IO-Link-Sensoren: Von der Mittelstandsfabrik zur Smart Factory

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Digitalisierte Prozesse machen den Arbeitsablauf schlanker, schneller und transparenter. Gerade der Mittelstand profitiert von den Kosten- und Flexibilitätsvorteilen einer intelligenten Fertigung, etwa durch Künstliche Intelligenz (KI), Industrial Internet of Things (IIoT) und Big Data.

Maschinen, die selbstständig dem Werker melden, wenn sie Materialnachschub benötigen. Der Vorschub einer Werkzeugmaschine, der sich automatisch an das zu verarbeitende Werkstück anpasst. Moderne Maschinen reagieren heute teilweise selbstständig auf Gegebenheiten, ohne menschliches Eingreifen. Diese Art der intelligenten Fertigung wird möglich durch eine komplett vernetzte Fabrik (Smart Factory), in der Sensoren, wie zum Beispiel IO-Link-Sensoren, Daten erfassen und in Echtzeit bereitstellen.

Qualität während der Fertigung überwachen

„Vernetzte Maschinen ermöglichen es, dass die Qualität während des gesamten Fertigungsprozesses überwacht wird. Natürlich ist die zentrale Voraussetzung für eine intelligente Fertigung, dass das Material zur benötigten Zeit in ausreichender Menge und am richtigen Ort zur Verfügung steht. Diese Planung macht die Produktion nachhaltig, optimiert und bedarfsgesteuert“, so Franz Stieber, Senior Sales Engineer, Systems & IIoT beim Siegener Softwarehersteller GIB. Gemeinsam mit der Konzernmutter IFM Electronic in Essen arbeitet die GIB an durch­gängigen Software­lösungen, die die Physik der Produktionsebene in die digitalisierte Geschäftsprozess-Ebene integriert.

IO-Link-Sensoren: Vertikale Digitalisierung verbindet Produktion und ERP

Gerade diese Verbindung zwischen IT und OT (Operations Technology) fehlt vielen Unternehmen, um eine Smart Factory wirklich umzusetzen. Ist heute die vertikale Digitalisierung, also die Anbindung der Produktionsebene in die ERP-Systeme, ausdrücklich erwünscht, so sah das in der dritten industriellen Revolution in den 1970er Jahren noch ganz anders aus. „Aus Angst vor Viren und Trojanern, die sich einschleichen und die Produktion lahmlegen könnten, gab es eine strikte Trennung zwischen den Betriebsleitsystemen der Operations Technology und der Informationstechnologie“, erklärt Stieber. Diese gilt es nun aufzuheben, natürlich sollen dabei aber die berechtigten Bedenken um die Datensicherheit nicht vernachlässigt werden. Dafür sorgen neue Sicherheitsstandards.

Die Vision von der Intelligenten Fertigung wurde in den vergangenen Jahren besonders durch die Industrie-4.0-Schlüsseltechnologie Industrial Internet of Things (IIoT) angetrieben. Die Sensoren an Maschinen, Instrumenten und Produktionsanlagen schaffen die nötige Datenbasis für Automation und selbstlernende Maschinen. Die durchgängige Datenverarbeitung vom Sensor bis ins ERP-System lässt die physikalische und die digitale Welt miteinander verschmelzen. Stieber: „Ein wesentlicher Vorteil der Sensoren und der von ihnen ermittelten Daten ist, dass Informationen bereichsübergreifend und ohne Verzögerung zur Verfügung stehen und die Sensoren unter anderem KI-basierte Systeme mit den notwendigen Daten füttern. Für die Verarbeitung dieser Informationen spielen Big-Data-Technologien und -Anwendungen eine wesentliche Rolle.“

Aufrüsten vorhandener Maschinen mit IO-Link-Sensoren minimiert Investitionskosten

Mit der Idee einer intelligenten Fertigung sind zahlreiche Vorteile verbunden, etwa die Verbesserung der betrieblichen Effizienz, schnellere Prozessumsetzung, Kostensenkungen in der Produktion und die Realisierung neuer Geschäftsmodelle. Gerade mittelständische Unternehmen können davon profitieren, schrecken aber oft noch vor den Anschaffungskosten für eine vollständige Ausrüstung mit Sensorik und moderner Software zurück. Dabei ist es nicht selten schon ausreichend und deutlich günstiger, ältere vorhandene Anlagen aufzurüsten. Auch bestehende Sensoren können meist in ein ganzheitliches Lösungskonzept eingebunden werden. Am einfachsten ist das bei IO-Link-Sensoren: Zur IO-Link Community gehören mehr als 215 Hersteller weltweit, die sich auf ein einheitliches Format geeinigt haben. Viele Informationen stehen direkt digital zur Verfügung und können in IT-Systemen so verarbeitet werden.

„Generell ist die Amortisationszeit der Projekte überschaubar. Natürlich muss investiert werden, um eine intelligente Fertigung zu erreichen. Aber danach werden Kosten eingespart und viele andere Vorteile wie Flexibilität und Zuverlässigkeit werden gewonnen“, weiß Stieber. Für ihn steht der Nutzen, gerade für den Mittelstand, deutlich im Vordergrund. Durch die Digitalisierung entfällt zum Beispiel der enorme Abstimmungsaufwand aller Beteiligten für eine bedarfsgerechte Fertigungssteuerung. Auch technische und prozessuale Innovationen, bis hin zu völlig neuen Geschäftsideen, sind um ein Vielfaches einfacher umsetzbar.

Smart Factory reorganisiert sich selbst

Wenn Unternehmen bereits eine vollautomatisierte Fertigung etabliert haben, sehen sie den Schritt zur intelligenten Fertigung häufig als unnötig an. Dabei ist der wesentliche Unterschied, wie die Smart Factory mit Störungen umgeht. In der vollautomatisierten Fertigung sind bei einem unvorhergesehenen Ereignis eine manuelle Steuerung und Plananpassung notwendig. Die Smart Factory hingegen reorganisiert sich ohne menschliches Zutun und passt sich automatisch an unvorhergesehene Ereignisse an. Möglich wird das durch eine Shop Floor Integration, mit der Sensormeldungen über den Zustand von Anlagen, Materialverbräuche oder nötige Wartungsarbeiten kontextbezogen weiterverarbeitet werden, sodass im ERP, zum Beispiel SAP, Folgeprozesse angestoßen werden. Dazu gehören zum Beispiel das Beschaffen von Ersatzteilen, eine neue Produktionsplanung oder das automatische Anlegen von Instandhaltungsmeldungen. Stieber: „Durch diese abnutzungsorientierte Instandhaltung können wir den Lebenszyklus von Maschinen signifikant verlängern.“

Fazit: Eine intelligente Fertigung im Rahmen des IIoT hat positiven Einfluss auf das Wachstum, die Wettbewerbsfähigkeit und die Zukunftsfähigkeit des Unternehmens. Durch die schnell entstehenden Kostenvorteile ist die Investition in die dafür notwendigen Technologien mittlerweile auch für mittelständische Unternehmen rentabel. Auch das Aufrüsten vorhandener Anlagen oder das Einbinden bestehender Sensoren macht die Anschaffungskosten überschaubar.kis

Die Autorin Claudia Ballhause ist IT-Journalistin für Wordfinder.

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