Optimierte Prozesskette: So einfach kann der Start in die Smart Factory sein

Im Kontext mit der Industrie 4.0 fällt immer wieder der Begriff der Digitalisierung in der Produktion. Das System der digitalen Fabrik oder auch Smart Factory spielt dabei eine wichtige Rolle und ist eine interessante, aber eben auch sehr komplexe Technologie. Sie erfordert in vielen Fällen eine umfassende Neuorientierung der Datenerfassung und -verwaltung im Unternehmen. Aus diesem Grund scheuen sich viele Firmen, in die Digitalisierung einzusteigen. Dabei ist es gar nicht notwendig, von Beginn an die komplette digitale Prozesskette umzusetzen – viel sinnvoller ist eine Strategie der kleinen Schritte, das Pflücken der „low-hanging fruits“, also der einfach umzusetzenden Maßnahmen in der Fabrik.

Auch wenn man in kleinen Schritten vorangeht, sollte man das in der richtigen Richtung tun. Übersetzt auf die intelligente Fabrik bedeutet dies: Zunächst werden die eigentlichen Ziele in der Produktion definiert, im Wissen, dass diese Ziele nicht direkt und schnell zu erreichen sind. Im nächsten Schritt werden die Komponenten identifiziert, die das Erreichen der Ziele ermöglichen: Welche Daten werden benötigt, wie werden diese erhoben, verarbeitet und weitergeleitet? Welche technischen Voraussetzungen und Werkzeuge sind dazu notwendig? Dabei gilt es, Werkzeuge, Technologien und Softwarearchitekturen zu finden, die schnelle Erfolge ermöglichen, aber auch das Potenzial haben, das eigentliche Ziel umzusetzen. Zudem müssen sie flexibel genug sein, dass sie sich anpassen lassen, wenn sich mit wachsender Erfahrung und veränderten Geschäftsmodellen die Perspektive ändert.

Auf der anderen Seite lassen sich gerade beim letzten Punkt der obigen Aufzählung schnell potenzielle „low-hanging fruits“ identifizieren. Ein typisches Beispiel ist DNC (Distributed Numeric Control, die Vernetzung der Bearbeitungszentren). Einerseits ist diese Technologie eine Grundvoraussetzung für die Smart Factory – auch als intelligente Fabrik bezeichnet – andererseits bringt sie auch schon für sich genommen einen großen Produktivitätsschub.

Einfache Sensoren, die nicht einmal mit der Maschinensteuerung verbunden sein müssen, ermöglichen erste Schritte in Richtung Maschinenkommunikation. So können beispielsweise Plug&Play-Sensoren Stückzahlen zählen. Auf diese Weise lässt sich der Status von Fertigungsaufträgen automatisch an die Arbeitsvorbereitung zurückmelden. Die Planer wissen in Echtzeit, wie weit ein Auftrag aktuell fertiggestellt ist und wann die Maschine voraussichtlich frei ist. Damit lassen sich Folgeaufträge wesentlich genauer einplanen als bisher, wenn nur das Ende der Bearbeitung des gesamten Auftrags zurückgemeldet wurde. Stillstandzeiten lassen sich so verringern und die Produktivität in der Fabrik steigern. Somit ist bereits ein wichtiger Schritt in Richtung vernetzte Zukunft und intelligente Fabrik getan.

Andere Plug&Play-Sensoren messen Vibrationen, was sich beispielsweise zur Überwachung der Standzeit von Werkzeugen nutzen lässt. Je stumpfer ein Fräser wird, desto schlechter wird die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des bearbeiteten Werkstücks. Gleichzeitig entstehen zusätzliche Vibrationen. Kennt man die Vibration der Maschine im Normalbetrieb, lassen sich diese zusätzlichen Vibrationen schon sehr früh erkennen. Der Sensor beziehungsweise die Auswertungs-Software löst nun Alarm aus und der Fräser kann getauscht werden, bevor Ausschuss produziert wird – der Einstieg in die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance).

Moderne Maschinen haben Steuerungen, die Stückzahlen oder Vibrationen selbst auswerten. Sie lassen sich über DNC direkt in Smart-Factory-Szenarien einbinden. Die beschriebenen Sensoren arbeiten jedoch auch unabhängig von der Steuerung, was es ermöglicht, sogar ältere Anlagen, die noch nicht so „smart“ sind, in diese Szenarien zu integrieren. Ältere Maschinen lassen sich somit weiter effizient nutzen und gleichzeitig intelligent verwalten.

Allein über den Stromverbrauch lässt sich feststellen, ob eine Maschine arbeitet oder im Leerlauf läuft. Mit Hilfe von Sensoren lässt sich das Ende der Bearbeitung feststellen und die Maschine sowie die notwendige Peripherie, wie beispielsweise Späneförderer und Druckluftkompressor, abschalten. In vielen Unternehmen wird mit Hilfe mannloser Fertigung die Maschinenlaufzeit in der Produktion verlängert. Dabei startet man am Abend oder vor dem Wochenende länger laufende Bearbeitungsabläufe, die die Maschine dann ohne menschliche Aufsicht abarbeitet. Ist der Auftrag beendet, steht die Maschine im Standby, bis am nächsten Morgen oder am Montagmorgen der Bediener das Bauteil entnimmt und der nächste Auftrag gestartet wird. Werden die Maschine und ihre Peripherie in diesen Stillstandzeiten, in denen nicht wenig Strom verbraucht wird, automatisch heruntergefahren, lässt sich einiges an Strom sparen. Schritt für Schritt wird die Fertigung intelligenter – die beschriebenen Maßnahmen sind noch weit von künstlicher Intelligenz oder anderen, hochtrabenden Szenarien der Zukunft entfernt, bieten aber schon viele Vorteile und Zusatznutzen. Wichtig ist der Aufbau dieser Einzelmaßnahmen auf Basis einer integrierten Software-Architektur, damit sie bei Bedarf nahtlos zusammenwachsen können. Dann sind kontinuierliche Schritte in die Digitalisierung möglich.