Digitale Trans­formation: Der Weg zur Smart Factory

Neue Technologien und agile Arbeitsmethoden verkürzen Innovationszyklen deutlich. Wirtschaftliche Umwälzungen wie Klimawandel und Ressourcenknappheit erfordern neue Ansätze. Kompetenzen wie Resilienz, Reaktions- und Anpassungsfähigkeit sind immer mehr gefragt, um die Wettbewerbsfähigkeit Ihres Unternehmens zu sichern.

Um dieses Ziel zu erreichen, lenken immer mehr Unternehmen Ihre Innovationskraft in das Potenzial von Smart Factory-Projekten. Es ist die Chance, sich mit Industrie 4.0 Vorteile im Wettbewerb zu verschaffen – und vielleicht sogar eine führende Position am Markt zu erlangen oder diese auszubauen.

Worin liegt also der konkrete Nutzen einer Smart Factory? Ihren größten Hebel hat die Digitalisierung der Produktion darin, auf unerwartet eintretende Ereignisse schnell zu reagieren. Ereignisse wie Störungen in der Lieferkette, spontane Änderungen des Produktionsprogramms, Ausfall von Produktionsanlagen oder spontan auftretende Qualitätsmängel.

Stellen Sie sich also einmal konkret vor, in Ihrer Produktion tritt eine Störung auf. In vielen Fällen sind die Ereignisdaten erst mit gewisser Verzögerung verfügbar. Einer der Gründe: Relevante Betriebsdaten oder technischen Daten werden aus den Systemen und Maschinensteuerungen oder gar aus Excel-Tabellen oder papiergebundenen Quellen extrahiert und zeitraubend zusammengeführt - oder relevante Daten sind erst gar nicht verfügbar. Die nächste Herausforderung: Aus den zusammengeführten Daten die komplexen Zusammenhänge fundiert und zeitnah zu verstehen. Bei den großen Mengen von Daten, die in der Produktion erzeugt werden, fällt dies oft schwer und erfordert das Wissen von erfahrenen Mitarbeitenden und Expert:innen. Die Folge: Oft werden Entscheidungen unter Unsicherheiten und intuitiv getroffen. Auch die Durchführung der jeweiligen Maßnahmen ist kosten- und zeitaufwändig, bis die Produktion wieder mit voller Leistungsfähigkeit läuft. Das kostet Ihr Unternehmen die Produktivität.

Die bessere Option: Eine Störung vorhersehen, bevor sie eintritt. So können Sie Maßnahmen rechtzeitig ergreifen und sie entsteht erst gar nicht.

Wie genau erreichen Sie die besseren Kennzahlen der OEE? Grundlage sind die vielfältigen Daten, die in der Produktion anfallen. Dies können z.B. technische Daten wie Temperaturen, Drücke oder Schwingungen sein. Sie werden von Sensoren an den Maschinen und Anlagen und aus den Maschinensteuerungen generiert. Ältere Maschinen, die die Daten noch nicht liefern, können in einem Retrofit mit Sensoren nachgerüstet werden. Performancedaten aus ERP-Systemen oder Manufacturing Execution Systems sind weitere Quellen. Somit entstehen riesige und ganz unterschiedlich strukturierte Datenmengen (Big Data). Um die Daten zentral zu erfassen, werden die Maschinen mit Rechenzentren (Clouds) über das „Industrial Internet of Things“ (IIOT) vernetzt.

Auf den Clouds werden IIoT-Plattformen betrieben. Diese bieten vielfältige Möglichkeiten, um digitale Services einer Smart Factory zu gestalten und zu betreiben: Für die Datenvorverarbeitung, Visualisierung, Big Data Analytics, Modellierung, Simulation und Remote Services.

Mit den in Echtzeit zentral erfassten Daten können Sie visualisieren, was im Wertschöpfungsprozess aktuell grade passiert. Im Condition Monitoring werden Anlagenzustände sichtbar gemacht und Warnungen an Anlagenführer gemeldet, wenn Abweichungen auftreten. Über Track & Trace-Technologien können Sie die Wertschöpfungskette rückverfolgen. Real Time Location Systems informieren Sie darüber, wo sich bewegliche Objekte wie Materialien, Werkstücke, Werkzeuge, Produkte oder Flurfahrzeuge grade befinden.

Mit innovativen Methoden der Big-Data-Analytik können Sie die riesigen Datenmengen sinnvoll verarbeiten. Das Ziel: Sie gewinnen daraus Erkenntnisse, die Sie zum Beispiel für die Fehler- und Ursachenanalyse verwenden können.

Mit Hilfe von Modellen, die mit der Technologie des Machine Learnings (Künstliche Intelligenz) erstellt werden, können Vorhersagen getroffen werden. Zum Beispiel darüber, wie sich Produktqualitäten im Produktionsprozess verschlechtern könnten (Predictive Quality) oder Anlagenausfälle drohen (Predictive Maintenance).

Welche Chance bieten Ihnen Simulationen? Sie zeigen die Auswirkungen von Entscheidungsalternativen. Das verbessert sowohl die Qualität der Entscheidungen als auch die Dauer, um sie zu treffen.

Moderne Produktionsanlagen existieren heute längst nicht mehr nur in der physischen Welt. Egal, ob es Prozessanlagen, Produktionslinien, Roboter oder vollautomatisierte Lager sind, sie senden Signale an Rechner und Server vor Ort und ermöglichen so eine ständige Momentaufnahme des aktuellen Zustands einer Fabrik. Das hilft den Betreiber:innen an Steuerpulten nicht nur, zu wissen, was in den Werken passiert. Sie können die Informationen auch dazu nutzen, die Produktivität zu steigern, die Sicherheit zu gewährleisten und rasch Anpassungen an sich wandelnde Bedingungen vorzunehmen. Dabei gibt es ein digitales Werkzeug, das diesen Prozess kontinuierlicher Optimierung wie kein anderes erleichtert – den „digitalen Zwilling“.

Für den Remote Service hat sich die Technologie der Augmented Reality bewährt. Sie erweitert die reale Umgebung – meist unter Anwendung von Datenbrillen – im Sichtfeld der Benutzer:innen um digitale Informationen. Damit können entfernt sitzende Expert:innen Mitarbeitenden vor Ort an den Maschinen auf ganz praktische Weise schnell helfen.

Wie wird Ihr Smart Factory-Projekt zum Erfolg?

Viele Projekte zum Thema Industrie 4.0 und Smart Factory werden aktuell unter dem wachsenden Wettbewerbsdruck und der zunehmenden Notwendigkeit der digitalen Transformation gestartet. Ein Teil davon scheitert jedoch. Das hat Gründe. Die Projekte leisten oft keinen hinreichenden Beitrag zu den Unternehmenszielen. Oder sie sind zu stark auf einzelne Technologien fokussiert. Was auch passieren kann: Sie sind nicht in größerem Maßstab anwendbar. Was können Sie tun? Achten Sie darauf, dass einzelne Pilotprojekte auch im Unternehmensmaßstab skalierbar sind – und zeitnah ein positives Ergebnis für das Unternehmen liefern.

Um das zu vermeiden, ist zunächst eine gründliche Analyse Ihrer Situation notwendig. Auf folgende Fragen benötigen Sie Antworten:

  • Welche Erfahrungen haben Sie bereits gesammelt oder stehen Sie noch am Anfang der Digitalisierung?
  • Benötigen Sie eine digitale Strategie oder können Sie pragmatisch einfach mit einem ersten Use Case anfangen? Und damit die Folgefragen:
    • Soll im Sinne einer Strategie ein Zielbild erarbeitet werden? Wollen Sie besser eine Gap-Analyse durchführen lassen? Sollen dazu Lösungsansätze umfassend erarbeitet, ein Projektportfolio erstellt und ein Transformations-Setup eingerichtet werden?
    • Oder ist es besser, zunächst pragmatisch einen Proof of Concept für einen ausgewählten Use Case durchzuführen, um dann mit diesen Erfahrungen die Anwendung der Technologie agil im Unternehmen weiterzuentwickeln?

Eine erfolgreiche Smart-Factory-Strategie beinhaltet also viele zu klärende Fragen und vor allem verschiedene Aspekte. Dazu stehen Ihnen aktuell viele verschiedene Technologien zur Verfügung. Jede von ihnen erweitert die Fähigkeiten ihre Produktion – je nach dem Einsatzgebiet und wie effektiv Sie sie einsetzen.

IIOT
 
Das Industrial Internet of Things (Industrielles Internet der Dinge“) bezeichnet ein System von miteinander vernetzten Maschinen, Anlagen und Geräten über und mit dem Internet.
Cloud Computing
 
Cloud Computing ist dann gegeben, wenn über das Internet auf Computing-Dienste wie IT-Infrastruktur, Netzwerke oder Software zugegriffen werden kann.
Smart Sensors
 
Smart Sensors bereiten die durch sie ermittelten Daten selbst auf und verarbeiten sie. Sie vernetzen sich mit dem Internet, mit Maschinen und Robotern oder untereinander.
RTLS
 
Echtzeit­lokalisierungs­systeme über­mitteln Positions­daten. Produkte, Gegen­stände, Geräte und Per­sonen im Arbeits­prozess werden damit genau und jeder­zeit identifiziert und lokalisiert.
IIOT Connectivity
 
Zu den Konnektivitäts­technologien gehören der Mobilfunk, die Gruppe der Low Power Wide Areas Networks sowie Nahbereich-, Gebäude- und Personal Area Networks.
Edge/ Fog Computing
 
Edge Computing ist die direkte Ver­arbeitung von Sensor­­daten am Gerät. Fog Computing sind kleine Rechen­­zentren, die in lokalen Netz­werken Daten teil­aus­werten, gefiltert uploaden und aus der Cloud down­loaden.
Mobile Devices
 
Mobile Devices werden zur ortsungebunden Sprach-, Video- und Datenkommunikation eingesetzt, z. B. Smartphones, Tablets, Datenbrillen, Wearables.
Blockchain
 
Blockchain besteht aus einer Kette von Informationsblöcken, die auf mehrere Rechner verteilt ist. Transaktionen können manipulationssicher abgebildet werden.
IIoT Plattformen
 
IIoT Plattformen werden auf Clouds betrieben und stellen über das „Internet of Things“ IT-Infrastruktur, Plattformdienste und Software als „As-a-Service“-Modelle zur Verfügung.
Big Data IOT-Analytics
 
Big Data IOT-Analytics umfassen innovative Methoden der Verarbeitung von großen unstrukturierten Datenmengen, die herkömmliche Methoden nicht analysieren können.
Machine Learning
 
Machine Learning ist ein Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz und erkennt sich wiederholende Muster in großen Datenmengen.
Augmented Virtual Reality
 
Augmented Reality ist die Anreicherung der realen Welt, z.B. über Datenbrillen oder Tablets, mit virtuellen Objekten. Menüs, Daten, Bilder oder Videos werden in die reale Umgebung eingeblendet.
COBOTS
 
Collaborative Robots sind Roboter, die für die direkte Interaktion mit dem Menschen konzipiert sind.
Autonomer mobiler Roboter
 
Fahrerloses Transportsystem, das die räumliche Umgebung kennt und selbst entscheidet, wie es von Punkt A nach Punkt B kommt.
Drohnen
 
Drohnen sind unbemannte Luftfahrzeuge, die entweder von Menschen ferngesteuert oder von einem integrierten oder ausgelagerten Computer gesteuert und damit teil- oder vollautonom sind.
3D-Druck
 
3D-Druck ist ein Oberbegriff, der mehrere additive Druckverfahren umfasst, mit denen sich Objekte von einem Computerprogramm ausgehend dreidimensional herstellen lassen.
Extra-Tipp:

Es gibt viele Elemente einer Smart Factory. Künstliche Intelligenz und digitale Transformation auf Softwareebene gehören dazu. Die Experten dafür finden Sie bei SALT AND PEPPER Technology sowie SALT AND PEPPER Digital

First Steps: Der Weg zur Smart Factory

Die Anforderungen zur Transformation der Produktion zu einer Smart Factory sind hoch. Umso wichtiger sind die ersten Gedanken und Schritte des Projekts:

  • Klären Sie die Strategie, was Sie mit der Smart Factory erreichen wollen. Skizzieren Sie klar die Vision, welche Fähigkeiten Sie entwickeln wollen. Welche Schlüsseltechnologien benötigen Sie dafür und welche Leistungsfähigkeit und Einsatzpotenziale sollen diese haben? Tipp: Was Vorreiter-Unternehmen heute schon umsetzen, erfahren Sie in einem cross-industriellen Austausch in unserem INNOVATORS CLUB.
  • Digitalisierungstechnologien bieten vielfältige Potenziale und Einsatzmöglichkeiten. Finden Sie heraus, welche davon den größten Mehrwert für Sie mitbringen. Identifizieren Sie Ihre Herausforderungen und entwickeln Ideen für Lösungsansätze mit den entsprechenden Digitalisierungstechnologien. Identifizieren Sie geeignete Use Cases. In Business Cases bewerten Sie Wirtschaftlichkeit und Umsetzbarkeit. Auf der Basis entsteht ein attraktives Zielbild für eine Smart Factory in Ihrem Unternehmen – und was Sie damit erreichen können.
  • Für die Umsetzung: Gestalten und managen Sie Proof of Concepts, Pilotprojekte und den Rollout für eine Skalierung. Nutzen Sie dafür Lösungen, wie z. B. im Machine Learning, und erstellen Sie entsprechende IIoT Applikationen und das IT-Ökosystem für digitale Anwendungen. Um die Vernetzung von der Shop Floor-Ebene bis in die Cloud zu realisieren, entwickeln Sie eine passende IT/OT-Strategie der digitalen Infrastruktur.
  • Tipp: Das Wissensgebiet rund um die Digitalisierung und Industrie 4.0 ist für viele Produktionsverantwortliche noch neu, Wissen darüber noch relativ wenig verbreitet. Nutzen Sie Synergien mit anderen digital aufgestellten Unternehmen und das Fachwissen von Experten, die auf dem Gebiet der Transformation zur Smart Factory Erfahrungen haben. Zu diesen Experten gehören auch wir: Denn wir bieten den kompletten Service aus einer Hand – sowohl Transformationsberatung als auch die Umsetzung von Lösungen für eine Smart Factory. So unterstützen wir Sie bei jedem oben erwähnten Schritt auf dem Weg zur Smart Factory. Nehmen Sie Kontakt auf und starten Sie Ihren Prozess zur Smart Factory!

NEHMEN SIE KONTAKT AUF

Gerne beraten wir Sie zu diesen und andern Themen. Nehmen Sie einfach unverbindlich Kontakt mit uns auf, dann finden wir gemeinsam heraus, wie wir Ihnen weiterhelfen können.

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