Die Fertigung der Zukunft setzt auf eine immer mehr vernetzte und intelligent aufgebaute Fabrik. Im Vordergrund steht dabei die intelligente Interaktion von Menschen, verschiedenen IT-Systemen und autonom arbeitenden Fertigungsmaschinen. Dabei kommt es auf schnelle Datenübertragungen mit sehr niedrigen Latenzzeiten und die garantierte Verfügbarkeit von hohen Bandbreiten an. Die Vernetzung beginnt allerdings bereits im Firmennetzwerk, nämlich durch die Vernetzung der Maschinen verschiedener Hersteller untereinander, was häufig schon für Probleme sorgt.
Hoher Druck bei den Unternehmen
Die Unternehmen stehen heute unter einem starken Wettbewerbsdruck. Sie sind gezwungen, ihre Produktionsprozesse immer effizienter und flexibler zu gestalten. Die vernetzte Produktion soll genau dies möglichen. Eine Herausforderung stellt dabei die Tatsache dar, dass Daten aus Maschinen und Systemen unterschiedlicher Hersteller zusammengeführt und verarbeitet werden müssen. Hierfür sollen smarte Plattformen zur Verfügung gestellt werden, welche die Unternehmen bei dieser komplexen Aufgabe unterstützen. Erst diese ermöglichen die reibungslose Kommunikation von Maschinen und IT-Systemen innerhalb der Bereiche Industrie 4.0 und Automatisierung. Zur Zeit gibt es bei den produzierenden Unternehmen noch erhebliche Unterschiede bei den Digitalisierungsgraden der einzelnen Bereiche einer Produktion. Noch wichtiger ist allerdings die Tatsache, dass häufig eine bunte Mischung aus Anlagen, Maschinen und Systemen unterschiedlicher Hersteller vorhanden ist, die über eigene Kommunikationswege verfügt, die untereinander nicht kompatibel sind. Dieses Problem soll durch herstellerunabhängige Softwarelösungen behoben werden. Eine wichtige Rolle spielt dabei der Begriff Smart Factory, eine vollständig vernetzte Fabrik, in der alle Bestandteile wie Anlagen, Maschinen oder Prozesse über das Internet der Dinge (Internet of Things, kurz IoT) untereinander verknüpft sind. Ziel ist es, dass eine weitgehend automatisierte Produktionsumgebung aufgebaut wird, die größtenteils durch sich selbst organisiert wird. Die Maschinen kommunizieren miteinander, wobei gesammelte Informationen aus verschiedenen Sensoren ausgewertet werden und dadurch Fertigungsprozesse nahezu selbstständig koordiniert werden können.
Die vernetzte Produktion in Echtzeit
Es gibt einige verschiedene Testumgebungen, in der standortübergreifende Produktionen stattfinden. Für diese Tests wurden digitale Infrastrukturen errichtet, die eine Zusammenarbeit von verschiedenen Produktionsanlagen über mehrere Standorte hinweg möglich machen. Darin besteht zunächst die erste Phase. Die zweite Phase besteht darin, eine standortübergreifende Analyse und Weiterverwendung der Messdaten aus unterschiedlichen Fertigungsmaschinen oder Prozessen zu ermöglichen. Im Wesentlichen besteht der Testaufbau also aus folgenden Bereichen:
- Es wurde zu Beginn eine digitale Infrastruktur über mehrere Standorte hinweg aufgebaut und durch eine sichere Cloudumgebung ergänzt
- Die Kommunikation der Maschinen über verschiedene Standorte hinweg erfolgt über ein VPN-Netzwerk, in dem Maschinendaten aufgenommen und weiterverarbeitet werden. Hierbei werden auch prototypische 5G-Verbindungen eingesetzt. Diese Verbindungen ermöglichen die Übertragung auch größerer Datenmengen mit geringen Latenzzeiten zwischen den Sensoren sowie den Rechnersystemen.
- Im Zuge der Datenerfassung erfolgt die Weiterverarbeitung der Messdaten zur Analyse aus unterschiedlichen Fertigungsprozessen, die nun entlang der gesamten Fertigungskette nutzbar gemacht werden sollen wie prozessbezogene Kennwerte, Bauteil- und Maschinenzustände sowie Qualitätsdaten.
- Diese ermittelten Daten dienen dazu, die Prognosen für die Fertigungsprozesse zu verbessern, außerdem können sie zur Anreicherung von Simulationsmodellen verwendet werden.
Vorteile durch vernetzte Fabriken
Maschinen- und Anlagenbauer versprechen sich durch die Vernetzung Vorteile. Die digitalisierte Produktion soll vor allem verschiedene Produktionsprozesse transparenter gestalten, nicht zuletzt auch durch das Sammeln und die Analyse der dabei anfallenden Sensordaten. Außerdem sollen folgende Vorteile die Unternehmen durch eine vernetzte Fabrik wettbewerbsfähiger machen:
- Es sind optimierte und schlanke Fertigungsprozesse möglich. Dadurch sind auch niedrigere Produktionskosten möglich
- Ausfälle oder Störungen können durch Predictive Analytics und Maintenance, also die vorausschauende Analyse und Wartung, minimiert werden.
- Die Produktionsprozesse oder Bedingungen lassen sich an veränderte Produktanforderungen wesentlich schneller anpassen, auf diese Weise wird auch eine höhere Produktivität erreicht.
- Die Lieferkette wird wesentlich transparenter, außerdem sorgen automatisierte und effizient gestaltete Bestellprozesse für eine optimierte Lagerbestandsverwaltung und geringere Lagerkosten.
- Ein verbessertes Qualitätsmanagement wird erreicht, da viele Fehler nahezu in Echtzeit erkannt und so beseitigt werden können.
- Die vereinfachte und smart aufgebaute Produktion ermöglicht eine schnellere Markteinführung von neuen Produkten, auch der Aufbau neuer und datenbasierter Geschäftsmodelle ist möglich.
Fazit zur vernetzen Produktion
Andere Länder (zum Beispiel China) haben bereits vorgemacht, wie Produktionsbetriebe vernetzt und dabei wichtige Bestellungsdetails wie Auftragsvolumen, Material, Preise und Liefertermine als Daten verarbeitet werden und so Fabriken wettbewerbsfähiger machen. Die zum Teil hierzulande durchgeführten Testmodelle gehen in die richtige Richtung. Wichtig bei all den technischen Vorteilen und natürlich bei den Vorteilen für die Industrie ist natürlich eine ausreichende Sicherheit, die beispielsweise durch Segmentierung der Netzwerke, eine verschlüsselte Datenübertragung und eine Kontrolle der Anwendungen oder Aktivitäten im Internet of Things erreicht werden kann. Die von der Industrie befürchteten Sicherheitsrisiken sind durchaus berechtigt, immerhin gilt das Thema Sicherheit und Datenintegrität als bisher größte technische Herausforderung bei diesen Projekten.
