Digitalisierung der Fertigung: voll automatisierte Produktion dank IIoT

Computer sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Elektronisch gestützte Prozesse helfen täglich dabei, die Produktion verschiedenster Waren effizienter zu gestalten. Das beginnt bei der Planung und Koordination ganzer Projekte am PC und geht hin bis zur computergestützten Ausführung einzelner Arbeitsschritte. Digitale Fertigung geht aber noch viel weiter. Hier ist das ambitionierte Ziel, den gesamten Fertigungsprozess vollkommen automatisiert ablaufen zu lassen.

Automatisierung in allen Bereichen der Fertigung

Genauer gesagt soll es möglich sein, dass eine gesamte Produktionsanlage ohne menschliches Zutun eigenständig die gewünschten Werkstücke herstellt - vom ersten Schritt bis zur finalen Qualitätskontrolle. Und auch bei der Planung und Überwachung von Aufträgen soll der Mensch durch das Computersystem umfassend unterstützt werden. Damit das funktionieren kann, gelten für eine solche Anlage besondere Anforderungen. Allen voran spielt die flächendeckende Vernetzung aller beteiligten Komponenten eine zentrale Rolle. Jede Maschine muss genau wissen, was sie wann zu tun hat und wie der aktuelle Status der Produktion ist - nur so können die exakt aufeinander abgestimmten Fertigungsschritte reibungslos und autonom ablaufen. Dabei hilft das IIoT.

IIoT ermöglicht digitale Produktion

Das Industrial Internet of Things, kurz IIoT, ist eine Abwandlung des Internet of Things für industrielle Zwecke. Für die digitale Produktion ist ein stark vernetztes Gesamtsystem unerlässlich. Die Produktionsanlage muss an allen Stellen so mit Sensoren, Aktoren und Steuergeräten ausgestattet sein, dass sie die gesamte Fertigung eigenständig handhaben kann. Verschiedene Messgeräte und Kameras bilden die Augen und Ohren der Anlage. Die Vernetzung untereinander und auch zum Computersystem des Unternehmens versorgt die Anlage mit relevanten Echtzeitdaten, Umweltinformationen und sonstigen Anweisungen. Und sie liefert Rückmeldung über den Status der Produktion. So kann eine einzelne Maschine innerhalb ihres Arbeitsbereiches eigenständig handeln und selbst herausfinden, ob sie z. B. ihren Arbeitsauftrag gemäß der geforderten Parameter erfüllen konnte oder ob sie das richtige Material oder Werkstück für den geplanten Auftrag erhalten hat.

IIoT, digitale Fertigung und der Mensch

Die Funktionsweise von digitaler Fertigung mittels IIoT basiert darauf, dass laufend Echtzeitdaten aus der Produktion gesammelt und verarbeitet werden. Diese Daten sind nicht nur für die Produktionsanlage wichtig, sondern können auch einen wertvollen Beitrag für den Arbeitsalltag der menschlichen Mitarbeiter leisten. Sie liefern z. B. tiefe Einblicke in die einzelnen Schritte der Produktion und helfen so nicht nur nachträglich bei der Analyse der Arbeit, sondern auch im Vorfeld bei der effizienteren Planung neuer Projekte. Damit Menschen die gesammelten Daten sinnvoll verwenden können, müssen sie zunächst für das menschliche Auge vorbereitet werden. Kaum jemand kann produktiv mit den Outputs einzelner Sensoren arbeiten. Aber mit einem Gesamtbild zusammengehöriger Daten ergeben sich neue analytische und planerische Möglichkeiten, die sowohl bei der aktuellen als auch bei zukünftigen Produktionen hilfreich sind. Eine umfassende Vernetzung aller Prozesse rückt Menschen, Maschinen und IIoT-Geräte näher zusammen und hilft so dabei, dass die digitale Fertigung für alle Beteiligten reibungslos funktioniert.

Die Aufgaben von Menschen in der digitalen Produktion verschieben sich vom direkten Arbeiten an der Maschine hin zu gestalterischen und planerischen Tätigkeiten. Besonders wichtig ist z. B., dass fachkundige Konstrukteure sich mit der Erstellung der digitalen Konstruktion für das jeweilige Projekt befassen. Die Anlage kann immerhin nur das herstellen, was ihr in Auftrag gegeben wird. Ferner gibt es noch verschiedene Aufgaben im Bereich des Maschinenbaus, in der Überwachung und Wartung der Anlage sowie rund um Logistik, Verwaltung und Organisation.

Wenn Menschen effektiv in einer modernen Produktionsumgebung mit Maschinen und Computern zusammenarbeiten sollen, ist eine gute Schnittstelle unabdingbar. Sie bereitet Informationen für den menschlichen Betrachter verständlich auf und bietet außerdem Möglichkeiten, bei Bedarf in das System eingreifen zu können. Eine umfassende Plattform für die digitale Fertigung schafft es, eine zentrale Anlaufstelle für Mensch und Maschine zu bieten. Im Idealfall wird auch an eine Anbindung von Drittsystemen gedacht. Drittsysteme sind in diesem Zusammenhang computergestützte Systeme, die der Produktion vor- oder nachgelagert sind oder eine direkte Verbindung zu Lieferanten oder Kunden erlauben. Kurz: Die gesamte Wertschöpfungskette sollte so vollständig wie möglich an die digitale Fertigung angebunden werden können. Ein Praxisbeispiel für eine solche IIoT-Plattform für die Industrie 4.0 ist toii.

Vorteile Digitalisierung der Fertigung

Für produzierende Unternehmen bringt eine digitale Fertigung vielfältige Vorteile. Vor allem im Bereich Effizienz ergeben sich zahlreiche klar erkennbare Vorzüge.

Einige konkrete Beispiele für die Vorteile der Produktionsdigitalisierung sind:

• Geringere Produktionskosten: Je höher der Grad der Automatisierung ist, desto mehr sinken die Kosten für die Produktion.

• Reduktion von logistischem Aufwand: Es ist Teil digitaler Produktion, dass das Gesamtsystem sich eigenständig um viele logistische Aspekte kümmern kann. So kann z. B. das Nachbestellen von Rohmaterial beim Zulieferer exakt mit dem tatsächlichen Bedarf der Produktion abgestimmt werden. Auch das Verschieben von Rohmaterial oder teils fertiggestellten Werkstücken im eigenen Lager kann das System nach Bedarf selbst organisieren, damit das Material zur passenden Zeit am passenden Ort lagert. Die Produktion wird nochmals effizienter.

• Qualitätskontrolle in Echtzeit: Eine voll automatisierte Produktionsanlage funktioniert nur dann, wenn nach jedem Arbeitsschritt die Qualität geprüft wird. Nur Werkstücke, die den erwarteten Parametern entsprechen, werden für den nächsten Verarbeitungsschritt freigegeben. So entstehen nur Endprodukte, die den Qualitätskriterien bis ins Detail entsprechen. Ferner erhalten Menschen genauen Einblick in den Produktionsablauf und können mögliche Schwachstellen auf einen Blick erkennen. Das hilft dabei, den Prozess weiter zu verbessern, z.B. indem die Anordnung oder Ausrüstung einzelner Maschinen optimiert wird.

• Transparente Prozesse: Das IIoT stützt sich auf die massenhafte Erfassung und Verarbeitung von Sensordaten aus allen Bereichen der Produktion. Die kontinuierlich erhobenen Messdaten können in nachgelagerten Schritten genutzt werden, um die Produktion und die Produkte immer weiter zu verbessern. Teils kann das schon heute ebenfalls automatisiert geschehen, sodass sich die Wertschöpfungskette kontinuierlich selbst optimiert. Ebenso sind detaillierte Auswertungen und Statistiken zur gesamten Produktion möglich, die genaue Einblicke in jeden noch so kleinen Arbeitsschritt erlauben.

• Individuelle Produktion: Normalerweise bedeutet es hohen Aufwand, wenn eine Sonderanfertigung oder eine sehr kleine Losgröße hergestellt werden soll. Es muss speziell für diesen Auftrag geplant und gerüstet werden. Das führt in der klassischen Produktion dazu, dass Einzelanfertigungen nach Kundenspezifikation in der Regel sehr teuer sind. Erst mit größeren Stückzahlen wird die Arbeit effizient. In der digitalen Fertigung mit IIoT-gestützten Systemen sieht das anders aus. Die gesamte Produktionsanlage stellt sich automatisch auf jeden aktuellen Auftrag ein und fertigt somit auch Einzelstücke kosteneffizient. Sonderwünsche werden preiswert realisierbar.

• Schnellere Reaktionsfähigkeit: Anforderungen und Erwartungen des Kunden oder des Marktes können sich innerhalb kürzester Zeit verändern. Wer schnell auf die geänderten Bedürfnisse eingehen kann, setzt sich gegenüber der Konkurrenz durch und bindet mehr Kunden an sich. Durch Automatisierung sind Reaktionszeiten möglich, die in einer herkömmlichen Fertigung undenkbar wären.

• Sinkende Time-to-Market: Digitale Fertigung und IIoT helfen dank gesammelter Erfahrungswerte und Computerunterstützung dabei, neue Produkte schneller zu entwickeln. Damit kann ein neues Produkt deutlich schneller auf den Markt gebracht werden.