Abteilung Produktion & Fertigung

Einfluss der Digitalisierung auf Produktion & Fertigung

von Andreas Fuhrich

Unter dem Begriff Industrie 4.0 subsumiert die Bundesregierung diverse technologische Trends wie Maschine-zu-Maschine-Kommunikation und das Internet der Dinge. Sie erwartet, dass die Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den kompletten Lebenszyklus hinweg sich durch den Einzug neuer Technologien verändern wird. Grundlage bildet dabei die  Verfügbarkeit aller notwendigen Informationen in Echtzeit, durch die Vernetzung aller beteiligten Instanzen. (1)

Der Trend geht dabei weg von standardisierten, hin zu individuellen, auf den Kunden zugeschnittenen, Produkten. Durch die Möglichkeiten des 3D-Drucks und sogenannter Smart Factories  kann der Endkunde jetzt selbst unmittelbar Einfluss auf die Fertigung des Produkts nehmen, etwa über eine einfach zu nutzende CAD-Software, welche ihm kostenlos zum download bereitgestellt wird.

Cyber-physische-Fertigungseinheiten kommunizieren über das Internet der Dinge in Echtzeit sowohl miteinander als auch mit der Fertigungsanlage. Auf diese Weise werden die miteinander vernetzten Produktionsbestandteile in die Lage versetzt jederzeit auf Veränderungen zu reagieren, ohne dass die Produktionskette hierfür unterbrochen werden muss. Individuelle Kundenwünsche können auf diese Weise kosteneffizient umgesetzt werden.

Die Struktur der Vernetzung kann jedoch auch über einzelne Fertigungsanlage hinaus erweitert werden, so dass ganze selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke entstehen. Diese Netzwerke lassen sich beispielsweise nach Kriterien wie Kosten, Verfügbarkeit oder Ressourcenverbrauch optimieren. Die Fähigkeit, die Datenmenge der Cyber-physischen-Systeme (BigData) effektiv zu analysieren und daraus Optimierungsschritte abzuleiten wird in diesem Zusammenhang immer wichtiger.  Aufgabenbereiche von traditionellen Produktionsmitarbeitern und Wissensarbeiter, wie z.B. Datenanalysten, werden weiter zusammen wachsen. Die Erfahrung der Produktionsmitarbeiter kann in Kombination mit Big Data dazu genutzt werden Produkte weiter zu entwickeln oder neue Produkte zu fertigen. Zusätzlich können selbstlernende Systeme die in der Wertschöpfungskette entstehenden Daten laufend analysieren und darauf aufbauend die Prozesse optimieren. Unwirtschaftliche Fertigungsschritte werden durch die Analysemöglichkeiten besser erkannt und immer häufiger aufgelöst bzw. durch externe Zulieferer ersetzt. Der Komplexitätsgrad eines Unternehmens wird weiter steigen und die Vernetzung von Unternehmen nimmt immer weiter zu. Auf Plattformen entstehen bereits branchenspezifische Eco-Systems mit sich ergänzenden Dienstleistungen unterschiedlicher Unternehmen. Die Fertigungstiefe innerhalb des Unternehmens nimmt ab, dafür steigt der Aufwand die Zulieferer zu steuern und zu kontrollieren.

Entscheidend  wird daher in Zukunft der Umgang  mit kurzzyklischen Schwankungen der Märkte sein,  die zum einen aus der steigenden internationalen Vernetzung  resultieren, aber auch aus der Anforderung immer nach Kundenauftrag zu arbeiten. Der wichtigste Erfolgsfaktor für Produktionsunternehmen wird durch Vernetzung und Echtzeitanalyse der Produktion die schnelle Reaktion auf Kundenanforderungen sein. (2)

Die zunehmende Automatisierung von Produktion und Fertigung sowie das Internet der Dinge bietet auch in puncto Nachhaltigkeit ein enormes Potential. Maschinen laufen nur dann, wenn sie wirklich benötigt werden, intelligente Heiz- und Kühlsysteme regulieren die Temperatur bei höchster Ressourcenseffizienz und mittels Bodensensoren kann jeder einzelne Fleck eines Feldes optimal gedüngt und bewässert werden, um nur einige Beispiele zu nennen.
Tipp: Durch die Ersparnis an Rohstoffen und Energiekosten können sich Ausgaben in solche Technologien schon nach kurzer Zeit amortisieren.

Trends

1. Predictive Maintenance
Hersteller von Fertigungsmaschine sind durch das Internet der Dinge in der Lage Predictive Maintenance (vorausschauende Instandhaltung) anzubieten.  Über Sensoren erfassen die Maschinen kontinuierlich eigene  Zustandsdaten und übertragen diese anschließend in die Cloud des Herstellers. Dort werden die verschiedenen Daten stetig analysiert um rechtzeitig Verschleißteile auszutauschen oder bei Auffälligkeiten und auf Störung hindeutenden Mustern entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Produktionsausfälle durch plötzliche Standzeiten und unvorhergesehene Ausfälle werden dadurch vermieden.

2. Farming 4.0
Durch die Digitalisierung, dem Internet der Dinge und dem Einsatz cyber-physischer Systeme, entstehen auch in der Landwirtschaft Möglichkeiten nahezu sämtliche Produktionsprozesse neu zu gestalten. IoT –Sensoren erfassen beispielsweise die Menge der gegebenen Milch so wie Daten über den Stoffwechsel. Aufbauend auf diesen Daten lässt sich der optimale Melkzeitpunkt für jedes Tier ermitteln. Außerdem werden dadurch auch Krankheiten früh erkannt.

3. Augmented Reality (AR)
Unter Augmented Reality versteht man die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Vor allem visuelle AR-Devices werden immer häufiger in der Produktion eingesetzt.  Hier können beispielsweise AR-Brillen dem Träger wichtige Informationen zur Verfügung stellen, wie etwa millimetergenaue Positionsdaten für das nächste Einbauteil, oder auch eine Schritt-für-Schritt-Anleitung.

4. Individualisierung
Während früher Ingenieure aufwendig die Maschinensteuerung für unterschiedliche Produkte anpassen mussten, genügt mittlerweile eine einfachere Benutzeroberfläche. Ausgeklügelte Automatismen intelligenter Maschinen übernehmen dann autonom die Fertigung. Durch Smart Factories und 3D-Druck wird so sogar der Endkunde in die Lage versetzt selbst zum Produzenten zu werden. Kleinserien und Einzelstücke lassen sich kostengünstig herstellen. Individuelle Wünsche, z.B. im Oberflächendesign, lassen sich selbst kurzfristig noch ändern und realisieren, ohne dass dafür die Produktion heruntergefahren werden müsste.

5. Kollaborierende Roboter (Cobots)
Kollaborierende Industrieroboter entlasten in einem gemeinsamen Arbeitsprozess den Menschen und unterstützen ihn bei seiner Tätigkeit. Durch kognitive Systeme werden sie zudem in die Lage versetzt die Bedürfnisse der Mitarbeiter selbst zu erkennen und dementsprechend zu reagieren. So können sie beispielsweise schwere Gegenstände heben um die Montage zu erleichtern oder auch benötigte Ersatzteile und Werkzeuge beschaffen.

Quellen und Textlizenz:
(1) Platform Industrie 4.0: Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 April 2015, Seite 8. URL https://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/I/industrie-40-verbaendeplattform-bericht,property=pdf,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.pdf (Abgerufen 5. Dezember)
(2) Fallstudienarbeit „Einsatz von Big Data im Bereich Produktion“ von Stefan Schulte, Nicolai Schütte, 2015. URL https://winfwiki.wi-fom.de/index.php/Einsatz_von_Big_Data_im_Bereich_Produktion (Abgerufen: 5. Dezember 2016);

Lizenz: https://www.gnu.org/licenses/fdl-1.2

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