Die Industrie 4.0 vernetzt Menschen, Maschinen, Produkte, Gebäude und Prozesse, um sie intelligenter, innovativer und effizienter zu gestalten. Möglich gemacht hat das alles erst die digitale Transformation. So entstand die Smart Factory deren Basis Cyber-Physische Systeme sind, die die Kommunikation zwischen den genannten Akteuren im Internet der Dinge erst möglich machen. Merken Sie was? Sie sind schon mittendrin. Im Buzzword Dschungel der Industrie 4.0 und somit auch in der Smart Factory. Selbst für Brancheninsider lässt sich die Bedeutung hinter den meist Englisch angehauchten Begrifflichkeiten, manchmal nur noch erahnen und man könnte den Eindruck gewinnen, dass jeden Tag neue dazu kommen. Wir möchten etwas Licht ins Dunkel des Buzzwords Dschungels bringen und Ihnen die wichtigsten Begriffe der Smart Factory verständlich machen.
Die Digitalisierung ist nicht neu, aber erst jetzt richtig möglich.
Die Idee hinter der Digitalisierung ist nicht neu. Schon in den 1960iger Jahren verwendete man CAD Programme für das rechnergestützte Zeichnen und Konstruieren von Produkten, das anschließende Programmieren für die Herstellung des Produkts erfolgte dann über CAM Technik. 10 Jahre später kam dann CIM das „Computer Integrated Manufacturing“ hinzu, doch leider fehlte eine durchgängige Software von der Konstruktion bis hin zur Maschine, die eine Vernetzung möglich gemacht hätte. Somit waren die Ansätze für das Modell der Industrie 4.0 schon lange gegeben, aber auf Grund der fehlenden Rechnerleistungen schlichtweg nicht umsetzbar.
Die Digitalisierung begann ihren tatsächlichen großen Siegeszug erst mit den ersten PCs, die eine Umwandlung der Daten von analog zu digital notwendig machten, auch wenn dies schon vorher für die Nutzung von CAD Daten notwendig war und gemacht wurde. Je mehr Computer Einzug in unsere berufliche und private Welt hielten, um so notwendiger wurde es, Daten zu digitalisieren, um sie verarbeiten zu können. Heute verwalten wir fast alle Daten ausschließlich digital, egal ob das unser Handy ist, das sich von einem reinen Telefon zu einem mobilen Büro mit tausenden von Bildern, Videos oder Musiktiteln gemausert hat oder unsere Computer, die in Sekundenbruchteilen komplexe Berechnungen durchführen. Die digitale Revolution beeinflusst die ganze Welt.
Ohne das Internet auch kein Internet der Dinge – schon wieder ein Buzzword.
Durch die Abschaltung des ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), dem Vorläufer des heutigen Internets, das von der US Air Force entwickelt wurde, im Jahr 1990 begann die Kommerzialisierung des World Wide Web.
Während im World Wide Web immer noch in letzter Konsequenz Menschen miteinander vernetzt sind, entwickelt sich mehr und mehr ein Netzwerk, das den Austausch von Daten und Informationen zwischen Sensoren, Aktoren und Maschinen ermöglicht. Der Mensch an sich leistet hier lediglich Support bzw. wird bei Bedarf informiert.
Heute ist dieses „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) die Basis für die Vernetzung intelligenter Objekte (Cyber-Physische Systeme, CPS), die darüber mit der digitalen Welt kommunizieren, d.h. sie tauschen Informationen in Echtzeit, über ihren Zustand, ihre Auslastung, ihren Standort aus oder melden Fehler. Dieser kontinuierliche Austausch von Daten ermöglicht so die Industrie 4.0 und damit auch die Smart Factory, die intelligenten Fabrik. Über Sensoren werden von den Systemen Daten erfasst, analysiert und verarbeitet. Anschließend nutzen sogenannte Aktoren diese Daten, um dann wiederum auf die reale Welt einzuwirken. Mittels Software, Elektronik und dem Internet der Dinge verschmelzen alle zu einem System und sorgen so für eine stetige Optimierung und Effizienzsteigerung aus sich selbst.
Auch unsere Wertschöpfungsketten werden durch die Digitalisierung massiv beeinflusst und werden transparenter, steuern, organisieren und optimieren sich permanent selbst. All das funktioniert aber nur dann, wenn eine horizontale und vertikale Vernetzung gewährleistet ist, die für einen permanenten, effizienten Datenaustausch zwischen allen Akteuren sorgt.
Bei der horizontalen und vertikalen Vernetzung, vom ERP, über MES bis zu den Maschinen auf der Anlagenebene können mannigfaltige Daten erfasst, analysiert und interpretiert werden. Diese Erkenntnisse werden genutzt, um prozessoptimierte Maßnahmen einzuleiten und so die Produktions- und Geschäftsprozesse effizienter zu gestalten.
Dabei entstehen riesige Datenmengen, die sogenannte Big Data. Sie werden in der Zwischenzeit sogar als das Gold der Industrie 4.0 bezeichnet. Laut einer Studie von Juniper Research geht man davon aus, dass bis zum Jahr 2022 ca. 50 Milliarden Geräte, Maschinen, Produkte, Informations- und Kommunikationssystem, aber auch Steuerungen miteinander kommunizieren werden, vernetzt sind und das nicht nur über die unterschiedlichsten Prozessebenen, sondern sogar über Unternehmensgrenzen hinweg. Die reale und die virtuelle Welt werden quasi eins.
Hier kommt gleich das nächste Buzzword für die Smart Factory ins Spiel: Künstliche Intelligenz (KI). Sie hilft dabei, diese großen Datenmengen schnell und zuverlässig zu verarbeiten und auszuwerten. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen dann beispielsweise der Prozessoptimierung und Fehlervermeidung (Rückkopplung, Predictive Maintenance), der Schaffung von Transparenz (Wirkzusammenhänge, Qualitätssteigerung) oder der Steuerung ganzer Wertschöpfungsketten.
Apropos Wertschöpfung: Gerade bei Applikationen im Umfeld der Augmented- (AR) und Virtual-Reality (VR) stellt sich oft die schwierige Frage, wo der Spieltrieb aufhört und wo die Wertschöpfung beginnt. Wir nutzen diese Technologien bereits seit mehreren Jahren wertschöpfend in vielen Bereichen, um z.B. wirklichkeitsgetreu Arbeitsabläufe abzubilden, Trainings an virtuellen Robotern durchzuführen oder um (ganz ohne zusätzliche Reisekosten) hinter die Abläufe ganzer Fabriken blicken zu können. Einzelne Fertigungsschritte können direkt an der Anlage mit Augmented Reality angezeigt werden, wodurch ein Soll-Ist-Abgleich in Echtzeit möglich ist. Dies wiederum beschleunigt die Reaktionszeit bei Qualitätsabweichungen und verhindert so die Störungen von Produktionsabläufen. Dass wir hierfür auch sogenannte Game-Engines einsetzen schließt nur scheinbar den Kreis zum Spieltrieb, denn inzwischen profitiert, gerade im graphischen Bereich, die industrielle Anwendungen von der hier sehr weit entwickelten Spieletechnologie.
Nochmals kurz zur Predictive Maintenance: Auch hier werden natürlich auch wieder jede Menge Daten, die über Sensoren erfasst werden, ausgewertet, diesmal um eine vorausschauende, proaktive Wartung von Maschinen und Anlagen zu ermöglichen und Ausfallzeiten in der Produktion zu verhindern.
Ein weiteres wichtiges Element, um die Smart Factory möglich zu machen, ist der Digitale Zwilling. Er ist das genaue, aber virtuelle Abbilde eines Produkts, einer Maschine oder eines Prozesses und spielt in vielerlei Hinsicht eine entscheidende Rolle im Orchester der Fabrik der Zukunft. Er begleitet eine Anlage von der ersten Idee bis zu ihrem letzten Abschalten. Also steckt hinter dem „Digitalen Zwilling“ wirklich so sehr viel mehr als ein weiteres Buzzword der Smart Factory? Das haben wir in unserem Whitepaper „Der Digitale Zwilling. Nur ein Buzzword der Digitalisierung oder reale Effizienzsteigerung?“ für Sie ausführlich beleuchtet.
Wir stehen erst am Anfang des Zeitalters der intelligenten, vernetzen Fabrik: der Smart Factory.
Die Smart Factory ist ein komplexes, facettenreiches Ineinandergreifen von Daten und Systemen. CPS, Künstliche Intelligenz, Big Data, Digitaler Zwilling, Virtual und Augmented Reality oder Predictive Maintenance sind Begriffe, die Ihnen ständig begegnen werden. Sie sind notwendig, um die Fabrik der Zukunft flexibel, schnell und effizient zu machen.
Für EDAG Production Solutions ist das alles längst keine Zukunftsmusik mehr und alles andere als ein Buzzword Dschungel. Wir verknüpfen unser jahrzehntelanges Produkt-Know-how im Bereich Automotive und unsere branchenübergreifende Produktionskompetenz mit der digitalen Welt.
Unser Experte Dr.-Ing. Frank Breitenbach, Senior Fachexperte Planungsmethodik Smart Factory kennt die Buzzwords der Digitalisierung und der Smart Factory und die Chancen und Möglichkeiten, die für ein Unternehmen und dessen gesamte Wertschöpfungskette daraus erwachsen können. Er gibt Ihnen gerne einen genauen Einblick in die kosteneffizienten Lösungen der Produktion im Rahmen der Produktion von morgen.
