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Neue Technologien als Effizienztreiber

Industrie 4.0

Neue Technologien als Effizienztreiber

Innovative Informations- und Kommunikationstechnologien tragen bereits heute in entscheidendem Maße zur Steigerung der Produktivität produzierender Unternehmen in Europa bei. Für eine wettbewerbsfähige Produktion in einem Hochlohnland wie Deutschland bildet auch in Zukunft die Integration neuer Technologien eine entscheidende Grundlage.

Bild: DFKI

Im Hinblick auf technologische Weiterentwicklungen von Produktionsmitteln und IT-Infrastruktur bietet sich Unternehmen gegenwärtig die Chance, die technologischen Entwicklungen hin zum ‚Internet der Dinge‘ für eine Vierte Industrielle Revolution zu nutzen. Zentraler Aspekt bei dieser Entwicklung ist primär nicht der Einsatz immer leistungsfähigerer Produktionsanlagen, sondern vielmehr die digitale ‚Veredelung‘ von Produktionsmitteln, Produkten und Anlagen, welche in Zukunft Effizienzsteigerungen bei der Durchführung industrieller Prozesse in Produktion, Engineering, Supply Cain und Life Cycle Management ermöglichen können. Dieser ganzheitliche technologische Ansatz kann, richtig verfolgt, zu einer effizienteren und ressourcenschonenderen Produktion führen.

Produkte und Maschinen als cyber-physische Systeme

Dabei spielt der Einsatz cyber-physischer Systeme eine zentrale Rolle. Der Ausdruck bezeichnt sind verteilte, intelligente Objekte, die miteinander über Internettechnologien vernetzt sind. Im Bereich der Produktionstechnik werden sie auch als Cyber-Physische-Produktionssysteme (CPPS) bezeichnet. Anwendungsformen sind unter anderem das Digitale Produktgedächtnis, die Kooperierende Maschine sowie der ‚Augmented Operator‘.

Produktionslenkung per digitalem Produktgedächtnis

Ein Ansatz zur zukünftigen informationstechnischen Verknüpfung der unterschiedlichen Ebenen der Produktion ist die Nutzung des Produktes selbst als Informationsträger. Das individuelle Produkt wird dazu mit einem automatisch auslesbaren Datenträger ausgerüstet. Heutige Lösungen basieren häufig auf RFID oder Data-Matrix Code. Derzeit werden diese Technologien allerdings oft nur unternehmensintern verwendet.

Digitale Produktgedächtnisse (DPG) stellen demgegenüber ein umfassenderes Konzept zum technologieunabhängigen Informationsaustausch über die Ebenen des Unternehmens und sogar Unternehmensgrenzen hinweg dar. Dies wird erst durch einheitliche Datenformate ermöglicht, wie das im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts ‚Semantic Product Memory‘ (Semprom ) initial entwickelte und unter dem Dach der W3C weiterentwickelte Object Memory Model (OMM).

Die technische Implementierung von DPG kann von einfachen RFID-basierten Systemen bis hin zu komplexen und autonom agierenden aktiven digitalen Produktgedächtnissen auf Basis eingebetteter Systeme variieren. Die Nutzung von ‚on-product‘-Informationen erlaubt die produktindividuelle Speicherung von Prozessinformationen und -parametern eines Produkts, für dessen Herstellung und Transport zum Kunden. Dadurch enthält jedes Produkt alle relevanten Informationen, um seinen individuellen Wertstrom zu durchlaufen. Das Produkt steuert sich somit selbst durch seine Produktion. Zukünftig ist vorstellbar, dass diese Informationen über den Herstellungsprozess die Grundlage von internetbasierten Mehrwertdiensten sowohl für Unternehmen als auch für Endkunden sein werden.

Die Verbreitung und technische Reife von Mobilgeräten stellt eine wesentliche Voraussetzung zum Erschließen von ‚Augmented Reality‘-Anwendungen, etwa für Maschinenbediener, dar. Bild: DFKI

Internetanbindung für die kooperierende Maschine

Neben dem Zugriff auf produktbezogene Informationen über das DPG bieten internetbasierte Dienste die Möglichkeiten des interoperablen Zugriffs sowohl auf Informationen aus dem Wertschöpfungsprozess als auch auf die Funktionalitäten, die durch Maschinen und Feldgeräte im Wertschöpfungsprozess verteilt zur Verfügung gestellt werden. Die Realisierung solch kooperierender Maschinen ist bereits heute möglich. Ein Beispiel hierfür ist die Ausstattung von industriellen Feldgeräten des Smart Factory KL-Demosystems des deutschen Forschungszentrums für künstliche Intelligenz (DFKI) mit Mikro-Webservern und OPC-UA Schnittstellen. Es entstehen intelligente, eingebettete Systeme, die über das Internet miteinander in Verbindung stehen. Sie erlauben die Bereitstellung semantischer Dienste zum vertikal integrierten Informationszugriff und Funktionsaufruf auf IP-Basis.

Der Augmented Operator: Informationsflut bewältigen

Das DPG und die breite Verwendung von Mikro-Webservern führen zu einer Flut an Informationen. Der Mensch benötigt hier situationsabhängige Filterungsmechanismen, um am richtigen Ort zur richtigen Zeit exakt die Informationen zu erhalten, welche zur Bearbeitung einer Arbeitsaufgabe erforderlich sind. Diese Informationen sind sehr vielseitig und entstammen neben Sensorsystemen vor allem andern IT-Systemen des Unternehmens wie zum Beispiel. Auftragserfassungs- und Logistik-Planungssystemen, den Steuerungen der Produktionsanlagen und den DPG.

Zur Aufbereitung und Vermittlung dieser gefilterten Informationen und damit zur kontextsensitiven Assistenz für den Menschen in der Fabrik bieten sich Augmented Reality (AR) Technologien an. Dabei überlagern computergenerierte Inhalte ein reales Bild. Insbesondere Tablet Computer mit ihren eingebauten Kameras, der vergleichsweise hohen Rechenleistung und ihrer Vernetzungsfähigkeit bilden eine geeignete Plattform, um den breiten Einzug der AR in die industrielle Praxis zu ermöglichen. Einer DFKI-Studie zufolge können sich bereits heute etwa 78 Prozent der befragten Teilnehmer den Einsatz von AR im industriellen Umfeld vorstellen. Haupteinsatzfelder sind dabei Instandhaltung, Logistik sowie Schulung und Training von Mitarbeitern.

Effizienzsteigerung durch Technologie-Anwendung

Die Grundlage für die Vierte Industrielle Revolution ist durch die Technologien des ‚Internet der der Dinge‘ gegeben. Diese sind in ihren bisherigen Anwendungsdomänen zum heutigen Zeitpunkt bereits vorhanden. Der Schlüssel zur Erzielung einer verbesserten Effizienz von Produktionsprozessen liegt damit in der neuartigen Anwendung dieser Technologien in der industriellen Produktion. Konkrete Effizienzpotenziale entstehen dabei unter den Gesichtspunkten einer produktindividuellen Massenproduktion, einer erhöhten Wandelbarkeit sowie der Verringerung von Verlusten durch eine umfassende und medienbruchfreie Informationsverfügbarkeit.

In der Produktion der Zukunft werden sich Internettechnologien zur Realisierung einer offenen Kommunikationsplattform ausbreiten und zur Ablösung der heute streng hierarchisierten IT-Landschaft führen. Netzbasierte Dienste, die direkt aus der Produktion heraus angeboten werden können, erlauben die Erschließung neuer Geschäftsfelder im Bereich von Mehrwertdiensten zum Produkt. Die sich aus diesen Veränderungen ableitenden Möglichkeiten zur Realisierung optimierter Prozesse und neuer Wertschöpfungsketten bergen genau jene Effizienzpotenziale, welche durch die Vierte Industrielle Revolution erschlossen werden sollen.

Vom Produkt- zum Lösungsanbieter

Um die vierte industrielle Revolution Wirklichkeit werden zu lassen bedarf es jedoch nicht nur technikgetriebener Innovationen. Eine weitere Grundvoraussetzung ist die kritische Hinterfragung der einzelnen Rollen, welche heute sowohl von Herstellern von Automatisierungstechnik, als auch von Systemintegratoren und Betreibern produktionstechnischer Anlagen eingenommen werden. Um in einer vernetzten Welt wettbewerbsfähig zu bleiben, werden Herstellern von Automatisierungstechnik gezwungen sein, sich von ihrem Selbstverständnis eines Produktanbieters zu lösen und sich hin zu einem Anbieter von maßgeschneiderten Lösungen zu entwickeln.

Dies wird alleine schon deshalb notwendig sein, da die Wertschöpfung für den Betreiber einer Anlage zukünftig nicht mehr aus der reinen Bereitstellung von Automatisierungskomponenten sondern aus deren prozessbezogener Verbindung mit IT-Systemen resultieren wird. Daneben ist vor allem der Betreiber gefordert: ffizienzsteigerungen werden vor allem aus der Optimierung von Prozessen auf Basis von Informationen über Produkte, Anlagen und Prozesse resultieren. Davon profitieren Unternehmen, die verstehen, neue Technologien in nutzbringende Prozesse, Produkte und Mehrwertdienste umzusetzen.

Da insbesondere Unternehmen in Deutschland in der Vergangenheit neue Technik schnell in Produktionsprozesse und Produkte integriert haben, könnten sich bevorstehende Technologie- und Prozessumstellungen bei allen Beteiligten schnell vollziehen. Damit entsteht die Basis, sich in Zukunft sowohl als Leitnutzer als auch als Leitanbieter CPS-basierter Komponenten und Produkte an der Spitze des Weltmarkts positionieren zu können.