Digitalisierung: Auf dem Weg in die Zukunft

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Digitalisierung: Auf dem Weg in die Zukunft

Welchen Mehrwert schafft die Digitalisierung für produzierende Unternehmen? Wir werfen einen Blick auf die Perspektiven und aktuellen Herausforderungen der Industrie 4.0.

Digitale Anwendungen durchdringen heute unser gesamtes Alltagsleben. Die direkte persönliche Kommunikation genießt zwar einen ungebrochen hohen Stellenwert, aber der Informationsaustausch verläuft zunehmend digital. So sind wir heute weltweit über verschiedene Netzwerke verbunden und können von überall auf unsere Daten zugreifen. Die Digitalisierung findet längst auch in der Industrie statt und beeinflusst die Art, wie Mensch und Maschine interagieren. Immer mehr flexible, hochdynamische Wertschöpfungsnetzwerke lösen die bisherigen starren, fest definierten Produktionsketten ab. Maschinen, Menschen und Produkte sind untereinander verbunden und alle relevanten Informationen werden in Echtzeit verarbeitet. In naher Zukunft werden ausschließlich datengetriebene Geschäftsmodelle die industriellen Herstellungsprozesse bestimmen. An Zielen mangelt es nicht: Die Digitalisierung in der Industrie, der sogenannten Industrie 4.0, soll die Herstellung effizienter, produktiver und nicht zuletzt nachhaltiger machen. Der Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. (BDI) führt an, dass sie die Produktion individueller und effizienter macht. Dank neuer Formen der Organisation würden Experten bis 2025 Produktivitätssteigerungen von bis zu 30 Prozent prognostizieren.

Neue Dimension der Technologie

Anlagendigitalisierung – das verheißt, den ‚Effizienz-Turbo‘ einzuschalten. Produktionsabläufe vereinen sich mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik und bilden die Grundlage für die smarte Fabrik, in der intelligente, technische Systeme aus Elektronik, Softwaretechnologie und Mechatronik selbstständig miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten. Die zunehmende Digitalisierung in der Industrie wird durch immer kleinere, vernetztere und erschwinglichere Sensoren begünstigt. Gleichzeitig bieten schnellere Prozessoren und größere Speicherkapazitäten immer höhere Rechenleistungen zu immer niedrigeren Kosten. Die weltweit übergreifenden Netzwerke ermöglichen zudem eine ortsunabhängige Kommunikation. Mit diesen technologischen Fortschritten erreicht die industrielle Produktion eine neue Dimension.

Selbstständige Organisation in echtzeitfähigen IT-Systemen

In den produzierenden Unternehmen hat die digitale Transformation Auswirkungen auf der horizontalen und vertikalen Ebene: Auf der vertikalen verändert sich die Art und Weise, wie die Produktion unternehmensintern organsiert wird. Hier kommen die Informatiksysteme mit der industriellen Produktionsebene zusammen. Auf der horizontalen Ebene unterscheidet sich die Form des Austauschs zwischen dem Unternehmen und anderen Marktteilnehmern. Intelligente Maschinen und Produkte, Lager­systeme und Betriebsmittel organisieren sich zukünftig selbstständig in echtzeitfähigen IT-Systemen. Eine zentrale Steuerung, wie es sie früher gab, wird es in der Fabrik von morgen nicht mehr geben. Es findet ein automatisierter Prozess entlang der gesamten Wertschöpfungskette und sogar über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg statt – von der Logistik über Produktion und Marketing bis zum Service und Qualitätsmanagement.

Nutzen: Kostenvorteile und Predictive Maintenance

Die Digitalisierung entlang der Wertschöpfungskette führt zu einer erhöhten Produktivität, verkürzten Durchlaufzeiten und einer besser steuerbaren Produktion, und damit zu wesentlichen Kostenvorteilen. Kunden und Geschäftspartner können sich zudem über smarte Produkte direkt in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse einbinden lassen. Maschinen und Anlagen werden mit intelligenten Funktionalitäten ausgestattet und erlauben dem Hersteller, seine Geräte per Fernwartung beim Kunden automatisiert zu überwachen und zeitgerecht warten zu lassen. Predictive Maintenance, zu Deutsch: vorausschauende Wartung, nennt sich diese neue Art hochwertiger Dienstleistung. Mit intelligenteren Monitoring- und Entscheidungsprozessen können Unternehmen und ganze Wertschöpfungsnetzwerke in annähernder Echtzeit gesteuert und optimiert werden.

Daten, der Schlüssel zum Erfolg

Durch die Digitalisierung lassen sich gewaltige Mengen an Daten sammeln und verarbeiten. Sie sollen stets verfügbar, transparent und uneingeschränkt zugänglich sein, um immer die beste Entscheidung für die optimale Produktion treffen zu können. Digitale Daten sind in der intelligenten Produktion der Zukunft der Schlüssel zum Erfolg. Neben Kundendaten spielen ebenfalls die Daten innerhalb eines Produktionskreislaufes eine Rolle. Auch einzelne Bauteile können bereits Daten und Informationen enthalten und mit der Maschine über Barcode, RFDI-Transponder oder Smart Tag kommunizieren, zum Beispiel dahingehend, für welches Produkt das Bauteil geplant ist. Diese Produkte haben eine Art ‚digitales‘ Gedächtnis und teilen der Anlage selbst mit, was mit ihnen passieren soll. Dadurch lassen sich in einem Vorgang unterschiedliche Versionen eines bestimmten Produktes gleichzeitig fertigen. Das Ergebnis: eine präzise Steuerung deutlich individualisierter Produkte im Rahmen eines schlankeren Produktionsprozesses, der Lean Production.

Good practice: Industrie für Leitsysteme

Es gibt bereits viele gute Beispiele aus der produzierenden Industrie, wie die beschriebenen digitalen Strategien zur Effizienzsteigerung eingesetzt werden. Eins davon: Das Siemens-Elektronikwerk in Amberg (EWA). Damit hier täglich 350 Produktionswechsel aus einem Portfolio von rund 1.200 verschiedenen Produkten gelingen, müssen rund 50 Millionen Prozess- und Produktdaten ausgewertet werden. Alles, um die optimale Produktion von zirka 17 Millionen Simatic-Komponenten im Jahr sicherzustellen. Schon heute unterstützen hier zukunftsweisende Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), Industrial Edge Computing oder eine Cloud-Lösungen die hochflexiblen, maximal effizienten und zuverlässigen Abläufe.

KI, Datenverständnis und maschinelles Lernen

Mit Künstlicher Intelligenz wird die Lernfähigkeit eines Systems auf Basis von Daten sowie wissensbasierten Systemen beschrieben. Angelehnt an die menschliche Intelligenz fokussiert sich Künstliche Intelligenz auf die Lösung konkreter Probleme und unterstützt Anwender bei Arbeits- und Entscheidungsprozessen. Klassische EDV-Systeme basieren im Wesentlichen auf klar definierten und fest programmierten Regelwerken, die nach dem Prinzip ‚Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe‘ (EVA) arbeiten. Im Gegensatz dazu sind KI-Systeme in der Lage, die Eingabe zu interpretieren und daraufhin die Ausgabe selbstständig anzupassen. Es erfolgt ein Übergang von der reinen Datenverarbeitung zum Datenverständnis. Die Künstliche Intelligenz erweitert das EVA-Prinzip um die neue Säule ‚Lernen‘. Heutzutage sind KI-Systeme in der Lage, autark Texte, Sprache oder Bilder zu kreieren. Autonome Fahrzeuge können beispielsweise nicht nur in bekannten Situationen agieren, sondern auch aus vorhandenen Daten eine Reaktion in unbekannten Situationen ableiten. Wichtig ist, dass KI nicht die klassische Informatik ersetzt, sondern sinnvoll ergänzt.

Wie lässt sich KI integrieren?

Um Künstliche Intelligenz für das eigene Unternehmen zu nutzen, muss zunächst einmal sichergestellt sein, dass digitale Daten durch den ausreichenden Fortschritt maschineller Datenerhebung und Vernetzung der einzelnen Systeme zur Verfügung stehen. Darüber hinaus muss die IT-Struktur es ermöglichen, Daten strukturiert zu speichern und einfach auszulesen. Ein wichtiger Punkt: die Sicherheit des IT-Systems. Es darf unter keinen Umständen einen unbefugten Zugriff auf Daten und die Steuerung der Unternehmensprozesse geben. Dazu ist es notwendig, Anwendungswissen auch intern bereitzustellen und regelmäßig die eigenen Lösungen auf Plausibilität zu überprüfen. Besonders, wenn Kundendaten betroffen sind, sollte die Datenhoheit und rechtliche Lage geklärt sein: Über Daten zu verfügen bedeutet nicht automatisch, die Berechtigung für die Nutzung zu besitzen.

Prozessindustrie: Anforderungen an Lieferanten

In der Prozessindustrie sind immer kleinere Produktionschargen, kürzere Zeiten für Planung, Errichtung und Inbetriebsetzung gefragt. Flexibilisierung und modulare Automation sind hier die Themen, an denen sich Industrie 4.0 messen lassen muss. „Wenn die Digitalisierung der Betriebstechnik künftig im Rahmen von Industrie 4.0 in den Unternehmen unter die Verantwortung der Unternehmens-IT gestellt wird, hat das Konsequenzen – auch für die Anlagenlieferanten“, konstatiert der Trendbericht #1 der Fachmesse für Granulat-, Pulver- und Schüttguttechnologien Solids. „Diese tun gut daran, sich auf die künftigen Forderungen ihrer Kunden in der Prozessindustrie einzustellen“, warnen die Autoren.

Auf dem Weg zur Digitalisierung

Nach zweijähriger Entwicklungszeit wird im Frühjahr 2021 die neue Generation der Controller bei Brabender Technologie Einzug halten und den Grundstein für eine intelligente Wertschöpfungskette legen. „Wir haben die Steuerungstechnik mit der neuen Generation an Controllern für die Zukunft ausgelegt“, freut sich Günter Kuhlmann, Geschäftsführer der Brabender Technologie. „Mit dem sehr hohen Maß an Konnektivität lassen sich nahezu alle SPS mit unseren Controllern verbinden und über die in den Industrien üblichen Protokolle kommunizieren.“ Optional wird es möglich sein, das Gerät mit einer WLAN-Verbindung auszurüsten und über den Webserver und mit dem Controller zu verbinden. Die Verbindung kann mit denselben Einstellungen wie bei einer Bedieneinheit auch über ein Smartphone, ein iPad oder Tablet oder einen Desktop-Computer sichergestellt werden. Die neue Steuerungstechnologie wird auch Themen wie Machine Learning und Predictive Mainte-nance bedienen können – darstellbar und sichtbar auf den Bedieneinheiten, die als nächster Schritt in diesem Jahr vorgestellt werden. Gerade im Hinblick auf die Kurzzeitgenauigkeit des Prozessors können schnelle Taktraten den Algorithmus in deutlich höheren Frequenzen arbeiten lassen. In Verbindung mit einem sehr guten Regel-Algorithmus führt das zu einer weiter verbesserten Genauigkeit des Dosierers.

Fazit

Die Industrie 4.0 bringt einen tiefgreifenden Wandel und großes Potenzial mit sich. Zum einen macht die Digitalisierung in der Industrie die Produktion insgesamt effizienter und ressourcenschonender. Zum anderen stärkt sie die Wettbewerbsfähigkeit der sie nutzenden Unternehmen und eröffnet ihnen neue Chancen auf den Weltmärkten. Brabender Technologie befindet sich mitten in diesem Wandel und hat sich auf den Weg gemacht – in eine aufregende, intelligente Zukunft.

(erschienen in FLUX 1/2021)