Internet of Things, Smart Factory und die Fabrik von morgen

Das „Internet of Things“ (kurz IoT), auf Deutsch auch „Internet der Dinge“ genannt, bezeichnet ein Netzwerk physischer Geräte bzw. Maschinen, die untereinander vernetzt sind, um Daten auszutauschen. Diese Alltagsgegenstände sind bspw. Smartphones, Smart Watches, Autos, Kühlschränke, Heizthermostate oder Industrie- Maschinen. Diese Maschinen bzw. Geräte sind mit intelligenten Sensoren, Chips und Software ausgestattet. Die Kommunikation der einzelnen Geräte untereinander geschieht daher intelligent bzw. smart. Im privaten Bereich nennt man diese intelligenten Geräte Smart Devices und die Gesamtheit der Geräte im Verbund miteinander Smart Home. So kann zum Beispiel ein Heizkörper mit einem smarten Thermostat ausgestattet sein. Das Thermostat ist per WLAN mit dem Heimnetzwerk verbunden. Per Software wird das Thermostat vom Anwender programmiert. Dadurch kann die Heizleistung des Heizkörper smart geregelt werden. Auch im Industriebereich findet eine smarte Kommunikation mit Maschinen untereinander statt. Das Internet of Things wird im industriellen Bereich IIoT genannt, welches für Industrial Internet of Things steht. In Deutschland ist das IIoT häufig unter dem Begriff Industrie 4.0 bekannt. So werden in Logistikzentren etwa Pakete mit Hilfe von Robotern entsprechend sortiert. In der Industrie 4.0 werden aber nicht nur einzelne Produktionsschritte, sondern ganze Wertschöpfungsketten, auf englisch „Supply Chains“ smart untereinander verbunden.

Wie funktioniert das Internet of Things in der Smart Factory von morgen?

Wenn man über Industrie 4.0 redet, meint man damit auch die „Smart Factory“, auf Deutsch „intelligente Fabrik“. Bei der Smart Factory kombiniert man moderne Technologien miteinander, um die industrielle Produktion äußerst flexibel und selbstanpassend zu betreiben. Ziel ist es, grob gesagt, den Kundenauftragsprozess (KAP) zu optimieren. Verschiedene Prozesse sorgen in der Summe für eine Optimierung der intelligenten Fabrik. Zum einen gibt es die Smart Products, bei dem es darum geht, den Produktentstehungsprozess in Verbindung mit deren Produkten zu optimieren. Bei Smart Services handelt es sich dagegen um neue Geschäftsmodelle. Dabei ist die Idee einer vernetzten Produktion nicht neu. Bereits in den 1990er Jahren kam die Idee auf, vernetzte Produktionsstraßen zu erschaffen. Heute ist die Smart Factory der Weg zur intelligenten Produktion, die wiederum die digitale Wertschöpfungskette (Supply Chain) maßgeblich vorantreibt.

Smart Factory – Definition

Die Smart Factory ist der Kerngedanke der Industrie 4.0. Sie stellt eine Produktionsumgebung zur Verfügung, die sich im Idealfall ohne menschlichen Eingriff selbst organisiert. Dazu zählen intelligente Fertigungsanlagen, Betriebsmittel und Logistiksysteme. Kernkomponenten einer Smart Factory sind cyber-physische Systeme. Im Mittelpunkt steht dabei die intelligente Vernetzung der Fertigungsanlagen, -systeme und Produkte untereinander. Durch die Vernetzung und damit einhergende digitale Abbildung der Realität entsteht ein digitaler Zwilling der physischen Fabrik. Dieser digitale Zwilling ist ist also ein virtuelles Abbild der realen Fabrik. Durch die automatisierte, virtuelle und smarte Steuerung der Ressourcen und Fertigungsanalagen wird die Smart Factory real.

Smarte Fabrik, Internet of Things und andere Technologien

Smarte Fabriken besitzen untereinander eine intelligente Vernetzung. Dabei sind sie mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, welches eine Kommunikation zwischen Produkt und Maschine ermöglicht. Dadurch ist eine hoch automatisierte und selbstständige Organisation machbar. Dabei handeln die Systeme intelligent und sorgen beständig dafür, dass die Produktivität und Qualität verbessert wird. Meistens wird dies über ein Cyber Physical System realisiert. Vom Produkt selber werden die benötigen Informationen der digitalen Fabrik mitgeteilt. Basierend auf diesen Informationen werden die einzelnen Produktionsschritte bis zum Endergebnis gesteuert. Vor allem in Verbindung zwischen dem Internet of Things und der schnell wachsenden Verbreitung von 5G entstehen viele neue Möglichkeiten der drahtlosen Kommunikation innerhalb der smarten Produktion. Ein weiterer wichtiger Punkt im Zusammenspiel zwischen dem Internet of Things und der intelligenten Fabrik ist die vorausschauende Wartung. Durch die ständige Vernetzung der Geräte untereinander mittels des Condition Monitoring bzw. Predictive Maintenance werden die Geräte ständig überwacht. Verschiedene Sensoren überwachen beispielsweise Temperatur, Druck und Beschleunigung der Maschinen. So kann der aktuelle Zustand der Maschinen stets geprüft und ggf. eingegriffen werden. In Bezug auf Verschleißteile werden diese bei Ihrer tatsächlichen Abnutzung erneuert und nicht in einem starren, festen Zeitintervall. Dadurch werden kosten gespart, da unnötiger Komponentenaustausch entfällt

Welche Rolle spielt der Mensch in der intelligenten Fabrik von morgen?

In Zukunft werden vernetzte Maschinen, Geräte und Roboter ihre Wege in der Produktion selbstständig erledigen. Der Technisierungsgrad nimmt immer mehr zu und komplette Fertigungsprozesse laufen selbstständig ab. Da stellt sich die Frage, welche Rolle der Mensch in der smarten Fabrik von morgen überhaupt noch spielt? Doch trotz der zunehmenden Technisierung wird der Mensch auch in Zukunft nach wie vor eine große Rolle spielen. Er muss zwar nicht mehr in den eigentlichen Fertigungsprozess eingreifen, kontrolliert und optimiert allerdings immer noch die Prozesse, die innerhalb seines Aufgabenspektrums liegen. Des Weiteren entscheidet der Mitarbeiter über die Schnittstellen zur externen Systemen sowie auch das Design der smarten Fabrik.

Was bedeutet Lean Management? Eine Definition

Lean Management bedeutet, dass die Prozesse so schlank wie möglich optimiert werden. Dabei werden die Unternehmensprozesse soweit optimiert, dass deren Wertschöpfungsgrad maximiert und der Verlust so klein wie möglich gehalten wird. Ein weiterer Vorteil der Prozessoptimierung besteht darin, dass sich die Mitarbeiter im Tagesgeschäft besser zurechtfinden und schneller neue Mitarbeiter einarbeiten können.

Internet der Dinge und schlanke Prozesse

Wie verbindet man schlanke Prozesse mit dem Internet of Things?

Lean Management wurde vor allem durch das Toyota Produktionssystem bekannt und steht eng in Verbindung mit dem Begriff Industrie 4.0. Die Geschäftsprozesse werden dabei digitalisiert. Die Digitalisierung wird dabei auch als Prozess betrachtet. Allerdings ist der digitale Prozess kein Prozess, der feststehende Ergebnisse produzieren soll. Stattdessen ermöglicht er es, Geschäftsprozesse zu transformieren. Die bisherigen Geschäftsprozesse werden durch den Einsatz digitaler Technologien, intelligenter Objekte sowie dem Vernetzen der einzelnen Objekte untereinander über die gesamten Geschäftsprozesse ersetzt. Das Vernetzen bildet die Grundlage die Einheiten von Unternehmen zu dezentralisieren. Dadurch ist gewährleistet, dass zukünftig auf die schnell wandelnden Anforderungen von Kunden am Markt reagiert werden kann. Dies hat eine höhere Produktivität zur Folge. Deshalb liegt der Fokus heutzutage zunehmend auf der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Das IoT sorgt für eine nachhaltige Entwicklung zwischen Menschen und ihrer Umgebung. Dabei werden IoT Geräte und Komponenten in die Geschäftsprozesse eingebunden. Geräte sind dadurch in der Lage, Verträge abzuschließen (Smart-Contracts) sowie mehrstufige Prozesse auszulösen. VW hat beispielsweise ein Lean-Transformation-Konzept eingeführt. Dabei wurde mit Hilfe der Lean-Strategie in Kombination mit dem Internet of Things die gesamte Wertschöpfungskette, angefangen von der Fahrzeug-Entwicklung, über Fertigung und Logistik bis hin zum Vertrieb und Handelt optimiert.

Das Lean-Startup-Konzept – Digitale Transformation als ideale Grundlage für Startups

Eric Ries stellte 2011 das Lean-Startup-Konzept vor. Hierbei wurden bzw. werden Erfahrungen von verschiedenen Startups zusammen getragen, die auf der Suche nach einem rentablen Geschäftsmodell sowie einer Wachstumsstrategie sind. Der große Wert neben dem Lean-Management-Prinzip liegt darin, dass Innovationsprozesse messbar und somit steuerbar gemacht werden. Dies geschieht mit Hilfe des Internet of Things.

Ein neu gegründetes Unternehmen sucht bereits in der Anfangsphase nach neuen, digitalen Produkten, Services und Geschäftsprozessen. Dabei werden so früh wie möglich Geräte und Maschinen, die untereinander vernetzt sind, eingesetzt. Auf ein bereits etabliertes Unternehmen kann sich das Lean-Startup-Konzept allerdings negativ auswirken, da bei dem Lean-Startup-Modell eine sehr große Freiheit bei der Suche nach einem geeigneten Geschäftsmodell besteht und mit entwickelten Produkten experimentiert wird. Wenn jedoch Methoden aus beiden Welten, also sowohl von etablierten Unternehmen als auch von Startups, kombiniert werden, kann die Digitalisierung in einen sicheren und erfolgsversprechenden Prozess überführt werden.

M2M Anlagenüberwachung – so funktioniert intelligente Kommunikation in der Produktion mit dem IoT

Durch den Einsatz von Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M-Kommunikation) wird der industrielle Bereich schon seit einiger Zeit revolutioniert. Des eröffnet ungeahnte, neue Möglichkeiten. Durch die Verwendung moderner Systeme in Fertigungsanlagen ist es möglich, maschinelle Prozesse ohne die Überwachung oder Steuerung durch Menschen durchzuführen. Durch Fernüberwachung werden die benötigen Daten erfasst und ausgewertet, wodurch es möglich ist, entsprechende Parameter automatisch anzupassen.

Was bedeutet M2M in der Anlagenüberwachung?

Bei der Machine-to-Machine-Kommunikation werden automatisiert Daten ausgetauscht. Es kommen hierbei Objekte wie Maschinen, Fahrzeuge, Roboter, Server, Endgeräte oder auch komplette Anlagen in Frage. Über Funktechnologie kommunizieren die einzelnen Komponenten miteinander, die untereinander vernetzt sind. Die eigentliche Übertragung der Informationen findet ohne das Eingreifen des Menschen statt. Allerdings können Schnittstellen integriert werden, um wichtige Daten an das Serviceteam oder die Leitstelle weiterzugeben.

Welche Vorteile bringt die M2M-Kommunikation bei der Anlagenüberwachung?

Wenn Maschinen und Kontrollzentren jederzeit in Austausch miteinander stehen, um Daten auszutauschen, bringt das erhebliche Vorteile mit sich. So können beispielsweise Arbeitsabläufe optimiert bzw. rationalisiert werden, indem Bauteile genau zur richtigen Zeit an einem bestimmten Ort zur Verfügung stehen. Dadurch können Bestände besser gemanagt werden. Zudem ist durch die M2M-Überwachung die dauerhafte Anwesenheit von Mitarbeitern nicht notwendig. Weitere Vorteile sind:

• Arbeitsabläufe werden rationalisiert
• Prozesse und Anlagen werden ferngewartet
• Mehr Flexibilität für die Fertigung
• Beweissicherung bei Defekten oder Unfällen
• Kritische Zustände werden dauerhaft überwacht
• Effektivere Arbeitsabläufe durch schnellere Datenübertragung

So nutzen Unternehmen das Industrial IoT

In der Produktionsumgebung befinden sich heterogene Maschinen und Anlagen, welche unterschiedliche Kommunikationsprotokolle sprechen oder teilweise nicht für die Digitalisierung vorgehsehen waren. Um als Unternehmen von den Nutzen des IIoTs zu profitieren braucht es eine exzellente Datenbasis. Grundvoraussetzung hierfür ist eine Konnektivitätslösung, welche die unterschiedlichen Kommunikationsprotrokolle versteht und selbst zu den Maschinen Zugang hat, die nicht für die Digitalisierung vorgesehen waren. Durch entsprechende IoT-Gateways können diese Maschinen ein Teil des Internet der Dinge werden. Unternehmen können Einblicke in die Produktionsprozesse gewinnen und Zukunftsvisionen realisieren. Moderne IIoT-Plattformen bieten neben der Konnektivität offene Programmierschnittstellen, durch welche die Kollaboration zwischen verschiedener Softwareanbietern ermöglich wird. Die Integration von bestehenden Systemen und künftigen Anwendungen werden so geschaffen.