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Smart Manufacturing: 7 Technologie-Trends für die Fertigung

Technology

5 Mai 2022 - 6 Minuten lesen

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Susanne Hohenstein-Kluka Content Marketing Specialist

Susanne kümmert sich um den deutschen Content bei Objectivity, übersetzt Firmeninhalte wie Webtexte, Artikel und eBooks und schreibt Artikel über Technologie-Trends und praktische Ratgeber. Privat verbringt sie am liebsten ihre Freizeit in der Natur, spielt Tennis oder geht auf Rockkonzerte.

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Inhaltsverzeichnis

  1. Transformation von Wirtschaft und Industrie
  2. Puzzleteile: Komplexe technologische Umsetzung
  3. Zusammenfassung
  4. Quellenangabe

Bei der intelligenten Fertigungsanlage geht es nicht nur um die Herstellung eines Produkts, sondern um das gesamte Management von Gebäude, Betrieb, Fertigung, Lieferkette und Qualitätssicherung. Jeder einzelne Fertigungsprozess muss so gesteuert werden, dass die richtigen Teile zur richtigen Zeit geliefert werden. Mit einer gezielten Koordination der Aktivitäten wird wesentlich zur Effizienzsteigerung beigetragen.

Transformation von Wirtschaft und Industrie

Mit der technologischen Weiterentwicklung und den Branchentrends als Antrieb, nimmt die Industrie 4.0 immer mehr Gestalt an. Doch um mit der intelligenten Fertigung jeden Schritt im maschinellen Fertigungsprozess verbessern zu können und gleichzeitig Kosten einzusparen, müssen einige Punkte als Fähigkeit im Fertigungsunternehmen sichergestellt werden: Konnektivität, Anpassungsfähigkeit, Prognosefähigkeit und Erweiterbarkeit.

Diese Fähigkeiten können mit den in diesem Artikel beschriebenen Technologie-Trends erreicht werden. Die Notwendigkeit einer Transformation der Fertigungsindustrie ergab sich bereits vor der Covid-19 Pandemie und ist durch sie und andere globale Ereignisse noch wichtiger geworden. Dadurch gewinnen bei der intelligenten Fertigung besonders Daten an Bedeutung.

Ein gutes Beispiel ist die Modellfabrik von Bosch Rexroth in Ulm, welche durch autonome und mobile Roboter (AMRs) Arbeitsplätze mit Material versorgt. Außerdem gibt ein intelligenter Boden Anweisungen weiter und verbaute Sensoren und Controller sorgen für einen reibungslosen Ablauf. Interoperabilität steht ganz oben auf der Wunschliste von Unternehmen. Vernetzte Roboter, neue Werkstoffe und moderne Verfahren stellen traditionelle Fertigungsverfahren auf den Kopf und setzten neue Technologie-Trends.

7 Puzzleteile: Komplexe technologische Umsetzung

Fertigungsunternehmen müssen ihre Pain Points und Ziele erkennen, bevor über neue digitale Technologien und Lösungen nachgedacht werden kann. Besonders hilfreich ist ein vertrauenswürdiger IT-Experte als Partner, um eine Lösung durch z. B. einen Proof of Concept erst zu prüfen und dann zu integrieren. Zur Integration sollte auch ein Training angeboten werden – damit das Know-how auch und vor allem beim Anwender liegt.

Künstliche Intelligenz & Daten

Die heute verwendeten KI-Anwendungen basieren auf Algorithmen. Durch das maschinelle Lernen erarbeiten sich Maschinen selbst ihre Regeln und lernen aus Erfahrungen. Daten mit vorgegebenen Lösungen werden als Beispiele verwendet und Algorithmen erkennen selbstständig Muster. Aus diesen Mustern können Regeln abgeleitet und zukünftig Aussagen getroffen werden. Auch Prognosen für Produktionsauslastung entstehen auf diesem Weg oder eine vorrausschauende Wartung (Predictive Maintenance). KI kann den Hersteller auch dabei unterstützen, den Zustand der Produkte nach der Distribution in den Markt weiter zu überwachen. Hiermit lassen sich Schwankungen bei Produktverschleiß und Austauschraten überwachen. Daten sind neben der Technologie der Schlüssel zu allen weiteren Schritten und Auswertungen.

Geschäftsvorteile: Künstliche Intelligenz ermöglicht Arbeitsprozesse zu unterstützen, zu automatisieren und Produktivität zu steigern. Außerdem können sich wiederholende und zeitaufwändige Aufgaben der Mitarbeiter abgenommen werden. Daten wiederum schaffen Prognosen, Simulationen und bieten wichtige Einblicke in Geschäftsabläufe, die es ermöglichen fundierte Entscheidungen zu treffen.

Das Internet der Dinge (IoT)

Um noch mehr Daten zur Analyse der einzelnen Prozesse und zu einer besseren Transparenz zu sammeln, wird IoT für Unternehmen immer interessanter. Bei dem Internet of Things geht es darum Produktion und Fertigungsanlagen zu einer Smart Factory zu erweitern. Geräte der Fertigungsstrecke werden intelligent vernetzt, um miteinander zu kommunizieren. In der industriellen Umgebung ist es besonders wichtig Sicherheitsmerkmale und -funktionen in den Mittelpunkt der IoT-Plattformen zu stellen. Die Sicherheit der Plattform selbst, aber auch die Möglichkeit die Plattform einzusetzen ohne zusätzliche Risiken für den laufenden Betrieb einzuführen. Industriestandards, Protokolle und Best Practices müssen von Anfang an eingebettet sein. Laut Gartner werden die Ausgaben für IoT-Technologien jährlich bis zu 50 % steigen und Umfrageergebnisse zeigen, dass 32 % der gesamten IoT-Lösungen sich auf die Fertigung konzentrieren.

Deloitte Consulting hat fast 300 deutsche produzierende Unternehmen analysiert und ausgewertet. Die Mehrheit der Befragten sah durch die technologiegetriebene Vernetzung von Mitarbeitern, Maschinen und Produkten bereits im Jahr 2017 große Vorteile für die Prozesseffizienz, sowie einen positiven Nebeneffekt zur Verbesserung der Arbeitsplatzbedingungen.

Geschäftsvorteile: Besonders in der Fertigungsindustrie können Kapitalinvestitionen für die Umsatzstrategie optimiert werden, indem sie durch erhöhte Produktivität von Anlagen und Prozessen mehr aus bestehenden Einrichtungen herausholen und ungeplante Ausfallzeiten vermeiden.

Tracking & Monitoring

Der hohe Automatisierungsgrad zukünftiger Fertigungsanlagen wird die Tätigkeiten der Mitarbeiter von körperlichen Aufgaben, zu überwachenden Funktionen verschieben. Diese werden auch remote ausführbar sein und notwendige Anpassungen der Programme können durch Cloud-gesteuerte, automatisierte Updates ersetzt werden. Der Bedarf an Vor-Ort-Mitarbeitern wird somit erheblich reduziert und zentrale Teams können unabhängig von ihrem Standort die notwendigen Überwachungsaufgaben für eine ganze Anlage ausführen.

Außerdem verhilft Tracking und Monitoring von Maschinendaten zu einer vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance). Diese Art von Wartung wird in den verschiedensten Branchen als die Nr. 1 der Instandhaltungsstrategien angesehen.

Geschäftsvorteile: Eine vorausschauende Wartung reduziert Ausfallzeiten und sorgt für eine höhere Verfügbarkeit und mehr Effizienz. Eine Fernsteuerung von Prozessen, bedeutet eine größere Reichweite und Möglichkeit Experten standortunabhängig einzustellen oder in Fällen wie bei der Covid-19 Pandemie den Betrieb nicht unterbrechen zu müssen.

Der digitale Zwilling

Digitale Zwillinge sind virtuelle Doppelgänger realer Objekte und mittlerweile bekannt für transparente Einblicke in eine Organisation und die Möglichkeit Geschäftsabläufe zu überprüfen. Digitale Zwillinge werden bislang allerdings nur in wenigen Bereichen eingesetzt. Das dürfte sich in den nächsten Jahren dank standardisierter Frameworks und Plattformen ändern. Diese werden sowohl die Erstellung und Nutzung digitaler Zwillinge erleichtern als auch die damit verbundenen Kosten deutlich senken. In der intelligenten Fabrik der Zukunft werden auf Basis von Digital-Twins alle Informationen zum Zustand der Anlage und des Produktionsprozesses digital verfügbar sein. Anpassungen am Produktionsprozess erfolgen datengetrieben via Dashboard vom Schreibtisch aus oder werden sogar autonom durch das Produktionssystem auf Basis des aktuellen Prozesses durchgeführt.

Geschäftsvorteile: Der digitale Zwilling unterstützt Fertigungsunternehmen bei Analysen und Vorhersagemodellen, bietet transparente Einblicke und erlaubt somit die Nachvollziehbarkeit und Überprüfbarkeit von Betriebsabläufen. Prozesse können somit optimiert werden und erzielen dadurch schnellere Durchlaufzeiten.

Cloud & Edge Computing

Cloud-Lösungen wurden während der Covid-19-Pandemie schnell zum Rettungsanker um Mitarbeiter remote engagiert und produktiv zu halten. Anfängliche Bedenken in die Cloud zu wechseln sind nahezu verflogen. Die Verfügbarkeit steigt und die Sicherheit, die von Cloud-Hosting-Diensten bereitgestellt wird, ist oft besser als das was von den eigenen IT-Abteilungen verfügbar ist.

Edge Computing setzt auf eine dezentrale Verarbeitung von Daten: Statt auf ein weit entferntes Rechenzentrum zurückzugreifen, werden die Daten in den datenaggregierenden Devices verarbeitet oder in direkter Nähe. Ziel der Adoption von Edge Computing ist es die Distanzen für die Datenübertragung zu reduzieren. Besonders durch das rasante Wachstum der IoT-Technologie und die Entstehung neuartiger Anwendungen, die Daten in Echtzeit benötigen, werden Edge-Computing-Systeme immer wichtiger und sind immer häufiger gefragt.

Geschäftsvorteile: Der Wechsel in die Cloud macht flexibler, gibt Sicherheit und eine einfache Administration. Und Edge-Geräte werden zu ausfallsicheren Geräten, welche die Verwaltung von Fertigungsabläufen übernehmen, falls die Verbindung zur Cloud unterbrochen wird.

5 G

Datenkommunikationsdienste wie Wi-Fi, 3G oder 4G sind für private Verbraucher zu festen Bestandteilen des täglichen Lebens geworden. Da Produktionsumgebungen bereits stark mit Anwendungen und Tools belastet sind, die zur Verarbeitung großer Datenmengen erforderlich sind, werden 5G-Datenkommunikationsdienste der neuen Generation benötigt. 5G ermöglicht Technologielösungen Robustheit und Agilität. Um Marktbedingungen auszugleichen wird durch 5G die Datengeschwindigkeit und -ausführung gesteigert oder neue Optimierungstools können in die Fertigungsindustrie eingeführt werden.

Geschäftsvorteile: 5 G-Dienste sollen eine verbesserte Verbindungsdichte, Latenz, Zuverlässigkeit, Sicherheit, Verfügbarkeit, Standortgenauigkeit, Datenrate und Mobilität unterstützen.

Kreislaufwirtschaft

Die verarbeitende Industrie und der Transportsektor tragen heute etwa die Hälfte aller globalen Emissionen bei. Da globale Fertigungslieferketten 50 % der CO2-Emissionen ausmacheni, ist die Anfälligkeit der Weltwirtschaft eng mit nachhaltigem Engagement von Organisationen und der Industrie verbunden. Laut Gartner könnten 31 % aller CO2-Emissionen bis 2030 durch die Anwendung von Material- und Ressourceneffizienz sowie Kreislaufwirtschaft in Produktlebenszyklen angegangen werden. Die Themen Digitalisierung und Nachhaltigkeit sind auch Schwerpunktthemen der Hannover Messe 2022.

Geschäftsvorteile: Es unterstützt Unternehmen dabei Ressourcen zu schonen und gleichzeitig Gewinne zu steigern. Außerdem wird das verwendete Material bis ins letzte Teil zerlegt und in den Kreislauf zurückgeführt. Allerdings geht es bei der Kreislaufwirtschaft auch darum, dass bereits beim Design und in der Produktion zirkulär gedacht und geplant werden muss.

Zusammenfassung

Smart Manufacturing hilft Unternehmen flexibler, leistungsfähiger und umweltfreundlicher zu werden. Mit den 7 erörterten Technologie-Trends können Sie das volle Potenzial ausschöpfen und die globalen Herausforderungen der Branche meistern.

Die besondere Leistungsfähigkeit in der Fertigung ergibt sich aus der Kombination von:

  • Sensorbasierten Daten,
  • mit maschinellem Lernen,
  • KI-Funktionen,
  • Remote Management,
  • vorausschauender Wartung,
  • detaillierter Zustandsüberwachung,
  • Automatisierung mittels Digital Twins,
  • mit der richtigen Aufbewahrung der Daten und
  • einem schnellerem Netzwerk.

Mit einer durchgängigen Vernetzung aller Komponenten einer Fertigungsanlage, lassen sich nicht nur Einsparungen bezüglich Material- und Ressourcenverbrauch nutzen. Auch die Produktivität und Flexibilität eines Betriebs werden dank dieser Mittel gestärkt.

Quellenangabe

Gartner, Magic Quadrant for Industrial IoT Platforms, Oktober 2021

Gartner, Emerging Technologies: Significant IoT Growth Is Expected for 2022, Adopter Survey Findings, 2022

Gartner, Manufacturing Insight: How to Position Manufacturing Solutions for Sustainability, Bettina Tratz-Ryan, Sarah Watt, Alexander Hoeppe, November 2021

Deloitte, Manufacturing 4.0: Meilenstein, Must-Have oder Millionengrab, 2017

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Susanne Hohenstein-Kluka Content Marketing Specialist

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