Die drei Grundpfeiler der digitalen Fabrik der Zukunft
Ressourcenbewusste Produktion (Quelle: Analog Devices)
Die Grundpfeiler der digitalen Fabrik der Zukunft (Quelle: Analog Devices)
Die Vision von Analog Devices (ADI) hinsichtlich einer digitalen Fabrik der Zukunft basiert auf den drei Grundpfeilern Connect, Control und Interpret.
Ziel von Connect ist es, die Produktivität, Skalierbarkeit und Flexibilität der Fertigung zu beschleunigen und gleichzeitig die CO2-Emissionen zu senken. Für einen transparenten Zugriff auf Fertigungsdaten müssen alle Produktionsanlagen und -maschinen an ein einheitliches Netzwerk angebunden sein. Die Daten werden zur kontinuierlichen Prozessverbesserung im gesamten Fertigungsstandort genutzt. Dazu muss die Fertigung über eine nahtlose und echtzeitfähige Edge-to-Cloud-Konnektivität verfügen. Sämtliche Fertigungsanlagen sind über ein hybrides, sowohl drahtgebundenes als auch drahtloses Netzwerk verbunden. Via Kabel werden zeitsensitive Daten mit höherer Bandbreite (industrielles Gigabit-Ethernet mit TSN) übertragen. Für mobile Anwendungen wie autonome mobile Roboter (AMR) und zur Verbindung mit weit entfernten Sensoren und Aktoren, die nicht an ein kabelgebundenes industrielles Ethernet-Netzwerk angeschlossen werden können, dienen private 5G Netzwerke.
Mit der zweiten Säule Control legt ADI den Fokus auf die Umsetzung dezentraler autonomer Steuerung. Sie bietet mehr Flexibilität durch innovative modulare Automatisierungslösungen, die die steigende Anzahl von Produktvarianten bei reduzierter Einrichtungs- und Validierungszeit unterstützen. Durch die Ablösung traditioneller zentraler SPS in einer Fertigungslinie hin zu einer dezentralen Steuerung wird Edge Computing direkt in die Maschinen integriert. Eine Edge-basierte autonome Steuerung erhöht die Flexibilität in der Produktion, da sich dadurch Fertigungslinien besser umrüsten lassen. Jede Maschine wird somit zu einem eigenständigen modularen „Herstellungsblock“, der sich mit deutlich weniger Eingriffen leicht konfigurieren und neu einsetzen lässt. Durch den zunehmenden Einsatz flexibler, modularer Fertigungslösungen, die durch eine dezentrale autonome Steuerung ermöglicht werden, können die Ziele der digitalen Fabrik der Zukunft besser umgesetzt werden.
Die dritte Säule, Interpret, stützt den Gedanken, Fertigungsdaten in umsetzbare Erkenntnisse umzuwandeln. Schätzungen zufolge werden im Produktionsumfeld jährlich rund 1 812 Petabyte (PB) Daten generiert [2]. Zur Interpretation der Daten kommt KI zum Einsatz. Sie transformiert die Fertigungsdaten in Informationen und ermöglicht Produktivitätssteigerungen. Dazu kommt KI am Edge, also dort, wo die Daten generiert werden, zum Einsatz. Edge-KI ermöglicht eine autonome Optimierung in der Fertigung durch proaktive Entscheidungsfindung in Kombination mit Sensorfusion aus realen Messgrößen, wie Temperatur, Druck, Kraft, Neigung, Position, Vibration, Feuchtigkeit usw. Edge-KI unterstützt dabei, Routineaufgaben zu automatisieren und eine personalisierte und komplexere Fertigung mit hoher Ertragskraft umzusetzen. Anwendungsfelder sind unter anderem geführte Aktorik (z. B. mobile Roboter), Anomalie- und Defekterkennung (Maschinenzustand), kontinuierliche Prozessoptimierung und Mustererkennung in der Qualitätssicherung und schließlich die Einbindung in den Automatisierungsregelkreis.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Fertigung durchläuft einen Wandel, um intelligenter, vernetzter und softwaredefiniert zu werden. Die nahtlose und echtzeitfähige Edge-to-Cloud-Konnektivität ermöglicht einen transparenten Zugriff auf neue Fertigungsdatensätze. Durch dezentrale Ansätze wird die Steuerungsfunktion mittels Edge Computing von der SPS auf die Maschine verlagert. Sensorfusion wird eingesetzt, um die OEE der Maschine zu erhöhen und umfangreiche Datensätze zu erstellen, die für das Training und den Einsatz von KI-Modellen verwendet werden können. Durch Edge-KI werden Automatisierungsmaschinen vollständig autonom. Die Verschmelzung neuer Technologien wird die digitale Fabrik der Zukunft revolutionieren und eine höhere Produktivität, Flexibilität und Skalierbarkeit ermöglichen – und das bei gleichzeitig erheblich reduziertem Energieverbrauch und geringerer Materialverschwendung. Der Schlüssel zum Erfolg der Hersteller liegt darin, wie sie mit Unternehmen innerhalb des Ökosystems zusammenarbeiten. So zählen ein breiter Erfahrungsschatz und Fähigkeiten eines schnellen Umbaus zu einer digitalen Fabrik der Zukunft zu den wesentlichen Erfolgsfaktoren.
Literatur
- Creating Pathways for Tomorrow’s Workforce Today: Beyond Reskilling in Manufacturing. Deloitte Insights, Manufacturing Institute, Mai 2021: https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/manufacturing/manufacturing-industry-diversity.html
- Deloitte Survey on AI Adoption in Manufacturing. https://www2.deloitte.com/cn/en/pages/consumerindustrial-products/articles/ai-manufacturing-applicationsurvey.html