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Fabrik 4.0 als Wertschöpfungsgenerator

Spricht man von Industrie 4.0 und ihrem Einfluss auf die zukünftige Fabrikgestaltung, dann bleibt es für viele Entscheider eine vage Vorstellung, was das wirklich zu bedeuten hat. Konkreter und erkenntnisreicher ist dagegen die Feststellung, dass die Fertigung in Zukunft von mehr Produktindividualisierung und deutlich kürzeren Produktlebenszyklen bestimmt sein wird. Deshalb sind die Auswirkungen auf ein Fabriksystem sehr  umfassend und ebenso die Trends zu einer entsprechenden, digitalen Transformation, wie beispielsweise Energieeffizienz, Wandlungsfähigkeit, Dezentralisierung, Modularisierung, Anpassung an den Menschen und intelligente Gebäude.

Digitale Transformation und ganzheitliche Vernetzung

Es gibt diverse Schwerpunkte, die eine Fabrik 4.0 ausmachen. Das Erlangen bzw. Steigern von Wandlungsfähigkeit und Flexibilität durch standardisierte Schnittstellen, modulare Systemelemente, Plug & Produce und die Vermeidung von starren Strukturen ist ein wichtiger Faktor, ohne den die Wettbewerbsfähigkeit in Zukunft nicht mehr zu gewährleisten ist. Darüber hinaus kann man mit dem Zusammenspiel von Sensorik und Aktorik, Predictive Maintenance, smarten Baustoffen und einem implementierten Indoor Positioning ein intelligentes Gebäude schaffen, das erheblich zu einer optimierten Wertschöpfungskette beiträgt. Die Ressourcen- und Energieeffizienz sowie Ausrichtung auf den Menschen und somit die Gestaltung der Arbeitswelten sind weitere Aspekte, die bei einer zukunftsfähigen Fabrik eine Rolle spielen.

Die Transparenz auf allen Ebenen durch Digitalisierung und die ganzheitliche Vernetzung des Fabriksystems weisen den Weg, um die Vorteile einer solchen Fabrik voll auszuschöpfen: Bewältigung der steigenden Komplexität von Produkten und der Produktion, optimale Einbindung neuer Technologien, Ressourceneffizienz und reduzierter Materialeinsatz, alterns- und altersgerechtes Arbeiten, reibungslose Kooperation zwischen Mensch, Technik und Organisation und natürlich, immens wichtig – die Steigerung der Wertschöpfung.

Technologie als Treiber der Fabrik 4.0

Im Kontext der Industrie 4.0 ist es ratsam, einen Umbau, Ausbau oder Neubau der Fabrik in Betracht zu ziehen. Bauliche Maßnahmen zu planen und umzusetzen trägt erheblich zur Weiterentwicklung und zum Wachstum eines Unternehmens bei und sichert die langfristige Wettbewerbsfähigkeit. Insbesondere neue Technologien treiben eine solche Veränderung rasant voran, denn diese gilt es reibungslos zu implementieren, damit sie ihre volle Wirkung entfalten können. Big Data und Advanced Analytics, Visualisierung durch Augmented und Virtual Reality sowie Kollaborations- und Kommunikationsplattformen sind keine Zukunftsvisionen, die irgendwann eventuell eine Rolle spielen, sondern heute schon die Werkzeuge, mit denen man sich von der eigenen Konkurrenz absetzen kann.

Vor welchen Herausforderungen stehen Unternehmen bei der Fabrik 4.0?

  • Wo fängt man an?
  • Mit welchen Maßnahmen erreicht man schnell messbare Erfolge?
  • Wie nimmt man Mitarbeitende bei der Digitalisierung mit?

In unseren Kundenprojekten haben wir die Erfahrung gemacht, dass Digitalisierung typischerweise in Einzelschritten erfolgt. Die wenigsten Unternehmen beschäftigen sich gleich zu Beginn mit künstlicher Intelligenz, weil oft die Datengrundlage in hinreichender Qualität fehlt.

Fabrik 4.0 – in vier Stufen zur Smart Factory

1. Transparente Fabrik

Obwohl das Thema Industrie 4.0 bereits seit Jahren breit diskutiert wird, stehen viele Unternehmen noch immer am Anfang ihrer Digitalen Transformation. Systembrüche sind weiterhin eher die Regel als die Ausnahme und vielen Unternehmen fehlt die notwendige Transparenz, um Management-Entscheidungen fällen zu können.

In der ersten Digitalisierungsstufe auf dem Weg zur Fabrik 4.0 liegt der Fokus darauf, Papier in elektronische Formate zu überführen, um auf Daten zugreifen zu können. Gleichzeitig müssen die Messgrößen definiert werden, welche je nach Produktionsprozess und Geschäftsanforderung möglicherweise sehr unterschiedlich sind. Beispielsweise kann für ein Konsumgüterunternehmen die Durchlaufzeit entscheidend sein, um auf schnell wechselnde Kundenbedarfe zu reagieren, während bei einem Medizintechnik-Hersteller Qualitätskennzahlen die höchste Priorität haben.

In der Digitalisierungsstufe „transparente Fabrik“ werden Schlüsselinformationen aus der Produktion in der digitalen Welt hinterlegt. So entsteht ein „digitaler Schatten“, der Aufschlüsse über Problemfelder gibt und das Management bei Geschäftsentscheidungen unterstützt.

2. Reaktionsfähige Fabrik - Echtzeitdaten

Heutzutage genügt es meist nicht, Daten aus der Vergangenheit für die Steuerung der Fertigung heranzuziehen. Entscheidungen müssen zeitnah gefällt werden. Durch die Erfassung von Echtzeitdaten wird das Cockpit vom „digitalen Schatten“ zu einem Digitalen Zwilling. Dieser ergänzt vorhandene Informationen durch aktuelle Daten und ermöglicht dadurch komplexe und anpassungsfähige Planungsprozesse.

Die Herausforderung dabei ist, Daten zeitnah und in der benötigten Qualität bereitzustellen. Sensorik und Datenmanagement bilden kritische Komponenten, die besonders in gewachsenen Strukturen zur Hürde werden können. Maschinen müssen beispielsweise über Retrofit-Sensoren in die Lage versetzt werden, Echtzeitdaten weiterzugeben.

Die Bilderkennung durch Kameras bietet zunehmend Möglichkeiten, Daten aus alten Maschinen zu erfassen. Für Automatisierungsentscheidungen in der Fabrik der Zukunft werden offene Standards immer wichtiger, wie zum Beispiel OPC Unified Architecture. Über diesen Standard zum Datenaustausch können Maschinendaten einheitlich an die Kontrollebene weitergegeben werden.

3. Prädiktive Fabrik

Während in ersten beiden Entwicklungsstufen die Zukunft auf Basis der Vergangenheitsdaten extrapoliert werden musste, können mit prädiktiven Systemen zukünftige Abläufe in der intelligenten Fabrik simuliert und spezielle Szenarien entwickelt werden. Der Digitale Zwilling wird erweitert: In ihm werden nicht nur die Daten in Echtzeit erfasst, sondern es können über Geschäftsregeln auch die zukünftigen Verhaltensweisen des Systems vorhergesagt werden. Auf dieser Stufe ist die Semantik die größte Hürde; das heißt, die Erfassung von Prozessregeln, so dass Informationen interpretiert werden können und die Maschine Handlungsvorschläge machen kann.

Um die Vorhersagen relevant zu halten, müssen die Geschäftsregeln im Digitalen Zwilling mit der Realität übereinstimmen und jede Änderung im Shopfloor muss entsprechend nachgepflegt werden. Voraussetzung dafür sind Disziplin und geeignete Prozesse in der Fabrik 4.0.

4. Intelligente Fabrik

In den letzten Jahren haben sich Künstliche Intelligenz und Machine Learning sehr schnell weiterentwickelt. Unternehmen sind nun in der Lage, selbstoptimierende Modelle im Digitalen Zwilling abzubilden, um die Qualität der Vorhersagen laufend zu verbessern. Aufgrund der schnellen Innovationsgeschwindigkeit kann man davon ausgehen, dass sehr bald computerbasierte Handlungsempfehlungen auf Basis Tausender Datenpunkte die Entscheider in Unternehmen und der Fabrik 4.0 unterstützen können. Die Herausforderung der Zukunft wird sein, die Balance zwischen menschlicher und maschineller Kompetenz zu halten. Nur dadurch kann sichergestellt werden, dass selbstoptimierende Algorithmen sich in die richtige Richtung weiterentwickeln und keine Fehlentscheidungen auf Basis falscher Modelle entstehen. Eine SmartFactory ist entstanden.

Ingenics – Erfahrung und Weitsicht in der Fabrikplanung

In der Planung und auch während der Bauphase erkennen wir Probleme, bevor sie entstehen, damit sie unmittelbar angepackt werden, und mit unserem exzellenten Schnittstellenmanagement sorgen wir auch dafür, dass die Anforderungen verschiedener Seiten beim Projekt vor Ort in Einklang gebracht werden, um die Zeit- und Kostenpläne einzuhalten.

Viele Unternehmen schätzen unsere Expertise auf diesem Gebiet, da wir unsere Prozess- und Methodenkompetenz genauso in ein Projekt einbringen wie unsere weitreichende technische Kompetenz, deren Stellenwert im Zuge der digitalen Transformation immer größer wird. Hier ist es entscheidend, dass wir die nötige und – bei jedem Kunden – individuelle Weitsicht haben, um das zukünftige Fabriksystem zu einem effizienten Wertschöpfungsgenerator zu machen.