Die digitale Transformation zu Industrie 4.0

Das Schlagwort Industrie 4.0 beschreibt Prozesse wie beispielsweise Internet of Things (IoT), welche die Produktion von heute verändern werden. In naher Zukunft werden sich klassische Produktionsabläufe von der heutigen Massenfertigung zur individuellen Stückfertigung weiterentwickeln. Das erfordert eine Adaption in den Produktionsabläufen und ein Management von kleinen Losgrößen. Die Produkte der Zukunft besitzen individuelle Eigenschaften und fordern im besten Fall die nötigen Produktionsschritte selber an.

Der Einstieg zu Industrie 4.0 beginnt mit der digitalen Transformation der Geschäftsprozesse. Der Digitalisierungsprozess optimiert die Produktion, verringert Reibung und ermöglicht neue Geschäftsmodelle.

In zukünftigen Produktionsabläufen müssen alle Informationen zu Produkten und deren Fertigung digitalisiert in Big-Data Silos vorhanden sein und in unterschiedliche Information-Floors verteilt werden können. Die digitalisierte Industrie erfordert eine breite Informationsplattform und sicheres Datenmanagement im Unternehmen. Mit Cloud-Lösungen wie dem Mobile Control Center werden Informationen über Produktionsabläufe, Fertigungsdaten und Ressourcen dezentralisiert und hochverfügbar.

Mittels digitalen Zwillingen (digital twins) werden Produkte entwickelt und Maschinen konstruiert. Zwischen dem digitalen Modell des Produktes oder der Fertigung entsteht eine lebenslange Partnerschaft. Beispielsweise erfolgt die Entwicklung vorerst am künstlichen Modell und wird dann per Knopfdruck in die Realität der Fertigung übertragen. Eine Maschine wird zunächst in einem virtuellen 3D System realitätsgetreu mit allen physikalischen Eigenschaften visualisiert und virtuell In Betrieb genommen, bevor sie tatsächlich gebaut wird.

Intelligente Produkte kennen Ihren Weg durch die Fertigung und erteilen Transportaufträge an autonom navigierende fahrerlose Transportsysteme.

Mittels predictive maintenance werden Intelligente Wartungen ermöglicht und Stillstand von Maschinen und Anlagen reduziert.

Intelligente Kamerasysteme erweitern die Sinne. Was das menschliche Auge nicht erfassen kann, wird mit Bildverarbeitung und Augmented Reality ergänzt. So sieht der Maschinenbediener digital alle relevanten Informationen zum Produktionsablauf.

Mensch und Maschine ergänzen sich in Zukunft. Mit kollaborativen Robotern wird eine solche Zusammenarbeit möglich.

Die digitale Transformation ist nicht auf die Adaption der Fertigung beschränkt. Industrie 4.0 erfasst alle Unternehmensbereiche von der Produktion bis ins Management. Immerhin ermöglicht eine vollautomatisierte und digitalisierte Produktion völlig neue Perspektiven. Am Anfang jeden Weges steht der erste Schritt. Dieser erste Schritt in Richtung digitales Unternehmen kann zum Beispiel eine zentrale Betriebsdatenerfassung sein. Das hilft, die Prozesse im Detail zu erkennen und Strategien für die Digitalisierung zu erstellen.


Intelligente fahrerlose Transportsysteme

Durch intelligente fahrerlose Transportsysteme wird die Logistik in Unternehmen automatisiert. Ein zuverlässiges Antriebssystem und autonome Navigation sorgen für eine sichere automatisierte Logistik. Die mobilen Transportroboter bewältigen eine Nutzlast von bis zu 60kg. Mit Ergänzungsteilen werden die Transportsysteme auf das jeweilige Transportgut adaptiert. Ladevorgänge steuert der Roboter selbständig. Bei Hindernissen wählt er alternative Routen.

Solche Transportsysteme sind durch die integrierte Navigations- und Bewegungssteuerung leicht zu bedienen. Ihr Einsatz bedarf keiner Änderung der Infrastruktur des Gebäudes. Sie passen durch Türen und können optional auch über Aufzüge geführt werden. Auch auf belebten Routen navigieren diese Systeme sicher. Eine hohe Verfügbarkeit und kalkulierbare Transportvorgänge generieren einen Wettbewerbsvorteil. Transportvorgänge werden kalkulierbar und lassen sich zurückverfolgen. Mit diesen Eigenschaften erfüllen die Transportroboter wichtige Anforderungen für SmartFactory Konzepte.


Augmented Reality mit HoloLens

Microsofts HoloLens ist eine neuartige Computerbrille, die wir in Augmented Reality-Anwendungen einsetzen. Mit projizierten Lichtpunkten und dem Blick durch die Brille entstehen virtuelle Bilder im Raum. Die HoloLens funktioniert ohne zusätzliche Computer oder Smartphones. Die gesamte Intelligenz und Infrastruktur ist in der Brille verbaut.

In der Automatisierungstechnik erschließen solche Technologien neue Wege und Strategien.

Im Bereich der animierten 3D-Konstruktion erweitert die HoloLens die Visualisierungsmöglichkeiten. Durch die Projektion kann in das animierte Modell bis ins Detail eingetaucht werden.

Die HoloLens unterstützt intelligente Wartungsvorgänge. Mit der Technologie werden komplexe Details und Arbeitsanweisungen zu Reparaturen direkt im Sichtfeld des Technikers platziert. Das Servicepersonal hat somit die Hände frei und verfügt über detaillierte Informationen zum Handeln.


Gutes Wetter für Maschinen

Dass bei gutem Wetter die Leistungskurve des menschlichen Organismus positiv beeinflusst wird, ist allgemein bekannt. Die Aufnahmefähigkeit und Konzentration steigen, das Risiko von Erkrankunen sinkt und die gute Laune motiviert zu Höchstleistungen. Selbst kleine Betriebsstörungen wie eine minimale Verletzung werden bei guten Wetterbedingungen leichter hingenommen. Für den menschlichen Körper trifft das jedenfalls zu, aber wie verhält es sich bei Maschinen? Welches Wetter benötigt eine Maschine, um mit Höchstleistung zu produzieren? Maschinen haben keine Sinnesorgane. Sie stehen in der Produktion und arbeiten gemäß ihrer Programmierung. Verändern sich die Parameter, macht die Anlage einfach weiter.

Maschinen in vernetzten Systemen kommen dem menschlichen Organismus schon ein Stück näher. Mit vernetzter Sensorik und künstlicher Intelligenz erfahren Maschinen ihre Umwelt und verschaffen sich  ein Bild über ihren eigenen Zustand. Durch die Vernetzung können sie sich bemerkbar machen und beispielsweise Hilfe anfordern. Mensch, Maschine und Ressourcen können in vernetzten Strukturen miteinander kommunizieren. So kann zum Beispiel ein „frierendes“ Gebäude bei Schlechtwetter die Fertigungsanlagen hochfahren, um mit der Abwärme der Produktion zu heizen. Leidet eine Maschine an Verschleiß und merkt mittels Predictive Maintenance, dass eine Wartung erforderlich ist, kann sie Hilfe anfordern und gleichzeitig der Prozessteuerung den eigenen Zustand melden. Die Produktion stellt sich auf die neue Situation ein und verringert die Durchlaufgeschwindigkeit.

Maschinen und Anlagen, die bei der Produktion mitdenken, verringern Fehler und optimieren den Prozess. Durch eine intelligente Verknüpfung von ERP-Systemen mit der Produktion reagiert die Fertigungssteuerung direkt auf Wetterumschwünge am Absatzmarkt. Bei reduziertem Personalstand passt die Maschine die Output-Leistung automatisch an. Anhand von verknüpften Fitnessdaten des Bedienpersonals reagiert eine Anlage schon im Vorfeld wie ein Autopilot, bevor eine gefährliche Situation entsteht.

Damit Maschinen, Anlagen und Strukturen intelligent reagieren können, müssen diese miteinander kommunizieren. Die  Technologie machine to machine (M2M) realisisert solche Konzepte. Die generierten Daten von Maschinen, Anlagen und Strukturen werden gesammelt, verdichtet und aufbereitet. Dazu verbinden sich die Sensoren und Aktoren über deren Steuerung mit einer Cloud, wie beispielsweise dem Mobile Control Center. Die Daten werden zunächst gespeichert und historisch aufgezeichnet. Dadurch entstehen große Datensilos mit viel Information. Big-Data-Lösungen bearbeiten diese Daten mittels Data-Mining und generieren so brauchbare Informationen für Handlungsanweisungen. Die Cloud stellt die gewonnenen Informationen wieder dort bereit, wo diese benötigt werden. Durch das Zusammenspiel von Daten, Cloud und Big-Data entstehen neuronale Netzwerke, die auf Umwelteinflüsse reagieren und mit anderen Netzteilnehmern agieren können. Bei gutem Maschinenwetter fährt die gesamte Fertigung auf Höchstleistung. Bei schlechten Prognosen generiert die intelligente Produktion eine der Situation angepasste Strategie.