Smart Factory der Zukunft: Die Rolle von Sensoren, Maschinen und Intelligenz im IIoT

October 12, 2017
Smart Factory der Zukunft: Die Rolle von Sensoren, Maschinen und Intelligenz im IIoT

Beitrag von Matthias Schorer, Lead Business Development Manager, IoT, EMEA bei VMware

50 Milliarden vernetzte Geräte bis zum Jahr 2020 und 11% der Weltwirtschaft. So schätzen Experten das Potential des Internet of Things (IoT) ein. Als Abgrenzung zum verbrauchsorientierten IoT-Konzept steht das Industrial Internet of Things (IIoT), für das es viele unterschiedliche Einsatzbereiche gibt: In der Agrarwirtschaft, bei der Ressourcengewinnung, in Krankenhäusern, in Vertriebs- und Logistikunternehmen oder im produzierenden Gewerbe. Der Produktionssektor legt hier vor und wird in Zukunft einer der Hauptanwender von IoT–Technologien sein.

 Welche Faktoren machen das Industrial Internet of Things (IIoT) aus?

Schon heute laufen in Produktionsstraßen viele Prozesse automatisch ab. Jede Maschine, jeder Mitarbeiter, jeder Arbeitsschritt hat seinen Platz, seine eigene Aufgabe. Die Mitarbeiter wissen, welchen Knopf sie drücken, welchen Hebel sie umlegen müssen, wenn ein bestimmtes Lämpchen einer Maschine blinkt, wenn ein Warnton erklingt oder ein Laufband stockt. Was sie meist nicht wissen, ist, wann als nächstes ein Warnlämpchen aufleuchtet oder der Produktionsprozess ins Stocken gerät, und wie sich das von vornherein verhindern lässt. Die Suche nach der Störursache ist nicht nur zeit-, sondern auch nervenraubend. Oft stellt man erst am Ende der Produktionskette fest, dass der Fehler schon ganz am Anfang lag. Wenn sich die Maschinen, die in den gesamten Produktionsprozess involviert sind, nun vernetzen und miteinander kommunizieren, lassen sich solche unproduktiven Zeiten wesentlich verringern. Die Maschinen denken dann mit, werden „intelligent“. Möglich wird dies durch Sensoren, Kameras, Analyse-Software und maschinelles, lernfähiges Datenverständnis.

Durch Sensoren, die immer intelligenter werden, wird „maschinelles Sehen“ zur Realität und in der Produktion vor allem bei Kontrollsystemen und zur Steuerung automatisierter Anlagen verwendet. Vom Kontrollsystem für autonome Roboter, die in einer Fabrik Materialien transportieren, bis hin zu automatischen Sortiermaschinen, die in Lagerhäusern Produkte identifizieren, ist quasi alles möglich.

Bei eigenständigen Materialhandling-Robotern kann das maschinelle Sehen aus dem einfachen Erkennen einer Spur auf dem Boden bestehen, der Roboter von einer Stelle zur nächsten folgen. Es kann jedoch auch Personen oder Hindernisse auf dem Weg erkennen, was Sicherheit und Effizienz in der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine erhöht.

Bei Förderanlagen werden Produkte über den Barcodes oder RFIDs erkannt und Greifroboter so ausgerichtet, dass er einen bestimmten Artikel erfasst. Die Roboter werden über IoT zu jeder Zeit überwacht

Das Entscheidende: Um die Potentiale des IIoT-Konzepts voll ausschöpfen zu können, müssen Modelle, Methoden und Werkzeuge erstellt werden, mit denen die Unternehmen die IoT-Sensordaten am Rand des Netzwerks intelligent verarbeiten können. Die Schlüsselinnovation liegt in der „IoT-isierung“! Dies gelingt durch dynamische, mehrstufige und smarte Datensammlung und Datenintegration. Dabei werden nicht nur strukturierte Daten erfasst und berücksichtigt, sondern eben auch unstrukturierte Daten wie Text, Bilder oder Videos. Maschinelles Datenverständnis und die Anwendung semantischer Technologien werden hier unabdingbar.

 Ein Beispiel von der Gummibären-Straße

Wie eingangs erwähnt, ist in einer idealen IIoT-funktionierenden Welt die holistische Vernetzung aller Systemkomponenten ausschlaggebend. Dazu gehört mitunter auch die Einbeziehung des Gebäudemanagements in – nehmen wir ein anschauliches Beispiel – einer Gummibärchenfabrik. Denn in der Produktion spielen auch äußere Faktoren, wie zum Beispiel Temperatur und Luftfeuchtigkeit, eine Rolle. In dem Moment, in dem die heiße, flüssige Gummibärchen-Masse über Düsen in die Negativformen gespritzt wird, kommt es auch darauf an, welche Umgebungstemperatur und welche Luftfeuchtigkeit gerade herrschen. Die Konsistenz der bunten Bärchen kann sich verändern oder der anschließende Trocknungsprozess unnötig verlängert werden. Wenn sich die Fabrikhalle aufgrund einer sommerlichen, langanhaltenden Hitzeperiode aufheizt, muss die Klimaanlage auf Hochtouren arbeiten. Im Falle eines plötzlichen Temperatursturzes aber dauert es mitunter recht lange, ehe das Facility Management System die Klimaanlage wieder runterfährt. Wird das Heizungs- und Kühlungssystem aber von vornherein mit den Daten des Wetterberichts gespeist, kann das System idealerweise schon im Vorfeld reagieren und die Klimatisierung entsprechend anpassen. Die Gummibärchen können dann schneller abgepackt werden und die Produktionsstraße verlassen.

Jederzeit zu wissen, wo sich Rohmaterialien und Werkzeuge befinden, ist ein anderer großer Anwendungsfall für IIoT. Hierzu kommen in der Regel RFID Systeme zum Einsatz. Mittels Scannern an der Decke lässt sich so jede Palette, jedes Fass Rohmaterial und jede Gussform jederzeit genau lokalisieren. Diese Daten wiederum können zur Optimierung der Prozessabläufe genutzt werden.

Vorausschauende Fehlerbehebung

Im Maschinen- und Anlagenbau spielt unter anderem auch das Thema Vorausschauende Wartung eine große Rolle. Das IIoT-gestützte Konzept soll dazu beitragen, Wartungsprozesse effektiver zu gestalten und weniger Leerlaufzeiten bei den Anlagen zu erreichen. Früher setzte man auf feste Wartungsintervalle und stoppte Maschinen zu festgelegten Wartungsfenstern, um unter Umständen festzustellen, dass es nichts zu Warten gab. Trotzdem kam es vor, dass eine Produktionsanlage ungeplant ausfiel und repariert werden musste. Heute erkennen intelligente Systeme eine Störung anhand sich langsam ändernder Messwerte schon, bevor sie auftritt. Predictive Maintenance – die vorausschauende Wartung – kann enorme Kosten sparen und neue Geschäftsmodelle eröffnen. Leider fehlt in vielen Unternehmen noch die technische Voraussetzung dafür, wie eine Studie von T-Systems und PAC zeigt. Demnach haben nahezu alle Unternehmen ihre Produktions- und Logistik-Umgebung bereits in irgendeiner Art vernetzt. Doch für eine durchgehende IoT-Funktionalität reicht die aktuelle Installation nicht aus. Der Grad der Vernetzung muss nach Einschätzung der befragten Entscheider deutlich zulegen.

Die Produktion fit für IoT zu machen ist absolut unabdingbar für die Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Produktionssektors. Noch stehen wir am Anfang – das Potential ist enorm. Kennen Sie weitere Beispiele, wie Produktionsstraßen durch IoT-Anwendungen verbessert werden können? Ich freue mich auf Ihre Kommentare auf LinkedIn, Xing und Twitter. Sie haben Interesse am IoT? Dann kommen Sie doch zur vInnovation am 23. Oktober in Frankfurt am Main und sprechen Sie persönlich mit mir. Hier können Sie sich noch schnell registrieren.


 
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