Fertigungsprozesse digitalisieren – So erfassen Unternehmen Daten aus verschiedensten Quellen

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Fertigungsprozesse digitalisieren – So erfassen Unternehmen Daten aus verschiedensten Quellen

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Um Fertigungsprozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette ­digitalisieren zu können, müssen Unternehmen Daten aus verschiedensten Quellen erfassen, konsolidieren und analysieren. Eine zentrale Digitalisierungsplattform für den Shopfloor wie COLMINA von Fujitsu bringt all diese Daten an einem Ort zusammen.
Fertigungsprozesse

Die Digitalisierung von Fertigungsprozessen entlang der gesamten Wertschöpfungskette steht für die meisten produzierenden Unternehmen aus gutem Grund ganz weit oben auf ihrer Agenda. Denn sich – nicht zuletzt aufgrund der Pandemie – rasant verändernde Anforderungen und die daraus resultierende erforderliche Flexibilität der Fertigung bedingen einen ganzheitlichen Ansatz. Es reicht nicht mehr aus, einzelne Planungs- und Fertigungsprozesse isoliert voneinander zu optimieren. Entscheidend ist die Vernetzung von Maschinen und Anlagen einerseits sowie von Produktions- und Planungssystemen andererseits. Möglich machen dies integrierte Plattformen, die eine zentrale Überwachung und Optimierung der Fertigung erlauben – etwa mittels Dashboards und künstlicher Intelligenz. Für eine möglichst einfache Implementierung sorgt dabei der modulare Bezug aus der Cloud.

Fertigungsprozesse: Zunehmende Datenmenge

Das größte Hemmnis auf dem Weg zur Smart Factory ist für viele produzierende Unternehmen nicht der Mangel an Daten, sondern deren Vielfalt. Denn die Zahl der Maschinen, die kontinuierlich Daten generieren, sowie der IT-Systeme, die Einzug auf dem Shopfloor halten, steigt rapide. Pro­prietäre Protokolle und isolierte Datensilos tun ihr Übriges, um das durchgängige Erfassen und Optimieren entlang der Supply Chain und der Produktion zu erschweren. Daher zählt es zu den größten Herausforderungen auf dem Weg zur Smart Factory, eine Brücke zwischen der Informationstechnologie (IT) und den Maschinen und Anlagen (Operational Technology, OT) in der Fertigung zu schlagen.

Zentrale Plattform als Lösung

Gefordert sind daher zentrale Plattformen, mit denen Fertigungsunternehmen ihre Digitalisierungsvorhaben innerhalb der Produktion effizient vorantreiben und die Daten aus der gesamten Wertschöpfungskette erfassen, konsolidieren und analysieren können. Dazu zählen neben Informationen, die Sensoren an Maschinen generieren – Stichwort Internet of Things (IoT) – auch Informationen aus Systemen für Product Lifecycle Management (PLM), Supply Chain Management (SCM), Enterprise Resource Planning (ERP), ­
aus Manufacturing-Execution-Systemen (MES) sowie aus der Lagerverwaltung, ­Logistik, Wartung und Personalplanung.

Eine zentrale Digitalisierungsplattform für den Shopfloor wie COLMINA von ­Fujitsu bringt all diese Daten an einem Ort zusammen. Schnittstellen (Appli­cation Programming Interfaces, APIs) für unterschiedliche Datenformate und Übertragungszeiten bilden eine offene Architektur im Edge Layer, welche die Anbindung der verschiedensten IT-Systeme, Sensoren, Maschinen oder Industrieroboter ermöglicht. Auch die Anbindung zahlreicher weiterer Anwendungen und Services, etwa von künstlicher Intelligenz für die Qualitätskontrolle mittels bildgebender Verfahren, ist auf diese Weise einfach möglich. Bei Bedarf bietet sich der Einsatz vorgeschalteter Gateways wie Fujitsu ­INTELLIEDGE an, um Daten bereits im Vorfeld zu filtern, zu aggregieren und zu puffern und so die Datenflut schon am Rand des Netzwerks deutlich zu verringern.

Fertigungsprozesse
Intelligentes Dashboard: COLMINA visualisiert sämtliche Produktionsdaten. Die Abbildung zeigt die Daten aller Aggregationsebenen – von Drill-Down bis Roll-Up. Bild: Fujitsu

Strukturierung der Daten für Fertigungsprozesse sorgt für Überblick

In der betrieblichen Praxis liegen die meisten Daten zunächst in einer unstrukturierten Form vor. Daher sorgen Digitalisierungsplattformen mittels eines sogenannten Data Mappings für die Überführung in ein standardisiertes Datenmodell. Damit wird die anschließende Nutzung zahlreicher Services möglich, beispielsweise für Visualisierungen oder Simulationen sowie für vorausschauende Problemerkennung und Wartung (Predictive Maintenance).

Ein sogenanntes Intelligent Dashboard zeigt, ob ein Fertigungssystem oder eine Prozesskette reibungslos funktionieren oder Warenknappheit, Personalmangel oder Maschinenstillstände den Eingriff durch Produktionsplaner oder Techniker erfordern. Idealerweise stehen dabei unterschiedliche Betrachtungsebenen auf alle Abläufe zur Verfügung, zum Beispiel auf eine Produktionslinie oder auf eine einzelne Maschine. Dadurch profitieren die verschiedensten Gruppen im Unternehmen – vom operativen Mitarbeiter im Shopfloor bis hin zum Management.

Solide Datenbasis anstatt nur Bauchgefühl

Spezifische Ende-zu-Ende-Lösungen („Szenarien“) bereitzustellen gehört zu den elementaren Aufgaben einer Digitalisierungsplattform wie COLMINA. Solche Szenarien sind beispielsweise die Reaktion auf unerwartete Einflüsse auf bestehende Fertigungsprozesse und Produktionsabläufe, die bestmögliche Terminierung von Spezifikationsänderungen sowie die Planung und Überwachung der verfügbaren Ressourcen. Hilfreich sind dabei standardmäßig berechnete KPIs. Darüber hinaus lassen sich auch eigene Kennzahlen integrieren. Damit muss die Entscheidungsfindung bei unvorhergesehenen Ereignissen nicht mehr auf dem Bauchgefühl des Produktionsleiters beruhen. Sondern er kann seine Entscheidungen durch die Simulation unterschiedlicher Handlungsoptionen fundiert treffen.

Fertigungsprozesse benötigen optimales Timing

Ein Beispiel für ein solches Szenario ist die Terminierung von Spezifikationsänderungen: Sie ermöglicht Fertigungsunternehmen, das optimale Timing aller von einer Artikelumstellung betroffenen Produkte unter Berücksichtigung vorhandener Lagerkapazitäten zu bestimmen. Dabei betrachtet man alle Fertigungsprozesse wie die Auftragsplanung, die Materialbeschaffung, die Lagerhaltung und die Montage. Dies ist eine hochkomplexe Aufgabe, die sich aufgrund der Vielzahl an zu berücksichtigenden Parametern nicht im Kopf lösen lässt – insbesondere dann, wenn mehrere Stücklisten betroffen sind.

Moderne Digitalisierungsplattformen zeigen in einem solchen Fall auf, welche Aufträge noch auf Basis der alten Spezifikationen abgewickelt werden und ab wann die neue Produktversion ausgeliefert wird. Dabei berücksichtigen sie den Materialbestand und stellen sicher, dass der Sicherheitsbestand mit möglichst geringem Risiko verbraucht wird. Die Ergebnisse einer solchen Simu­lation gewährleisten einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb, ohne dass man parallel Bestände vom Vorgänger- und Nachfolgeartikel im Lager vorhalten muss.

Auswahlkriterien für eine Digitalisierungsplattform

Aus Ressourcengründen können und wollen die wenigsten Unternehmen schlagartig alle Prozesse auf einen Streich digitalisieren. Die „digitale Revolution“ findet in der Praxis eher als Evolution in vielen kleinen Schritten statt. Daher ist ein modularer Aufbau einer zentralen Digitalisierungslösung empfehlenswert – etwa mittels Container innerhalb einer Kubernetes-Architektur. Dies stellt sicher, dass Entscheider individuell wählen können, welche Services sie in ihrem Unternehmen nutzen möchten. Bei diesem Ansatz bezahlt man nur diejenigen Funktionalitäten, die auch tatsächlich genutzt werden. Diese Skalierbarkeit ermöglicht es, sich zunächst im Rahmen kleinerer Projekte mit der Plattform vertraut zu machen und die Einsatzbereiche dann schrittweise auszubauen.

Zudem ist es wichtig, dass Unternehmen beim Betrieb der Plattform zwischen verschiedenen Modellen wählen können. Die Bandbreite reicht von der Implementierung im eigenen Rechenzentrum, dem Bezug als Service aus der Cloud oder im Rahmen einer hybriden Cloud. Denn nicht jede Firma ist bereit, vertrauliche Fertigungsdaten in einer Public Cloud zu speichern und zu verarbeiten. Andere Unternehmen wiederum wollen den Aufwand vermeiden, ­eigene Server zu betreiben und zu warten.

Ebenso wichtig ist es, bereits im Vorfeld die verschiedenen Stakeholder aus Produktion und IT zu involvieren und gemeinsam eine Digitalisierungsstrategie zu erarbeiten. Aufgrund des komplexen Themas und der Vielzahl unterschiedlicher Erwartungen ist hier ein Co-Creation-Ansatz hilfreich. Dabei entwickeln interne und externe Fachleute in enger Zusammenarbeit eine individuell maßgeschneiderte Digitalisierungslösung. Gerade bei einem hoch sensiblen Projekt wie dem Aufbau einer vernetzten Fertigung ist ein unverstellter Blick von außen in vielen Fällen hilfreich. Denn die Expertise und Hilfe einer neutralen ­Instanz kann dazu beitragen, existierende Hürden zu überwinden und den Weg zu einer Smart Factory zu ebnen.

Autor Jörn Nitschmann ist Head of Manufacturing & Automotive Central Europe bei Fujitsu.
Autor Christof Schleidt ist Head of Sales & Business Development, Connected Services Manufacturing & Automotive bei Fujitsu.

Lesen Sie auch: Industrie-4.0-Konzepte: Chance für alle statt Stolperfalle

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