Der Übergang zur „intelligenten Fertigung” (engl.: Smart Manufacturing) und der damit verbundenen Praxis der Fernüberwachung (engl.: Remote Monitoring) breitet sich in Fabriken und Produktionsstätten auf der ganzen Welt aus. Dasselbe trifft auf ein System von Lagereinrichtungen zu, die in jedem Produktionsbereich zum Einsatz kommen und wo die fertigen Produkte erfasst, gelagert und verteilt werden. Da vielen Mitarbeitern in der Produktion empfohlen wurde, weniger Zeit am Standort zu verbringen, um die Gefahr einer COVID-19-Infektion einzudämmen, beschleunigte die weltweite Epidemie den Übergang zur Fernüberwachung. Industrieunternehmen investieren aufgrund der sich verändernden Marktbedingungen, die Agilität in der Produktion ermöglichen, die Maschinenverfügbarkeit verbessern sowie schnelle und kostengünstige Reaktionen auf Zwischenfälle im Zusammenhang mit Wartung und Betrieb vorantreiben, in das sogenannte Fernmanagement (engl.: Remote Management).
In dynamischen Branchen wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie wird zur Effizienzsteigerung bei Änderung der Marktbedingungen eine flexible und skalierbare Maschinensteuerung benötigt, um ein einfaches Upgrade auf hochleistungsfähigere Plattformen zu ermöglichen. Eine entscheidende Komponente dieses aktualisierten Verfahrens ist die neue Fähigkeit zur Fernsteuerung. Es werden stärkere PLC in die Maschinen integriert, um die Steuerung von Elementen wie Antriebe, Förderbänder und Remote-E/A zu vereinfachen.
DieFabrik der Zukunft ist autonom und in der Lage, die notwendige Diagnostik durchzuführen, um Probleme zu finden und zu beheben, ohne die gesamte Fertigungslinie anzuhalten. Obwohl das Ziel vieler Unternehmen die Umwandlung in einen Industrie-4.0-gesteuerten Betrieb ist, ist nicht immer klar, was eine intelligente Fabrik (engl.: Smart Factory) ausmacht und wie diese Umstellung auf den Weg gebracht werden kann. Eine der wirksamsten Methoden, um mit der Transformation zur intelligenten Fabrik zu beginnen, besteht darin, Geräte des Internets der Dinge (engl.: Internet of Things, IoT) in die Produktion einzubinden. Allerdings müssen Unternehmen Vorsicht walten lassen, um nicht kopflos vorzugehen.
Die Vorteile eines Echtzeit-Überwachungssystems
Durch ein verknüpftes IT/OT-Ökosystem wird die Integration von in der Fertigung getroffenen Entscheidungen und gewonnenen Einsichten mit der restlichen Lieferkette und der gesamten Organisation durchgeführt. Das hat das Potenzial, Produktionsabläufe signifikant zu verändern und Interaktionen mit Kunden und Lieferanten zu verbessern.
Dadurch wird offensichtlich, dass intelligente Fabriken über eine grundlegende Automatisierung hinausgehen. Die intelligente Fabrik ist ein flexibles System, das komplette Fertigungsprozesse autonom ausführen, die Leistung in einem größeren Netzwerk selbständig optimieren und sich selbständig anpassen kann, um aus neuen Situationen in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit zu lernen. Das Fabrikgebäude einer intelligenten Fabrik ist nicht ihr einziger Betriebsbereich. Intelligente Fabriken können sich auch mit einem globalen Netzwerk von zugehörigen Produktionssystemen und sogar mit einem größeren digitalen Liefernetzwerk verbinden. Die Vorteile der Echtzeit-Überwachung sind:
Anlageneffizienz
Alle Bereiche der intelligenten Fabrik produzieren riesige Datenmengen. Die ständige Analyse dieser Daten zeigt Schwachstellen in der Anlagenleistung auf, die eine Art Optimierung zur Abhilfe erforderlich machen können. Einer der offensichtlichsten Vorteile einer intelligenten Fabrik ist die Fähigkeit zur Selbstkorrektur, wodurch sie sich von der klassischen Automatisierung unterscheidet und was eine höheren Gesamteffizienz der Anlage zur Folge haben kann. Ein weiterer potenzieller Vorteil ist u.a., dass die verbesserte Anlageneffizienz in geringeren Ausfallzeiten, optimaler Kapazitätsauslastung und kürzeren Rüstzeiten resultiert.
Qualität
Die für die intelligente Fabrik charakteristische Selbstoptimierung kann Mängelmuster bezüglich der Qualität früher voraussehen und erkennen und zur Identifizierung spezifischer umgebungsbedingter, mechanischer oder menschlicher Ursachen für minderwertige Qualität beitragen. Dadurch können Durchlaufzeiten und Ausschussraten reduziert und gleichzeitig die Ertrags- und Erfüllungsraten erhöht werden. Ein optimierteres Qualitätsverfahren kann in einem höherwertigen Produkt mit weniger Mängeln und Rückrufen resultieren.
Geringere Kosten
Die Prozessoptimierung hat typischerweise kostengünstigere Abläufe, einschließlich Prozesse mit planbaren Inventaranforderungen, zielführende Einstellungs- und Personalentscheidungen und eine geringere Prozess- und Betriebsvariabilität zur Folge. Ein qualitativ hochwertigerer Prozess könnte auch einen integrierten Überblick über das Liefernetzwerk mit schnellen latenzfreien Reaktionen auf Beschaffungsanforderungen bedeuten, wodurch die Kosten weiter gesenkt werden. Da durch ein verbessertes Verfahren qualitativ hochwertigere Produkte entstehen, können damit auch die Garantie- und Wartungskosten gesenkt werden.
Sicherheit und Nachhaltigkeit
Die intelligente Fabrik kann außerdem erhebliche Vorteile für das Wohlbefinden von Mitarbeitern und die ökologische Nachhaltigkeit bieten. Die Umweltbelastung durch die betriebliche Effizienz einer intelligenten Fabrik ist möglicherweise geringer als die durch einen klassischen Fertigungsprozess verursachte Umweltbelastung, was insgesamt eine Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit zur Folge hat. Durch autonomere Prozesse wird die Wahrscheinlichkeit von menschlichem Versagen reduziert, insbesondere Industrieunfälle, die Verletzungen nach sich ziehen. Bestimmte Berufe, in denen repetitive und anstrengende Tätigkeiten ausgeführt werden müssen, werden durch die relative Autarkie der intelligenten Fabrik ersetzt. In einer intelligenten Fertigungsumgebung kann die Aufgabe eines menschlichen Arbeiters jedoch ein höheres Maß an Umsicht und Urteilsvermögen an Ort und Stelle mit sich bringen, wodurch die Zufriedenheit am Arbeitsplatz steigt und die Fluktuation gesenkt wird.
Echtzeit-Fernsteuerung von intelligenten Fabriken zwischen Korea und Finnland
Ein Forschungsteam des südkoreanischen Forschungsinstituts für Elektronik und Telekommunikation (Electronics and Telecommunications Research Institute, ETRI) hat unter Verwendung von 5G-Technologie und eines internationalen kabelgebundenen Netzwerks ein Verfahren demonstriert, welches die simultane Fernsteuerung einer Fabrik von zu Hause oder unterwegs aus erlaubt. Der Industriedienst des Internets der Dinge, der von zu Hause und unterwegs aus intelligente Produktionsanlagen und Roboter in Echtzeit simultan betreibt und überwacht, wurde laut dem Team des ETRI erfolgreich getestet.
Der Schüssel zur richtigen Präsentation der Technologie ist Kommunikationstechnologie mit extrem niedriger Latenz. Übertragungsverzögerungen über mehr als 10.000 Kilometer betragen weniger als 0,3 Sekunden. Die Forscher haben gezeigt, wie Fabrikanlagen in Gyeongsan in der Provinz Gyeongsangbuk-do in Südkorea mühelos in Echtzeit von der Universität Oulu in Finnland aus gesteuert werden können.
Basierend auf dieser Technologie vernetzte ETRI die intelligente Fabrik des Korea Institute of Industrial Technology (KITECH), die sich in Hayang-eup, Gyeongsan-si in der Provinz Gyeongsangbuk-do befindet, mit der Universität Oulu und verwendete dazu sowohl das 5-G-Testnetzwerk Korea Advanced Research Network als auch das 5-G-Testnetzwerk der Universität Oulu. In Finnland und Korea wurden während der Tests Echtzeit-Steuerungs- und Überwachungsdienste mit einer wechselseitigen Verzögerung von jeweils weniger als 0,3 Sekunden und 0,01 Sekunden erfolgreich demonstriert. Nach dieser Demonstration ist zu erwarten, dass das Teilen und die Zusammenarbeit in den Fertigungs- und Produktionssektoren länderübergreifend zunehmen wird, während die Wahrscheinlichkeit für die Einführung ferngesteuerter intelligenter Fertigungsdienste, die auf einer konsistenten Kommunikationsqualität basieren, steigt.
Der Weg zur intelligenten Überwachung von Fabriken
Industrie 4.0 ist durch die Kombination vieler schon vorhandener und sich in der Entwicklung befindlichen intelligenten industriellen Technologien bereits realisierbar. Aus diesem Grund findet die Umstellung auf Smart-Factory-Technologien schrittweise statt und beginnt mit der Definition der Möglichkeiten aus einer breit angelegten Perspektive heraus. Die Implementierung kann aber bereits mit ein paar zentralisierten Computern und Sensoren beginnen. Die Vorteile der intelligenten Fertigung sind durch den positiven Return-on-Investment der Erstinvestition enorm, und intelligente Fabriken könnten rasch fortschrittlichere Technologien im Sektor Fernüberwachung und -management einführen.
