Der weltweite Umsatz mit dem Internet der Dinge (IoT) ist im Jahr 2022¹ auf eine Billion Dollar gestiegen und hat sich damit gegenüber 2021 fast verdoppelt. Allerdings waren es überraschenderweise nicht die Technologie oder gar webbasierte Dienste, die die Einführung der Verbindungstechnologie vorantrieben. HFS Research fand stattdessen heraus, dass die industrielle Fertigung mit 85 Prozent die höchste Einführungsrate unter den befragten Unternehmen aufweist.

Für die industrielle Fertigung gibt es bekannte Vorteile, die im Laufe der Zeit als eigenständige funktionale Verbesserungen übernommen wurden, wie z. B. die Optimierung der Produktionsrate und die vermehrte Erfassung von Daten zur Optimierung der betrieblichen Abläufe. In der Fertigung wird jedoch ein ganzheitlicherer Ansatz zur Integration der Informationstechnologie mit der Betriebstechnologie verfolgt, um eine Smart Factory zu schaffen. So können Hersteller die Möglichkeiten des „industriellen IoT“ (IIoT) ausschöpfen und ihre Branche voranbringen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, mit denen das IIoT zur „Smart Factory“ beitragen kann (wobei einige Herausforderungen bestehen bleiben). Bevor wir jedoch darauf näher eingehen, lohnt sich ein Blick auf die Eigenschaften, die eine Smart Factory von einer konventionellen Fabrik unterscheiden.

Eigenschaften der Smart Factory

Das einfachste Unterscheidungsmerkmal der Smart Factory ist die Verschmelzung von digitalen Informationen und physischen Assets, mit denen die Fähigkeiten in der Fertigung erweitert werden. Diese cyber-physischen Systeme (CPS) binden zusätzliche Sensoren und automatisierte Steuerungen in die Fertigung ein, was zu drei wesentlichen Eigenschaften führt: Konnektivität der Anlagen, Transparenz von Betriebsverhalten/Trends und Autonomie des Bedieners.

Integrierte digitale und physische Tools sorgen für die Verbindung zwischen Bediener und Maschine. Durch diese Verbindung entsteht ein virtualisiertes Echtzeitbild des Maschinenstatus auf einem Überwachungsschirm. Aufgrund der besseren Einblicke in die Abläufe während des Betriebs können die Bediener die Betriebsabläufe genauer überwachen, brauchen dafür weniger Zeit und können so die Autonomie der Maschinen erhöhen.

Eine weitere Eigenschaft der Smart Factory ist die Datenerfassung und -analyse, die Entwickler benötigen, um die Abläufe im Betrieb zu verstehen. Zudem müssen Server vor Ort oder in der Cloud vorhanden sein, um die großen Datenmengen zu verarbeiten und zu speichern. Dies ist ein Merkmal, das bei der alten Infrastruktur nicht erforderlich war.

Vorteile der Smart Factory

Das IIoT sorgt für eine Einführungsrate von 85 Prozent in der industriellen Fertigung, weil es zahlreiche Vorteile bietet. Zunächst sind da die langfristigen Vorteile, die Hersteller durch den Einsatz von KI und Machine Learning als Teil ihrer Prozesse erzielen:

• Verbesserte Steuerung des Lagerbestands: Die Aufzeichnung von Informationen über den Produktionsfluss bietet sowohl den Vorteil eines geringeren Lagerbestands (ein traditionell sehr wichtiger Leistungsindikator (KPI)) und gleichzeitig den Vorteil einer höheren Ausfallsicherheit/Bauteilverfügbarkeit (ein bekannter Nachteil der Just-in-Time-Produktion (JIT)). Mithilfe der Analytik können beide Aspekte optimal aufeinander abgestimmt werden, während gleichzeitig das Lieferrisiko verringert wird. Dadurch werden die Kosten für das Bestellwesen und das Materialhandling gesenkt.

• Geringere Produktionskosten durch höhere Gesamtanlageneffektivität („Overall Equipment Effectiveness“, OEE): Mithilfe gesammelter Daten und KI passt die Smart Factory den Fertigungsprozess an, um die Betriebszeit zu maximieren, Muster zu erkennen und Nachfrageschwankungen vorherzusagen. Mit diesem Ansatz werden die Anlagen zudem im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Energieeffizienz optimiert.

• Bessere Qualität und weniger Ausschuss: Durch die Erfassung umfangreicher Daten während des Betriebs erhalten die Bediener einen Einblick in die Lebenszyklen der Maschinen. Anhand dieser Informationen können sie Trends beim Verschleiß von Werkzeugen erkennen und den nächsten (wahrscheinlichen) Ausfall vorhersagen. Zudem werden durch diese vorausschauende Wartung sowohl die Reparaturkosten als auch die Ausfallzeiten reduziert. Dies ist ein erheblicher Vorteil, wenn es darum geht, die Durchlaufzeiten zu erhöhen und die Ausschussquote durch Verschlankung der Prozesse zu reduzieren.

Mit diesen drei deutlichen Verbesserungen trägt das IIoT dazu bei, die Smart Factory durch Dezentralisierung weiter zu verbessern. Im Zuge der jüngsten Unterbrechungen der globalen Lieferkette sind Unternehmen zu einem stärker vertikal integrierten Modell übergegangen, um die Zeit für die Qualifizierung von Zulieferern zu verkürzen und die Kontrolle über die Qualität und die Lieferung von Bauteilen zu gewinnen. Immer mehr Unternehmen implementieren IIoT-Tools in der Lieferkette, und die Verbindung der Anlagen von Zulieferern mit einem gemeinsamen Netzwerk kann für eine Smart Factory ohne vertikale Integration von Vorteil sein.

Wenn Zulieferer diese Eigenschaften und Fähigkeiten ihrerseits einbringen, können sie mit anderen Unternehmen zusammenarbeiten, ohne zeitaufwendige Qualitätsaudits oder Prozessüberprüfungen durchführen zu müssen. Die Ausweitung des IIoT in der gesamten Fertigung erleichtert auch die Schaffung von Industriestandards, um Unternehmen die Gewissheit zu geben, dass ein neuer Partner seine neuen Fähigkeiten richtig umgesetzt hat.

IIoT unterstützt Unternehmen auch bei der Erschließung neuer Geschäftsfelder, z. B. durch verbesserte benutzerdefinierte Angebote und Product-or-Manufacturing-as-a-Service. Eine verstärkte Datenerfassung und -analyse sorgt für Qualität durch kontinuierliche Verbesserungen im gesamten Fertigungsprozess, unabhängig von der Applikation.

Die Integration von Informationstechnologie und Betriebstechnologie optimiert zudem die Produktentwicklung oder Initiativen zur Prozessverbesserung und Fehlerbehebung, indem virtuelle Simulationen genutzt werden, um iterative Änderungen vor dem Bearbeiten eines physischen Teils zu beschleunigen.

Herausforderungen der Smart Factory

Trotz der zahlreichen Vorteile der IIoT-fähigen Smart Factory stehen Unternehmen vor einigen Herausforderungen, die sie bewältigen müssen.

Die erste Herausforderung sind die anfänglichen Kosten für die Integration der Tools zur Datenerfassung und digitalen Verarbeitung. Wie bereits erwähnt, können diese Optimierungen jedoch zu Kostensenkungen in anderen Bereichen der Fertigungs- und Lieferkette führen. Daher sollte der Business Case die Gesamtauswirkungen der Investition berücksichtigen, einschließlich der Modularisierung der Datenerfassungs‑/Verarbeitungstools und der Reduzierung von Lagerbeständen und Ausfallzeiten.

Eine weitere Herausforderung ist die Integration der neuen Technologie in die bestehende Infrastruktur. Der Aufbau einer neuen integrierten Architektur kann zwar reibungslos verlaufen, ist aber möglicherweise nicht praktikabel. Bei der Nachrüstung einer Fabrik mit IIoT-Tools sollten grundlegende Faktoren wie Konnektivität, Ausfallsicherheit des Netzwerks und Cybersicherheit berücksichtigt werden, die mit zunehmender Abhängigkeit von einer vernetzten Fabrik immer wichtiger werden.

Nicht zuletzt ist es wichtig, die für eine angemessene Implementierung der Technologie erforderlichen Kompetenzen aufzubauen oder sich vertraglich zu sichern, wobei auch die Zunahme der Netzwerknutzung und der Datenverarbeitungskapazität zu berücksichtigen ist.

Fazit

Unternehmen stehen bei der Implementierung eines disruptiven Wandels in einer Branche immer vor Herausforderungen. Dabei ist die flächendeckende Einführung des IIoT in der industriellen Fertigung ein wichtiger Schritt in Richtung Industrie 4.0. Im Ergebnis können Hersteller durch verbesserte Konnektivität, Transparenz und Autonomie ihre Lagerbestände optimieren, die Betriebskosten senken und die Qualität erhöhen. Darüber hinaus bietet das IIoT die Möglichkeit, sich in Richtung einer standardisierten, dezentralisierten und verbundenen Lieferkette zu bewegen. In Verbindung mit einer schnelleren Produkt- und Prozessentwicklung ist dies ein spannender Meilenstein für die industrielle Fertigung.

Quelle

• 1. „Internet of Things (IoT) Spending Worldwide 2023.“ Statista. Lionel Sujay Vailshery, 28. Juni 2022. https://www.statista.com/statistics/668996/worldwide-expenditures-for-the-internet-of-things/.