In vier Stufen zur Smart Factory

Auf die Plätze, fertig, smart?

Warum die intelligente Fabrik nicht von jetzt auf gleich entstehen kann und warum die „Smart-Werdung“ in vier Stufen verlaufen sollte.

Smart Factories entstehen nicht von heute auf morgen. Im Fall eines Neubaus oder einer Umrüstung einer Fabrik verläuft die „Smart-Werdung“ in mehreren Stufen. Mit ihrem 4-Stufen-Modell haben Sieghard Schmetzer, Partner und Director Business Unit Ingenics AG, und Max Weiß, Head of Innovation Ingenics AG, den Neubau einer Fabrik auf der grünen Wiese mit einem Investitionsvolumen von rund 250 Millionen Euro begleitet. „Auch wenn solche Projekte in Etappen geplant und realisiert werden, muss die Digitalisierung von Anfang an berücksichtigt werden“, erklärt Max Weiß.

Auf Analyse folgt Konnektivität

Obwohl seit Jahren über Industrie 4.0 diskutiert wird, stehen viele Unternehmen noch am Anfang ihrer Digitalen Transformation. In Stufe 1 „Transparente Fabrik“ geht es darum, Datentransparenz zu erzeugen und diese Daten nutzbar zu machen, vor allem, um die Zusammenhänge und Problemstellungen der Vergangenheit zu verstehen. Über geeignete KPIs muss definiert werden, was gemessen werden soll und welche Business Insights generiert werden sollen.

Auf dieser Grundlage soll auf Stufe 2 „Reaktionsfähige Fabrik“ mehr Konnektivität geschaffen werden, um weitere Anlagen und Prozesse zu digitalisieren und anzubinden. Ziel ist, die Fabrik echtzeitfähig zu machen. Vorher haben wir immer nur zurückgeschaut und mit Informationen aus der Vergangenheit gearbeitet, um festzustellen, was das Problem war“, so Schmetzer. „Nun schauen wir uns an, wie wir wirklich echtzeitfähig werden können, um akute Probleme zu identifizieren und Lösungen zu finden.“ Durch die Vernetzung der Prozesse und eine echtzeitnahe Datenanbindung schaffen wir einen Digitalen Schatten, der Aufschlüsse über Problemfelder gibt und als digitales Abbild der realen Fabrik das Management bei Entscheidungen unterstützt. Dafür müssen Maschinen z. B. über intelligente Vernetzung und Sensoren in die Lage versetzt werden, Echtzeitdaten weiterzugeben. Offene und standardisierte Schnittstellen wie OPC UA werden für Automatisierungsentscheidungen immer wichtiger; nicht zuletzt, um Maschinendaten einheitlich an die Steuerungsebene weiterzugeben und den übermittelten Informationen eine semantische Beschreibung mitzugeben.

Von der Simulation zum Digitalen Zwilling

Sobald die Voraussetzungen für die Generierung und Nutzung von Echtzeitdaten für Produktion und Logistik geschaffen sind, kann die Frage nach geeigneten Mechanismen, Algorithmen und Modellen gestellt werden, um Vorhersagen zu treffen. Welche Problemstellungen werden welche Lösungen erfordern? Wie können wir die Probleme der Vergangenheit mit prädiktiven Systemen künftig vermeiden? Auf Stufe 3 „Prädiktive Fabrik“ werden zukünftige Abläufe simuliert und neue Szenarien entwickelt. Aber noch ist das Ganze überwiegend regel- und szenariobasiert, wenngleich auch hier bereits der Einsatz von Machine-Learning-Modellen erforderlich ist. Die größte Herausforderung ist es, Prozessregeln abzubilden, sodass Informationen interpretiert werden und Systeme selbst Handlungsvorschläge machen können.

Mit dem letzten Schritt erreichen wir Stufe 4 „Intelligente Fabrik“. „Davon sprechen wir, wenn wir in der Lage sind, komplexe teil- oder vollständig autonome Systeme zu schaffen“, so Weiß. Also konkret, Algorithmen zu implementieren, die in einzelnen Subsystemen für Autonomie sorgen, sich selbst steuern, d. h. auf Änderungen der Rahmenbedingungen gutmütig bzw. intelligent reagieren. „In den vergangenen Jahren haben sich KI und Machine Learning schnell weiterentwickelt.“

Frühestens am Übergang zu Stufe 4 wird der Regelkreis soweit geschlossen, dass auf der Basis von Echtzeitdaten der Digitale Schatten zum operationalen Digitalen Zwilling wird, der Daten automatisch auswerten und nachsteuern bzw. zukünftige Verhaltensweisen des Systems vorhersagen kann. Und genau hier liegt die größte Herausforderung: die Balance zwischen menschlicher und maschineller Kompetenz auszuloten.

Ohne „Lean“ kein „Digital“

Alles ganz einfach? Ganz so schematisch wie in der Theorie wird die Realisierung der Intelligenten Fabrik in der Praxis nicht gelingen. Denn das 4-Stufen-Modell braucht einige sehr unterschiedliche Voraussetzungen. „Zu den Grundvoraussetzungen, ohne die man noch nicht einmal über Stufe 1 diskutieren muss, gehört die Einigung auf Standards“, erklärt Schmetzer. „Nur ein schlanker und stabiler Prozess lässt sich digitalisieren, da dies die Voraussetzung für das Durchlaufen dieser vier Stufen ist.“.

Eine weitere Grundvoraussetzung betrifft das Mindset. „Ich muss von Anfang an die Menschen mitnehmen, also muss ich Überzeugungen und Verhaltensmuster analysieren und das Mindset durch geeignetes Change-Management und Veränderungen der Unternehmenskultur entsprechend anpassen“, sagt Weiß. „Es bringt mir nichts, wenn ich über Datenqualität schimpfe, ohne darauf zu achten, die Mitarbeitenden dafür zu sensibilisieren, wie wichtig die konsequente Datenpflege ist.“ Das Sprechen über Standards oder teilautonome Bereiche dürfe keine individuellen Ängste fördern und bwehrhaltungen auslösen. „Zum einen sagen wir, Transparenz braucht Konsequenz, zum anderen müssen wir uns fragen, wie viel wir uns und unserer Organisation zutrauen“, so Weiß weiter.

Smart Factory nicht von null auf hundert

Dass die Intelligente Fabrik zwangsläufig zur Fabrik ohne Licht auf dem Shopfloor führen muss, glauben Schmetzer und Weiß nicht. „Einzelfälle sind nicht auszuschließen, aber wenn man die Industrie im Ganzen betrachtet, wird das nicht der Fall sein“, so Schmetzer. „Trotzdem werden sich die Aufgaben der Mitarbeitenden verändern. Jemand, der früher Prozesse geplant und organisiert hat, wird zukünftig vielleicht Analyst sein, der Daten interpretiert, Rückschlüsse zieht, die Systeme überwacht und steuert.“

Fazit

Wer anfängt, eine Smart Factory aufzubauen, sollte auf keinen Fall in einem Schritt von 0 auf 100 kommen wollen. Wenn man sich aber von Stufe zu Stufe voranarbeitet, ist das Risiko gering. „Die meisten Unternehmen bewegen sich heute im Bereich der Stufen 1 und 2, bei Insellösungen für einzelne Bereiche auf Stufe 3. Durchgängig Stufe 4 liegt im industriellen Kontext noch in weiter Ferne“, so Weiß.

Sieghard Schmetzer

Sieghard Schmetzer

Ingenics

Partner, Director Business Unit
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