Die Fertigungsindustrie stand schon immer an der Spitze des technischen Wandels. Denken Sie zum Beispiel an die Dampfmaschinen in der industriellen Revolution oder die von Henry Ford entwickelten Massenproduktionsverfahren. Gegen Ende des 20. Jahrhunderts setzten die Hersteller dann außerdem moderne Industrieroboter am Fließband ein. Und die nun entstehenden intelligenten Fabriken, sogenannte Smart Factories, sind ein weiterer großer Schritt in Richtung Industrie 4.0.
Laut dem kürzlich veröffentlichten Bericht „Smart Factories at Scale“ von Capgemini haben Unternehmen ein wachsendes Interesse und erfüllen zunehmend auch die Voraussetzungen für die Einführung von „Smart Manufacturing“-Konzepten. Fast 70 % der Unternehmen aus dem produzierenden Gewerbe streben Smart-Factory-Initiativen an. Werden sie die Ergebnisse erzielen, die sie sich wünschen? Und welche Herausforderungen werden wohl auf sie zukommen?
Wenn Maschinen in einer traditionellen Fabrik ausfallen, können die nötigen Reparaturen die Produktion stören, was sehr zeit- und kostenintensiv sein kann. Nun gibt es aber Maschinen, die Echtzeitdaten liefern und mit IoT-Sensoren ausgestattet sind. Diese messen z. B. Vibrationen, Temperatur oder Feuchtigkeit und erkennen Abweichungen sofort. Sind sie beispielsweise über sicheres 5G oder den aktuellsten WLAN-Standard vernetzt, können sie die für die Prozesse Verantwortlichen bei potenziellen Problemen frühzeitig warnen. Durch automatisierte, intelligente Analysen können die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Wartungs- und Reparaturarbeiten zu Zeiten einplanen, in denen die betrieblichen Abläufe nicht gestört werden.
Eine gemeinsame Studie von Deloitte und der Manufacturer’s Alliance for Productivity and Innovation (MAPI) aus dem Jahr 2019 beschreibt, wie ein global agierender Autoteilehersteller Inspektionsroboter, Kraftsensoren und andere Messgeräte einsetzt, um ungeplante Fabrikausfälle zu reduzieren und einen kontinuierlichen Betriebsablauf zu gewährleisten. „Das Pilotprogramm wurde dann auf eine ganze Produktionslinie in einer US-Fabrik ausgeweitet“, heißt es in dem Bericht. „Durch diese Methode konnte das Unternehmen Systemausfälle vorhersagen und verhindern, wodurch die Notwendigkeit kurzfristiger, ungeplanter Inspektions- bzw. Reparaturzeiten vollständig entfiel!“
Die Effizienz zu erhöhen, indem Probleme vorhergesehen und schnell behoben werden, anstatt erst zu reagieren, nachdem sie aufgetreten sind, beschreibt genau den Kern dessen, was ‚intelligente Produktion‘ ausmacht.
Die schiere Anzahl der vernetzten Geräte in einer Smart Factory kann für die Hersteller ein ernsthaftes Sicherheitsrisiko darstellen. Der Capgemini-Bericht hat beispielsweise ergeben, dass weniger als 50 % der Unternehmen angemessene Datenverfügbarkeits- und Cybersicherheitsmaßnahmen ergriffen hatten, obwohl sich fast ein Viertel der Hersteller im vorherigen Jahr einem Cyberangriff ausgesetzt sah.
Maßnahmen wie abgesicherte Eingabe- und Ausgabepunkte für Daten, Angriffserkennungssysteme und die Einhaltung der Security-by-Design-Prinzipien können alle dabei helfen, Datendiebstahl und andere Sicherheitspannen zu verhindern. Laut Duncan McFarlane, Professor für Industrial Information Engineering am Institut für Ingenieurwissenschaften und Vorsitzender des Distributed Information and Automation Laboratory am Institut für Fertigungstechnik der Universität Cambridge, gibt es keine einfachen Antworten auf die Frage, wie man mit den vielfältigen Sicherheitsherausforderungen umgehen sollte. Es kommt u. a. darauf an, ob die Netzwerklösungen nur intern und via Festnetzanschluss oder kabellos realisiert sind bzw. ob sie unter Nutzung externer Netzwerkinfrastrukturen und auch mit Zugang zu Netzwerken außerhalb der Fabrik betrieben werden. Er erklärt: „Es gibt einige gute handelsübliche Lösungen, die Produktionsprozesse mehr oder weniger vom Geschäftsnetzwerk isolieren, und diese verleihen den Automatisierungssystemen ein beachtliches Maß an Sicherheit.“
In diesem Bereich kann auch die Sicherheitsexpertise von Unternehmen wie Giesecke+Devrient die neuen Fabrik-4.0-Initiativen essenziell unterstützen. Sharath Muddaiah, Director, Strategic Solutions & Business Development, Trusted Connected Devices, G+D, sagt, dass G+D einfache, skalierbare Lösungen entwickelt hat, die Daten schützen, deren Authentizität und Integrität sicherstellen und einen sogenannten digitalen Zwilling für die Fabrik 4.0 erstellen. Auch bei der scheinbar simplen Aufgabe der Identifikation von Komponenten, die miteinander vernetzt werden sollen, bietet G+D zuverlässige Lösungen. Diese ermöglichen neue Geschäfts- und Datenmodelle in einer intelligenten Fabrik. Wenn es mehrere Maschinen gibt, die ohne menschliches Zutun Daten generieren, ist es enorm wichtig, dass die so erzeugten Daten vertrauenswürdig sind – denn sie sind dann häufig die einzige Quelle für die Geschäftssteuerung in Bereichen wie Automatisierung, Logistik oder auch Rechnungsstellung.
“G+D hat einfache, skalierbare Lösungen entwickelt, die Daten schützen, deren Authentizität und Integrität absichern und einen sogenannten digitalen Zwilling für die Fabrik 4.0 erstellen“
Die voranschreitende Verbreitung von 5G-Netzwerken, die eine größere Bandbreite und eine geringere Latenzzeit bieten, sollte es den Herstellern erleichtern, zuverlässige Echtzeitanwendungen zu implementieren, die große, von den Fabriksensoren generierte Datenmengen verarbeiten.
Einige prominente deutsche Hersteller haben zum Beispiel vor, ihre eigenen 5G-Campus-Netzwerke einzurichten. Der deutsche Chemiekonzern BASF will 5G nutzen, um seine Hauptproduktionsstätte in Ludwigshafen weiter zu digitalisieren. Der Standort ist bereits mit ca. 600.000 vernetzten Sensoren und anderen Kontrollgeräten ausgestattet. Es wird erwartet, dass diese Anzahl an Netzwerkelementen in der Zukunft noch um das Zehnfache ansteigen wird.
Durch den Vergleich von physischen und digitalen Elementen können die Hersteller leicht erkennen, wo es noch ungenutzte Kapazitäten gibt, und die Ressourcen effizienter nutzen. Dies kann einerseits die „Time-to-Market“ verkürzen und es andererseits erleichtern, neue Produktlinien einzuführen und Make-to-Order- oder Mass-Customization-Prozesse über die gesamte Lieferkette hinweg zu implementieren, sodass sich auch dadurch der Marktanteil potenziell erhöhen könnte. Wo sollten die Hersteller also anfangen?
„Normalerweise braucht man eine digitale Infrastruktur, um anzufangen“, sagt McFarlane. „Doch wir und andere arbeiten an einfachen, kostengünstigen digitalen Einstiegslösungen, die anfänglich genutzt werden können, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen, und das ohne oder mit nur wenig bereits vorinstallierter Infrastruktur.“
“Normalerweise braucht man eine digitale Infrastruktur, um anzufangen, doch wir und andere arbeiten an einfachen, kostengünstigen digitalen Einstiegslösungen“
Den Unternehmen ist bewusst, dass sie mit der Skalierung ihrer Smart-Factory-Initiativen eine riesige Aufgabe vor sich haben. Tatsächlich tun sich laut dem Bericht von Capgemini viele schon jetzt schwer, ihre Ziele zu erreichen. Fast 60 % sagen, dass sie entweder Probleme bei der Umsetzung ihrer Initiativen haben oder dass es für eine endgültige Einschätzung noch zu früh ist.
Angesichts dessen sollten Hersteller nicht davon ausgehen, dass der Übergang zur intelligenten Fabrik über Nacht geschehen wird. Es handelt sich um einen komplizierten Prozess mit zahlreichen Herausforderungen, der über viele Monate und Jahre hinweg eine intensive, gut abgestimmte Vorgehensweise erfordert. Potenzielle Einsatzbereiche für Sensoren und vernetzte Technologien müssen nach und nach ermittelt werden. Der Systemeinsatz sollte getestet und nach zufriedenstellender Testphase freigegeben werden.
„Die intelligente Fabrik vollständig umzusetzen, ist eine große Hürde, und für Hersteller, die sich mit der Umwandlung ihrer bestehenden Produktionsanlagen in Smart Factories abmühen, kann sie oft unüberwindbar scheinen“, stellt die Deloitte/MAPI-Studie fest und fügt schließlich hinzu: „Doch es lohnt sich, diese Herausforderung anzunehmen.“
Veröffentlicht: 14.07.2020
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