Leitfaden zur Vorbereitung auf die digitale Transformation in der Fertigung

Die Welt hat vor kurzem ein neues Zeitalter im Bereich der Fertigung erreicht, und diese technologische Revolution wird die Branche für immer verändern. Dieser nächste Schritt wird als digitale Transformation bezeichnet und nutzt digitale Daten, Konnektivität und Verarbeitung, um jeden Aspekt der Arbeitsschritte im Bereich der Fertigung zu verbessern.

Von schneller F&E und Prototyping bis hin zu Leistungs- und Produktionsanalysen wird sich die digitale Transformation in der Fertigung auf alle Aspekte von Unternehmen auswirken, von der Art und Weise, wie diese Einnahmen generieren, bis hin zu ihrer Unternehmensstruktur.

In diesem Artikel werden wir einige wichtige Trends sowie verschiedene Grundprinzipien besprechen, die bei der Digitalisierung der Fertigung angewendet werden und die die Fertigung in die Zukunft führen.

 

Vorteile der digitalen Transformation in der Fertigung

Es gibt viele Vorteile der Digitalisierung in der Fertigung und diese können unter verschiedenen Kategorien zusammengefasst werden:

Qualität: Die Produktionsparameter des Produkts werden mit hochsensiblen Sensoren entlang der gesamten Produktionslinie überwacht. Algorithmen des maschinellen Lernens werden für Produktionsdaten angewendet, um die Ursachen von Fehlern automatisch zu entschlüsseln und Probleme wie etwa Ressourcenverschwendung vorherzusagen, bevor diese auftreten. Dies wird manchmal auch als Qualität 4.0 bezeichnet.

Produktivität: Prozesse wie Design und Entwicklung werden schneller durchgeführt und sind durch den Einsatz von technischen Hilfsmitteln wie Augmented Reality und 3D-Druck sowie durch die Nutzung von Verhaltensdaten der Benutzer in Echtzeit besser informiert. Die Produktion wird im Bezug auf Ausfallzeiten optimiert, da Maschinen wichtige Wartungsdaten senden, die zur Optimierung der Produktion und zur Vermeidung von Fehlfunktionen genutzt werden.

Anpassung an individuelle Kundenwünsche: Heutzutage ist ein wichtiges Verkaufsargument für Kunden oft die Anpassung an ihre Bedürfnisse. Digitalisierte Fertigungslinien ermöglichen attraktive Anpassungsmöglichkeiten für Kunden, während sie gleichzeitig eine hohe Effizienz durch Massenfertigung bieten, was zu wettbewerbsfähigen Preisen führt.

Kosten: Die Erfassung und Analyse von Daten über alle Phasen des Fertigungsprozesses hinweg, einschließlich Maschinen- und Produktionsliniendaten sowie Transport- und Logistikdaten, ermöglicht die Identifizierung neuer Möglichkeiten zur Kostensenkung. Der Lagerbestand kann besser verwaltet werden, um die Anforderungen genauer zu erfüllen, während die Maschinen ein hohes Maß an Flexibilität aufweisen, das einen schnellen Wechsel zwischen den Produkten ermöglicht.

Sicherheit: Roboter können Arbeiten in gefährlichen Umgebungen ausführen. Dank spezieller Sensoren, die in der gesamten Anlage oder Fabrik angebracht sind, können die Mitarbeiter im Voraus über mögliche Gefahren informiert werden.

 

Die wertvollsten Akteure der digitalen Transformation in der Fertigung

Es gibt mehrere „Wertvolle Akteure“, die bereits begonnen haben, die digitale Transformation in der Fertigung zu gestalten.

 

  1. Asset Performance Management

Die Definition von Asset Performance Management (APM) hat sich mit dem Aufkommen von Industry 4.0 verändert und umfasst einen breiten Funktionsumfang. APM verwendet eine Reihe von Tools, um die allgemeine Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit physischer Anlagen in der Produktionsumgebung zu verbessern. Diese Tools werden zum Sammeln, Organisieren, Visualisieren und Analysieren von Anlagendaten verwendet und nutzen diese dann durch erhaltung der Zuverlässigkeit, Zustandsüberwachung und vorausschauende Prognosen.

 

3D-Druck (Additive Manufacturing)

Additive Manufacturing ist allgemein bekannt als „3D-Druck“, und es verwendet eine breite Palette von Materialien und Prozessen, die eines gemeinsam haben – die Umwandlung von 3D-Daten in physische Objekte. Diese Art der Fertigung ermöglicht eine große Freiheit in bezug auf Design, die bisher nicht möglich war, und mit fortschreitender Technologie entstehen neue Anwendungen in Bereichen wie Konsum/Lebensstil, Medizin, Automobil und Luft- und Raumfahrt.

 

Verbundene Dienste und Produkte

Hersteller können sich als Innovatoren in ihren Märkten positionieren, indem sie die Lieferkette durch vernetzte Produkte digitalisieren. Durch die Weiterentwicklung der Produkteigenschaften können die exakten Anforderungen der Kunden ständig erfüllt werden. Diese kontinuierliche Konnektivität stärkt den Ruf des Herstellers qualitativ hochwertigen Service zu seinen Produkten anzubieten.

 

Cloud-Plattformen und -Anwendungen

Der derzeitige Ansatz von Managementsystemen auf Basis von Client-Server-Daten wird zunehmend durch industrielle Cloud-Anwendungen ersetzt. Diese Methode zur Entwicklung und Bereitstellung von Software hat mehrere Vorteile gegenüber dem älteren Serveransatz, der komplexer und schwerer ist und eine kostengünstige Wartung und einfache Updates ermöglicht.

 

Nebelberechnung

Fog Computing, auch bekannt als “Nebel”, dieser ist zwischen Cloud und IoT-Endpunkten verortet. Es handelt sich um ein Netzwerk, das die Datenerstellungs- und Eingabepunkte mit der Datenspeicherung kombiniert. Der “Nebel” verarbeitet Daten aus dem edge und verwaltet Aufgaben, die die Cloud nicht benötigen, aber auch auf dem Gerät nicht ausgeführt werden können.

 

Edge Computing

Mit zunehmender Rechenleistung können mehr Aufgaben von  lokal verorteten Geräten bewältigt werden. Dies entlasten die Cloud und das IoT-Netzwerk und reduziert so die Latenzzeiten, reduzieren die Verbindungskosten und reduzieren die Datenschutzrisiken. Die Verarbeitung durch Feldgeräte wird als Edge Computing bezeichnet und ermöglicht viele Möglichkeiten innerhalb der IoT-Umgebung wie Gesichtserkennung, Objekterkennung, Sprachverarbeitung, Hindernisvermeidung und andere Machine Learning-Anwendungen.

 

Fortgeschrittene Analytik und maschinelles Lernen

Das industrielle IoT basiert auf dem Empfangen und Analysieren konstanter Daten von Sensoren und anderen Datenerfassungspunkten in Echtzeit und der Fähigkeit, sofort mit Maßnahmen zu reagieren. Um das IoT für die industrielle Produktion zu nutzen, wird das maschinelle Lernen daher zu einem sehr leistungsfähigen Werkzeug.

Durch vorausschauende Wartung und maschinelles Lernen werden die Leistung und das Verhalten der in der Fertigung eingesetzten Maschinen erlernt und „verstanden“, während Algorithmen neue Informationen zur Anpassung verwenden. Dies ermöglicht die Identifizierung von ungewöhnlichen Verhaltensweisen und die Vorhersage von Fehlfunktionen und Fehlern mit hoher Genauigkeit.

 

Industrie 4.0 und IIoT (Industrielles IoT)

Die Bundesregierung hat 2011 den Begriff „Industrie 4.0“ geprägt und die digitale Disruption in der Fertigung hat sich seitdem rasant weiterentwickelt. Das industrielle IoT schreitet zügig voran, denn die Hersteller beginnen zu verstehen, welches enorme Potenzial dieser technologische Ansatz für die Umstellung ihrer Betriebe hat. Zu den führenden Anwendungsfällen von Industry 4.0 gehören Flottenmanagement, datengesteuerte Forschung und Entwicklung, digitale Zwillinge, vorausschauende Wartung und Zustandsüberwachung.

 

Robotik

Es ist heute Alltag Robotik in der industriellen Fertigung einzusetzen. Fast 2 Millionen Industrieroboter sind bereits weltweit im EInsatz. Roboter bietet eine beispiellose Effizienz und können anstelle von Menschen gefährliche, unangenehme und monotone Arbeit verrichten.

Das IoRT (Internet of Robotic Things) hebt die Technologie im Bereich Robotik um eine weitere Stufe an und wird in Zukunft eine wichtige  Rolle in der Fertigung spielen. Entscheidungen über Leistung und Synchronität innerhalb der Fabrik werden durch den Einsatz von angeschlossenen Produktionsrobotern getroffen, die mit Echtzeitdaten versorgt werden. Das IoRT wird es Herstellern ermöglichen, die Anforderungen ihrer Kunden besser zu erfüllen und rechtzeitig und richtig auf Veränderungen in der Lieferkette zu reagieren.

 

Automatisierung offener Prozesse

Ein Distributed Control System (DCS) und speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) steuern viele der heute verwendeten automatisierten Fertigungssysteme. Diese Art von Systemen sind nicht gut an das neueste technologische Klima angepasst, da die technische Infrastruktur auf eine bestimmte Produktionslinie zugeschnitten, schwer zu ändern und proprietär ist. Open Process Automation ermöglicht eine neue Generation von Infrastrukturen für die Automatisierung, die leicht angepasst und implementiert werden kann, um sie in IoT-Einsatzfeldern für Verbraucher und Industrie zu nutzen.

 

Smart Factory

Obwohl wir bereits verschiedene Einzeltechnologien beschrieben haben wird es wirklich interessant wenn wir uns eine komplette Smart Factory vorstellen, die die -Technologien der Industry 4.0 zusammen mit VR, AR und Wearables einsetzt.

In diesen Szenarien werden alle Fertigungsaktivitäten, ob Mensch-Maschine Interaktion, Maschinen Handlungen oder Menschliche Handlungen und Interaktionen, koordiniert und synchronisiert, um eine optimale Leistung zu erzielen und die Nachhaltigkeit des Betriebs zu gewährleisten.

 

Strategie der digitalen Transformation

Eine klar definierte Strategie für die digitale Transformation ist entscheidend für den Gesamterfolg bei der Implementierung von IoT in einer Produktionsumgebung. Diese Strategie sollte alle Aspekte der Geschäftstätigkeit umfassen – von der Produktentwicklung und -produktion über die erweiterte Analyse bis hin zur Lieferung und Qualitätskontrolle.

Die Legacy-Systeme eines Unternehmens sollten bei der Identifizierung potenzieller Herausforderungen berücksichtigt werden. Bevor mit der Implementierung eines neuen Systems begonnen wird, sollten alle Maschinendaten für den vergangenen und aktuellen Zustand gesammelt werden.

Da das IoT den Herstellern eine Vielzahl von möglichen Entwicklungsrichtungen bietet, kann die Vielzahl der Optionen verwirrend sein. Eine klare Strategie ist daher entscheidend, um den Fokus zu gewährleisten. Ein Teil dieses Fokus sollte natürlich auf den Kundenanforderungen liegen, da dies das übergeordnete Ziel des digitalen Transformationsprozesses sein sollte.

 

Eine typische digitale Transformationsstrategie würde wie folgt aussehen:

  1. Entwicklung einer Roadmap:

Setzen Sie Ziele für die nächsten 5 Jahre unter Berücksichtigung des aktuellen Standes der Digitalisierung des Unternehmens. Die Ziele mit dem besten ROI sollten die höchste Priorität haben, und es sollten Maßnahmen ergriffen werden, um das Top-Management einzubeziehen.

  1. Entscheidung über Proof of Concept Projekte:

Diese Phase ist im Wesentlichen experimentell und sollte aus mehreren Pilotprojekten bestehen, um die Stärken der funktionsübergreifenden Teams zu ermitteln und festzustellen, ob der Prozess agil ist.

  1. Definition der Zielfunktionalität:

Nutzen Sie die im letzten Schritt gewonnenen Erkenntnisse, um zu entscheiden, welche Funktionen aus dem Bereich Industrie 4.0 den größten Nutzen für Ihr Unternehmen bringen. Sie sollten in dieser Phase besser über die Fähigkeiten Ihrer Teams zur Implementierung neuer Technologien informiert sein und wissen, ob zusätzliche Fachkräfte gesucht werden müssen.

  1. Lernen Sie, wie Sie von Datenanalysen profitieren:

Der Schritt zu Industrie 4.0 ist nicht sinnvoll, wenn Sie die nun gesammelten Daten nicht analysieren können. Die Ergebnisse dieser Analyse sollten sofort in den Entscheidungsprozess einfließen.

  1. Integration der digitalen Transformation im Unternehmen

Der Wechsel zu Industry 4.0 ist nicht nur eine temporäre Anpassungsphase. Die Umsetzung dieses neuen Ansatzes muss unternehmensweit erfolgen, um die Vorteile zu nutzen, und sollte von Top-Managern mit Finanzakteuren und der obersten Führungs bzw. Vorstandsebene geleitet werden, die hierbei führend den Prozess steuert.

  1. Entwicklung als integraler Bestandteil Ihrer Kultur

Behalten Sie eine umfassende Vision Ihrer Position in Ihrem Geschäftsumfeld im Hinterkopf, wenn Sie beginnen, IoT Lösungen zu integrieren, um bessere Lösungen für Kunden zu erarbeiten. Seien Sie offen neue Möglichkeiten von intensiverer Zusammenarbeit, um den Umfang und die Qualität Ihrer Produkte und Dienstleistungen zu verbessern, und teilen Sie Ihr Wissen mit Ihrem Geschäftsumfeld, Lieferanten und Partnern.

 

Herausforderungen der digitalen Transformation

Wenn Sie mit der digitalen Transformation Ihres Unternehmens beginnen müssen Sie eine Reihe von herausforderungen meistern. Es gibt jedoch bereits viele Dienstleistungen und Tools die es produzierenden Betrieben leichter machen den Prozess der digitalen Transformation erfolgreich, planbar und strukturiert zu gestalten.

Bei der Umsetzung der Digitalisierung in der Fertigung werden Sie voraussichtlich mit folgenden Herausforderungen konfrontiert werden:

 

Fehlende fachliche Kenntnisse

Wenn Sie nicht über die entsprechenden Kenntnisse bei der Einführung von Technologien verfügen, reicht es nicht aus, diese “einfach zum Funktionieren” zu bringen. Ein wichtiger Teil der Integration von IoT in der Fertigung ist die Investition in das Wissen Ihrer Mitarbeiter.

Die Unternehmensführung muss die Einstellung neuer Mitarbeiter oder die Zusammenarbeit mit externen Beratern in Betracht ziehen, wenn das Fachwissen im Unternehmen nicht ausreicht.

Auch wenn dies sogar schon der Fall ist, sollte die Umsetzung der IoT implementierung niemals nur in die Zuständigkeit einer einzelnen Abteilung oder eines einzelnen Mitarbeiters fallen, sondern ein gemeinsames Ziel sein.

 

Budgetbeschränkungen

Es sind erhebliche Investitionen erforderlich, um eine Produktionsstätte durch den digitalen Transformationsprozess zu führen. Obwohl sowohl die kurz- als auch die langfristigen returns on investment sehr groß sind, sollte man bedenken, dass Unternehmen alle unterschiedlich funktionieren, insbesondere was die Kosten- und Ertragsstrukturen betrifft. Der Prozess muss geplant und angepasst werden, da digitale Transformationsprogramme immer unterschiedlich sind. Auch die Anforderungen der einzelnen Werke oder Anlagen sind unterschiedlich, ebenso wie die verfügbaren Ressourcen.

IoT ist jedoch äußerst flexibel und kein Werkzeug, bei dem mit einer Lösung alle Usecases abgedeckt sind. Hersteller mit begrenztem Budget sollten jedoch von Anfang an groß denken, da es wichtig ist, eine langfristige Vision für die neue Technologie zu haben und um im Endeffekt einen großen Mehrwert zu erzielen. Nach der Definition der Vision sollte eine Lösung mit einem akzeptablen ROI als Proof-of-Concept ausgewählt werden. Dabei werden die wichtigsten Informationen für diesen spezifischen Vorgang ausgewählt, Daten über das Netzwerk gesammelt und Analysen und daraus resultierende Aktionen basierend auf den Daten als erste Phase des Prozesses durchgeführt. Sobald diese zentralen Parameter genutzt wurden, können Entscheidungen getroffen werden, wie die Möglichkeiten des IIoT Netzwerks noch besser ausgeschöpft werden können.

 

Nicht geeignete Entwicklungsprozesse

Hersteller müssen erkennen, dass ihre Entwicklungsprozesse und ihr Technologie-Stack verschiedene Änderungen durchlaufen müssen, um der agilen Natur von Industry 4.0 gerecht zu werden. Sie müssen Release-Zyklen ersetzen, die auf langen und starren Iterationszyklen basieren. Ziel ist es, die Daten auf völlig neue Weise zu nutzen. Dies erfordert Änderungen an der Art und Weise, wie Daten genutzt werden, welche Inhalte präsentiert werden und welche Geschäftsregeln gelten.

Dies stellt einen dramatischen Wandel in der Fertigung dar. Da die Produktfreigabe kontinuierlich wird, muss der IoT-Entwicklungsprozess dies unterstützen, indem er Analysen und Daten aus dem Benutzerfeedback nutzt, um ein höheres Maß an digitaler Leistung zu erreichen.

Dies wird erreicht, indem Daten über robuste, sichere APIs lesend und schreibend zugänglich gemacht werden. Dies ist mit alter Technologie, d.h. für Kerngeschäftssysteme die mehr als 5 Jahre alt sind, praktisch unmöglich.

 

Starre Unternehmensstruktur

Die Einführung von IIoT in einer Produktionsstätte ist eher ein Paradigmenwechsel als eine leichte Verbesserung. Damit diese Technologie richtig eingesetzt werden kann, muss sich das Unternehmen selbst verändern. Obwohl dies einschüchternd sein könnte, kann es zu vielen positiven Ergebnissen führen, wenn die Struktur des Unternehmens zurückgesetzt und erneut getestet wird. Dies schafft Möglichkeiten für eine verbesserte Mitarbeiterentsendung und andere Verbesserungen.

Ein häufig verwendeter Ansatz ist die Bildung eines multidisziplinären Teams aus Serviceprofis, Datenanalysten, Produktdesignern und Ingenieuren, das als Hauptverhandlungspartner für die digitale Transformation fungiert. Das Team inkubiert neue Technologien, implementiert POCs und führt erfolgreiche Iterationen im Unternehmen durch, sobald diese genehmigt sind.

 

Sicherheit

Von Anfang an sollte bei jedem digitalen Transformationsprojekt die Cybersicherheit berücksichtigt werden. Schwachstellen sollten identifiziert und verschiedene ausfallsichere Mechanismen und Verteidigungsschichten eingerichtet werden, um die vollständige Sicherheit des Systems zu gewährleisten.

 

Widerstand der Mitarbeiter

Die meisten Mitarbeiter werden sich dem Wandel widersetzen, insbesondere falls dieser ihr eigenes Arbeitsumfeld betrifft. Viele Mitarbeiter erlebten den aktuellen digitalen Umbruch in der Fertigung als Bedrohung.

Obwohl die Zukunft immer ungewiss ist, ist Veränderung aber nichts, wovor man Angst haben muss. Das Engagement für den digitalen Transformationsprozess sollte beim Top-Management beginnen und an jeden einzelnen Mitarbeiter weitergegeben werden. Transparenz und klare Kommunikation sind entscheidend, dennoch wird ein langer Weg sein, alle Mitarbeiter für das Potenzial dieser neuen Technologie zu begeistern.

 

Nächste Schritte

Die Identifizierung von Möglichkeiten zur Leistungssteigerung, die den Kunden direkt oder indirekt erhebliche Vorteile bringen, ist ein guter Ansatz, um die digitale Transformation in der Fertigung einzuleiten. Dabei liegt der Fokus auf Bereichen wie dem Geschäftsmodell selbst, Engineering und Support, Kundenservice, Operations und der Supply Chain.

 

Um einen digitalen Transformationsprozess zu starten:

  • Definieren Sie Unternehmensziele und entwickeln Sie eine klare Strategie, um diese zu erreichen.
  • Starten Sie kurzfristige Projekte, die einen messbaren ROI liefern.
  • Beginnen Sie, Daten und Anwendungen in die Cloud zu verschieben und extrahieren Sie Maschinendaten über ein lokales Gateway.
  • Sobald Sie eine die technologie an einer einzelnen Anlage oder Produktionslinie getestet haben, beginnen Sie mit der Skalierung.
  • Greifen Sie auf Experten für Digitaltechnik zurück, um über die neuesten Lösungen auf dem Laufenden zu bleiben und informieren Sie sich wie diese umgesetzt werden können.

Einige Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes zeigen deutliche Anzeichen einer digitalen Transformation, während andere in anderen völlig inaktiv sind.

 

Stellen Sie sich zwei einfache Fragen als ersten Schritt bei der Erstellung Ihres digitalen Transformationsplans:

  • Wie sehen Sie Ihren Betrieb derzeit?
  • Wo soll Ihr Betrieb in Zukunft stehen?