Mehr als MES Digitalisierung und KI verändern die Fertigung

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Die Digitalisierung der Produktion ist ein umfassender Transformationsprozess, der weit über die Einführung eines MES hinausgeht. Wie aber verändert KI die industrielle Produktion über MES hinaus? 

Manufacturing Execution Systems haben sich im Laufe der Jahre stark weiterentwickelt. Ursprünglich konzentrierten sie sich beim Betriebsmanagement auf die Betriebsdatenerfassung (BDE) und später auf die Maschinendatenerfassung (MDE), um grundlegende Auftrags- und Produktionszustände zu erfassen. Durch die Integration weiterer Funktionen wie Werkzeug- und Qualitätsmanagement wurden MES zu einem Schlüsselwerkzeug für die Produktionsüberwachung und -steuerung. Im Laufe der Zeit hat sich der Begriff Manufacturing Operations Management Systeme (MOM) für Systeme entwickelt, die nicht nur die Produktionssteuerung, sondern auch Logistik, Instandhaltung und andere betriebliche Prozesse umfassen. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um ein IT-System handelt, sondern es muss die Verfügbarkeit aller relevanten Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes sichergestellt werden.

Analysewerkzeuge und KI ermöglichen tiefere Einblicke in Produktionsdaten

Die Möglichkeiten der Digitalisierung in der Produktion gehen jedoch weit über MES hinaus. Für die folgenden zentralen Aspekte sind die Ratio-Potenziale dabei offensichtlich.

Integration und Vernetzung: Die Digitalisierung ermöglicht die Nutzung von Produktions- und Prozessdaten in Logistik, Vertrieb und Instandhaltung und nutzt digitale Zwillinge, um eine nahtlose Zusammenarbeit und Prozessoptimierung zu ermöglichen.
Datenanalyse und KI: Fortschrittliche Analysewerkzeuge und KI ermöglichen tiefere Einblicke in Produktionsdaten, erkennen frühzeitig Anomalien und helfen, Prozesse kontinuierlich zu optimieren.
Flexibilität und Individualisierung: Die Digitalisierung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung personalisierter Produkte (Losgröße 1) und die schnelle Anpassung an Marktanforderungen.
Cloud-Technologie und Cyber-Sicherheit: Cloud-basierte Lösungen fördern standortübergreifende Zusammenarbeit und erhöhen die Sicherheit von Daten und Systemen durch moderne Cybersicherheitsmaßnahmen.
Nachhaltigkeit: Digitale Werkzeuge und Technologien optimieren den Einsatz von Ressourcen, minimieren Abfälle und helfen Unternehmen, ihren ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.
Energiemanagement: Durch die Digitalisierung können Energieflüsse in Echtzeit überwacht und optimiert werden. Intelligentes Energiemanagement hilft dabei, Lastspitzen zu vermeiden und den Einsatz erneuerbarer Energien zu maximieren.
R-Strategien für die Kreislaufwirtschaft: Die Digitalisierung stellt die Informationen zur Verfügung, um R-Strategien wie Reuse, Recycle, Repair, Refurbish oder Remanufacture umzusetzen.

Die Umsetzung digitaler Lösungen löst die Ebenen der klassischen Automatisierungspyramide auf und bringt dadurch erst einmal auch Herausforderungen mit sich. Dazu gehören die hohen Investitionskosten, die Komplexität der Integration, der Mangel an IT-Fachkräften und Cybersicherheitsrisiken. Die Vielfalt der verfügbaren Technologien erschwert oft eine Standardisierung. Unternehmen müssen daher flexible Architekturen einsetzen, die den Anforderungen gerecht werden.

KI in der Fertigungsindustrie

Expertenumfrage: Wie KI die Produktion revolutioniert

Digitale Zwillinge der Maschinen und Anlagen erstellen

Mit dem Aufkommen des Industrial Internet of Things (IIoT) können nun Echtzeitdaten von vernetzten Geräten erfasst und analysiert werden. Das ermöglicht vorausschauende Wartung, optimierte Prozesse und mehr Effizienz. Mit ThingWorx, einer IIoT-Plattform von PTC, lässt sich die Digitalisierung effizient umsetzen. Mit Funktionen wie schneller Anwendungsentwicklung, Datenintegration, Echtzeitanalyse und Unterstützung digitaler Zwillinge bietet ThingWorx eine benutzerfreundliche und skalierbare Lösung, die Unternehmen auf dem Weg zur Digitalisierung unterstützt. Kepware nutzt die individuelle Produktionslösung auf Basis von ThingWorx für die Anlagenanbindung und integriert individuelle Assistenzsysteme oder andere spezifische Anwendungen wie MES oder ERP.

Um eine nahtlose Integration der Produktion zu gewährleisten, spielt Kepware eine zentrale Rolle. Der Kepware Server fungiert als Schnittstelle für die Anbindung von Maschinen und Anlagen und ermöglicht die Kommunikation mit unterschiedlichen Geräten und Protokollen, wie zum Beispiel OPC UA, Modbus oder Ethernet/IP. Darüber hinaus sammelt Kepware Echtzeitdaten von Maschinen, darunter Betriebszustände, Produktionszahlen, Wartungsinformationen und detaillierte Prozessdaten, und leitet diese effizient an die IIoT-Plattform ThingWorx weiter.
 Auf der IIoT-Plattform ThingWorx werden diese Daten mit fortschrittlichen Funktionen verarbeitet. Dazu gehört die Datenmodellierung, die es ermöglicht, digitale Zwillinge der angeschlossenen Maschinen und Anlagen zu erstellen. Diese digitalen Zwillinge ermöglichen eine präzise Zustands- und Leistungsüberwachung in Echtzeit. Die Analyse- und Visualisierungsfunktionen der Plattform bieten umfassende Dashboards und Werkzeuge, um Produktionsdaten zu visualisieren und Muster sowie Optimierungspotenziale zu erkennen. Darüber hinaus ermöglicht ThingWorx die schnelle und intuitive Entwicklung benutzerdefinierter Anwendungen, etwa für die Werkerassistenz oder die vorausschauende Wartung.

KI und IIoT für mehr Transparenz und Effizienz

Die Plattform unterstützt auch die für die Digitalisierung wichtige horizontale Integration. Durch Cloud- und Edge-Computing können Daten lokal verarbeitet und gleichzeitig zentral verwaltet werden. APIs und Konnektoren ermöglichen eine nahtlose Integration mit unternehmensweiten Systemen wie ERP oder MES und sorgen so für nahtlose Workflows und Datenaustausch.
 Ein weiterer entscheidender Faktor ist die Sicherheit und Überwachung der gesamten Architektur. Sicherheitsprotokolle wie Verschlüsselung und Zugriffskontrolle sorgen für ein hohes Maß an Cybersicherheit. Darüber hinaus bieten ThingWorx und Kepware spezielle Werkzeuge zur Überwachung der Systemleistung und zur schnellen Diagnose von Problemen. Diese Architektur stellt somit eine flexible, skalierbare und effiziente Lösung dar, die nicht nur die Maschinenleistung, sondern auch die menschliche Arbeit optimiert. Unternehmen profitieren von verbesserten Prozessen, höherer Effizienz und einer zukunftsorientierten Infrastruktur, die optimal auf die Anforderungen der Digitalisierung abgestimmt ist.

Die Digitalisierung der Produktion ist kein abgeschlossenes Projekt, sondern ein fortlaufender Prozess, der ständig neue Möglichkeiten eröffnet. Von verbesserter Integration und Automatisierung bis hin zum Einsatz von KI und nachhaltigen Ansätzen - die Transformation betrifft nicht nur die Produktion, sondern das gesamte Geschäftsumfeld. In Zukunft wird der Schwerpunkt verstärkt auf der Schaffung intelligenter Fabriken liegen, in denen alle Produktionsprozesse vernetzt und optimiert sind.

Dr. Andreas Gallasch ist CEO der Software Factory GmbH.