder auf die gleichen Daten zugreifen kann, konzentrieren sich alle Geschäftspraktiken auf die Herstellung von Produkten mit den niedrigsten Kosten, höchster Qualität und geringstem Abfall. Ergebnisse sind sofort sichtbar und erweiterte Vertriebs- und Marketingeinblicke stehen für neue und bestehende Produkte zur Verfügung.

Diese Verbesserungen und Einsparungen führen zu einer erneuten Überprüfung anderer Geschäftsprozesse. Beispielsweise steigert die IIoT-Technologie die Effizienz, Produktivität und Geräteauslastung erheblich, und viele Unternehmen können aufgrund der freigesetzten Kapazität ihre Investitionsstrategie neu bewerten und ihre Kostenmodelle ändern.

Was sind die Vorteile einer digitalen Fabrik?

Einer der offensichtlichsten Vorteile ist eine erhebliche Effizienzsteigerung. Durch die Beseitigung ineffizienter menschlicher Entscheidungsprozesse, die langsam, voreingenommen oder falsch sind, kann eine intelligente Fabrik mit weniger mehr produzieren.

Die digitale Fertigung eröffnet Möglichkeiten für mehr, neue, besser bezahlte Jobs, die viele Menschen als ansprechender und erfüllender empfinden. Diese höher bezahlten Jobs locken auch junge, neue Talente mit neuen Erkenntnissen und Konzepten zur Verbesserung der Einrichtung in den Bereich.

Eine Smart Factory ist auch ein Nährboden für Innovationen. Die durch Echtzeitanalysen erzielte Agilität bedeutet, dass es mehr Raum zum Experimentieren, zur Kreativität, zum Finden von Lösungen für neue Probleme auf dem Markt und zum Testen von Ideen in großem Maßstab gibt, ohne unnötige Ressourcen aufzuwenden.

Digitale Fabriken verzeichnen sogar einen Anstieg der Kundenzufriedenheit, da die Kosten sinken und die Lieferzeiten kürzer werden können, während gleichzeitig Qualität und Konsistenz steigen.

So implementieren Sie eine digitale Fabrik

Hier sind mehrere Möglichkeiten, Ihre digitale Transformation zu starten und ein digitales Fabrikbetriebsmodell zu implementieren:

Verbinden

Der erste Schritt besteht darin, Maschinenressourcen zu verbinden. Maschinendatenplattformen mit IIoT-Technologie ermöglichen es Unternehmen, Maschinen verschiedener OEMs und über verschiedene Generationen desselben OEMs hinweg zu verbinden, einschließlich digitaler und älterer analoger Geräte.

Bewerten Sie die aktuelle Fertigung

Unternehmen müssen gründlich prüfen, wo sie stehen und wie schnell sie den Aufbau einer digitalen Fabrik planen. Werden die Änderungen inkrementell oder „all in“ erfolgen? Wie wird ein „Buy-in“ erreicht?

Diese Fragen müssen beantwortet werden, und die aktuelle Leistung muss bewertet werden, um zu verstehen, wo ein Unternehmen steht und wie es dorthin gelangt, wo es hin will.

Wählen Sie den richtigen Lösungsanbieter

Viele Unternehmen beginnen den digitalen Weg zur Smart Factory mit Ad-hoc-Lösungen. Dies kann jedoch zu Interoperabilitätsproblemen zwischen einigen Geräten, Plattformen und Edge-Geräten führen.

Eine umfassende, KI-gesteuerte Maschinendatenplattform wie MachineMetrics bietet eine schlüsselfertige Möglichkeit, weiterzumachen. Es umfasst Plattformanalysen, Edge-Geräte und starken Kundensupport im gesamten System.

Schaffen Sie eine digitale Fabrikkultur

Je weiter digitale Fabrikteams voranschreiten und die Auswirkungen von Echtzeit-Maschinendaten deutlich werden, desto einfacher ist die Schaffung einer digitalen Kultur. In einer digitalen Kultur basieren Kommunikation und Zusammenarbeit auf datengesteuerten Erkenntnissen. Prozessverbesserungen lassen sich leichter erreichen und können von jedem Mitarbeiter mit Zugriff auf Daten identifiziert werden.

Herausforderungen und Lösungen bei der Implementierung digitaler Fabriken

Hier sind einige der Herausforderungen bei der Implementierung einer digitalen Fabrik und wie Sie diese meistern können:

IT-Kenntnisse

Vielen kleinen und mittleren Unternehmen mangelt es an fortgeschrittenen IT-Kenntnissen, was die Implementierungskosten erhöht. Wählen Sie also einen vertrauenswürdigen Lösungsanbieter mit einer Erfolgsbilanz im Kundenservice. Anbieter wie MachineMetrics bieten ein System mit einer intuitiven Installation, das in wenigen Minuten betriebsbereit ist.

Mangelnde Planung

Es ist leicht, eine digitale Transformation zu einer Smart Factory einzuleiten, ohne vollständig zu verstehen, was sie bedeutet und was sie bewirken soll. Die Lösung besteht darin, frühzeitig und tief in die Prozesse einzutauchen, um zu verstehen, wo Sie stehen und welche Lösungsanbieter am besten zu Ihrem Unternehmen passen.

Führungskräfte haben möglicherweise Angst vor den Kosten

Viele Lösungen sind teuer. Aber mit der richtigen Planung und Auswahl wird der richtige Lösungsanbieter ein System liefern, das die ROI-Erwartungen bei weitem übertrifft. Ein Pilotprogramm kann aus skeptischen Führungskräften schnell Gläubige machen.

Digitale Fabriksoftware

MachineMetrics unterstützt Initiativen zur digitalen Fabrik auf jeder Ebene der Umsetzung. Von unseren Hochgeschwindigkeits-Datenanschlüssen, die Maschinendaten mit 1 kHz direkt von der Quelle erfassen (1000-mal schneller als die 1 Hz, die bei den meisten Industriesensoren verfügbar sind) bis hin zu unserer Datenstandardisierungssoftware, die sicherstellt, dass die von Ihnen gesammelten Informationen gut zusammenpassen und Ihnen sofort Ergebnisse liefern können.

Unsere Cloud- und Edge-Computing-Funktionen unterstützen sowohl umfassende Analysen und Langzeitspeicherung in der Cloud als auch nahezu sofortige Echtzeitanalysen, um eine schnelle Entscheidungsfindung am Edge zu ermöglichen.

Unsere anpassbaren Dashboards bieten mehrere Ansichten Ihrer Daten und jeder kann in einem einfach verständlichen, farbcodierten Format jederzeit auf die benötigten Informationen zugreifen. Für Mitarbeiter in der Werkstatt bieten wir Tablets direkt an der Maschine an, damit sie den menschlichen Kontext mit den von uns erfassten Daten überlagern können. All dies und die Sicherheit auf Industrieniveau sorgen dafür, dass unsere Kunden bereits nach fünf Tagen einen ROI erzielen.