Intelligente Fertigung Intelligente Fertigung: Eine neue Ära mit mehr industrieller Effizienz

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Die Einführung des Fließbandes durch Henry Ford war eine so grundlegende Revolution für die industrielle Effizienz, dass ein automatisierter sequenzieller Prozess bis heute noch die Grundlage vieler Fertigungsarchitekturen ist. Dieses Modell könnte sich nun durch die intelligente Fertigung verändern.

Die Automatisierung durch Roboter und die Möglichkeit, eine Fülle von Daten zu nutzen, haben den Fertigungsprozess schneller und präziser gestaltet. Da die Fertigung effizienter geworden ist, hat auch die Bandbreite und Vielfalt der Produkte, die Fabriken herstellen können, zugenommen. Seit Fords berühmten Zitat, sein Auto in jeder Farbe lackiert zu bekommen, solange die Farbe schwarz ist, hat sich die Auswahl für den Kunden stark verändert. Mit dem Aufkommen des industriellen Internets der Dinge können Hersteller ihre Altsysteme mit Software ergänzen, die es Fertigungskomponenten ermöglicht, unabhängig voneinander zu arbeiten. 

Diese Fähigkeit verspricht eine Ära flexibler, dezentraler Fertigungsarchitekturen, die Effizienzgewinne nutzen können, von denen Ford nicht einmal zu träumen wagte. Bevor dieser architektonische Wandel stattfinden kann, müssen sich die Hersteller jedoch auf Konnektivitäts-Lösungen einstellen, die modulare Komponenten interoperabel machen und damit einen flexibleren, dezentralisierten Prozess ermöglichen.

Herausforderungen bei der Dezentralisierung

Die Einführung einer neuen Fertigungsarchitektur ist kompliziert. Fabriken, die nicht in Betrieb sind, sind nicht rentabel. Daher müssen Paradigmenwechsel schnell und effizient durchführbar sein. Videoanalyse, Machine Learning und künstliche Intelligenz ermöglichen das (Um-)Programmieren der bestehenden Maschinen, sodass sie verschiedenste Aufträge bei unterschiedlichen Bedingungen bearbeiten können. Die Automatisierung der Übergänge zwischen diesen Aufgaben erfordert Sensoren, die die Umgebung und Bedingungen in der Fabrik beziehungsweise in der Lieferkette messen.

Die Virtualisierung ermöglicht es, neue Fertigungskonfigurationen zu niedrigen Kosten zu testen und zu verfeinern. Durch das gründliche Testen dieser Systeme vor ihrer Implementierung können Hersteller Ausfallzeiten reduzieren und sicherstellen, dass die neuen Prozesse zuverlässig sind. So wird auch die Voraussetzung für dezentralisierte Architekturen geschaffen, die die Steuerung von einem zentralen Schaltschrank zu den Komponenten selbst verlagern. Mit anderen Worten: Um die Komponenten einer Fabrik flexibler zu machen, müssen sie intelligenter werden. Unabhängig davon, wie intelligent Geräte werden, müssen sie jedoch miteinander kommunizieren können, um als System effizient zu funktionieren.

Intelligente Fertigung: Auf Modularität der Komponenten setzen

Die Entwicklung von Fertigungssystemen mit austauschbaren und unabhängigen Modulkomponenten, die leicht montiert, zerlegt und aufgerüstet werden können, unterstützt die schnelle Anpassung der Produktionslinien und die nahtlose Integration neuer Technologien. Um diese Interoperabilität zu ermöglichen, ist eine standardisierte Methode für die Bereitstellung von Daten und Strom erforderlich, wo und wann immer diese in der Fabrik benötigt werden.

Single Pair Ethernet (SPE) hat sich als starker Anwärter für das standardisierte Kommunikationsprotokoll erwiesen, das zur Unterstützung der Interoperabilität modularer Fertigungssysteme erforderlich ist. Da SPE sowohl Strom als auch Daten über ein einziges verdrilltes Kabelpaar überträgt, kann es dazu beitragen, Fragen der Konnektivität zu klären und die Komplexität herkömmlicher Verkabelungsarchitekturen zu reduzieren. Dieser Ansatz könnte die Installation erleichtern und eine sauberere, besser organisierte Industrieumgebung fördern. Beides sind Voraussetzungen für flexible Architekturen, die eine Umgestaltung der Fabrik oder eine neue Anordnung der Geräte erfordern könnten.

Ein wichtiger Bestandteil dieses Prozesses wird auch die Einbindung von mehr Intelligenz in Steckverbindern sein. Da sich die Verbindungen dynamisch ändern müssen, um unterschiedliche Arbeitsabläufe zu unterstützen, müssen sie in der Lage sein, ihren Verbindungsstatus zu identifizieren und diese Informationen an andere Module weiterzugeben, damit klar ist, welche Komponenten für eine Wiederverwendung verfügbar sind.

Der Abschied vom Fließband

Letztendlich wird die Modularität es ermöglichen, Prozesse je nach Bedarf ohne physische Umgestaltung der Fabrik neu zu konfigurieren. Stattdessen bewegen fahrerlose Transportfahrzeuge Produkte dorthin, wo sie benötigt werden, und durchlaufen die Fertigungszellen in einer möglichst effizienten Reihenfolge. Dieses Maß an Flexibilität bietet eine größere Vielfalt von Endprodukten mit einer bestimmten Ausrüstung. Mit den sich ändernden Kundenanforderungen und der zunehmenden Individualisierung der Produkte können sich dezentrale Fertigungssysteme schnell an die veränderte Nachfrage anpassen.

Systeme, die mehrere parallele Fertigungsabläufe unterstützen oder über Mikrostationen verfügen, die verschiedene Aufgaben ausführen, bieten die Möglichkeit, das Produktionsvolumen und die Variation nach Bedarf zu optimieren. Wenn beispielsweise die Nachfrage nach einer bestimmten Produktvariante ansteigt, könnte die Fabrik umkonfiguriert werden, um ein hohes Volumen dieser einzelnen Variante zu produzieren. Und später wieder zur Produktion geringerer Mengen mehrerer Varianten überzugehen, wenn die Nachfrage sinkt. Diese Flexibilität ist nicht nur hilfreich für eine effiziente Produktion. Sie könnte Fabriken auch nachhaltiger machen, indem sie es ihnen ermöglicht, vorhandene Maschinen für ein breiteres Spektrum an Aufgaben zu nutzen – oder sie für den Arbeitsablauf eines komplett neuen Produktes anzupassen.

Integration von drahtloser Technologie

Bevor Hersteller diesen nächsten Schritt in der Entwicklung der Architekturen gehen können, müssen sie jedoch in der Lage sein, Daten und Strom flexibel in einem dezentralen System zu übertragen. Dieser Automatisierungsgrad könnte die Integration von drahtloser Technologie wie 5G erfordern, um bestehende Netzwerke dezentraler Fertigungsstationen so zu erweitern, dass Fahrzeugflotten mit ihnen interagieren können. Möglicherweise sind auch spezielle Stromversorgungssysteme erforderlich, um den effizienten Betrieb zu maximieren und die Ausfallzeiten der Fahrzeuge selbst zu minimieren. Darüber hinaus werden Sensoren benötigt, um den Kontext zu erkennen und zu übermitteln, der erforderlich ist, um die Entscheidungsfindung der Fahrzeuge mit den anderen Geräten in der Fabrik zu integrieren.

Intelligente Fertigung: Der Übergang zu völlig neuen Architekturen

Ein Großteil der Technologie, die für die Verwirklichung dieser flexibleren Zukunft erforderlich ist, existiert bereits in irgendeiner Form in einer Vielzahl von Branchen. Die Elektrofahrzeugtechnologie in der Automobilindustrie und die Flottentechnologie im gewerblichen Transportsektor bieten wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung und Verwaltung von Flotten fahrerloser Transportfahrzeuge in der Fabrik. Aus den Fortschritten im Energiesektor lassen sich Lehren für die Energieübertragung und die elektrische Infrastruktur ziehen, die die Elemente dezentraler Fertigungsarchitekturen antreiben werden. 

Dies gilt selbst dann, wenn die Hersteller zunehmend auf erneuerbare Energiequellen zurückgreifen, die konventionelle Leistungssteckverbinder überflüssig machen. Sensoren in der Transportbranche und anderswo liefern die Informationen, die Geräte benötigen, um Aufgaben zu automatisieren und Entscheidungen zu treffen. Datenintelligenz trägt hingegen dazu bei, dass die vorausschauende Wartung nach einem optimalen Zeitplan erfolgt, um Ausfallzeiten zu minimieren.

Nicht alle Hersteller werden zur gleichen Zeit bereit sein, den Sprung in eine dezentrale Fabrik zu wagen, denn verschiedene Anwendungen haben unterschiedliche Bedürfnisse und Anforderungen. Die Einbindung intelligenter Steckverbinder und die effiziente Erfüllung der sich entwickelnden Anforderungen an Stromversorgungssysteme bereiten die Unternehmen darauf vor, zum richtigen Zeitpunkt die richtige Lösung einzusetzen.

Der Autor Dr. Anil Kumar Ramsesh ist Engineering Fellow,  Autor Ivan Ruiz Stubelj ist Strategic Business Development Manager, bei der Industrial Unit der TE Connectivity.