Industrie 4.0

Ein Leitfaden zur digitalen Transformation in der Fertigung

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Industrie 4.0 - die Automatisierung der Fertigung mithilfe intelligenter Technologien wie künstliche Intelligenz (KI) und dem Industrial Internet of Things (IIoT) - verbindet Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT), um vernetzte, intelligente und adaptive Fabriken zu ermöglichen. Diese Transformation umfasst:

  • Digitalisierung von ehemals analogen Prozessen,
  • Automatisierung, d.h. die Umwandlung von menschlichen Tätigkeiten und Kenntnissen in vom System ausgeführte Aktionen und Entscheidungen,
  • und kontinuierliche Optimierung.

Industrie 4.0

Die digitale Transformation in der Fertigung ist ein mehrjähriger, iterativer Prozess - kein Produkt. Das Ziel ist ein Produktionssystem, welches instrumentiert, integriert, koordiniert, kontinuierlich optimiert ist und welches Probleme vorhersagen, sich dynamisch anpassen und Verbesserungen standortübergreifend skalieren kann.

Das Kontinuum der Automatisierung durchschreiten

Hersteller durchlaufen im Allgemeinen fünf Phasen der Automatisierung, während sie ihre digitale Transformation vorantreiben. Der Weg durch diese Phasen verläuft nicht streng linear. Fabriken können neue Funktionen zunächst in einer einzelnen Anlagenfamilie oder Produktionslinie testen, um deren Nutzen zu demonstrieren, bevor sie später unternehmensweit eingeführt werden. Jede Phase baut auf der vorherigen auf und führt von manuellen, reaktiven Verfahren zu adaptiven, modellgesteuerten Abläufen.

Manual

 In der manuellen Phase stützt sich die Produktion stark auf Papierdokumente, Tabellenkalkulationen und implizites Wissen. Die Rückverfolgbarkeit ist begrenzt, Krisenmanagement ist die Norm, und wichtige Leistungsindikatoren (KPIs) werden in der Regel rückblickend gemessen, oft auf wöchentlicher oder monatlicher Basis. Hersteller in dieser Phase agieren eher reaktiv als proaktiv.

Digitalisiert

Mit dem Eintritt der Fabriken in die digitale Ära ersetzen elektronische Aufzeichnungen und einfache Dashboards einige manuelle Prozesse. Der Einsatz von MES beginnt sich in begrenztem Umfang durchzusetzen, doch zwischen ERP, MES und Anlagen bestehen weiterhin Silos. Verbesserungen sind oft lokal begrenzt, was zu Effizienzsteigerungen in einzelnen Bereichen, aber auch zu erheblichen Unterschieden innerhalb des Unternehmens führt.

Integriert

In der integrierten Phase werden Systeme und Anlagen über ein digitales Backbone-Netzwerk verbunden, das auf einer nachrichtenorientierten Middleware und einer ereignisgesteuerten Architektur basiert. Stabile Identifikatoren und kontextbezogene Daten schaffen eine einzige zuverlässige Informationsquelle, die schnellere Untersuchungen und eine verbesserte Koordination im gesamten Werk ermöglicht. Dies markiert den Übergang von fragmentierten Prozessen zu einem zusammenhängenden Betrieb.

Automatisiert

In der automatisierten Phase wird die regelbasierte Orchestrierung zum Standard für Aufgaben wie Disposition, Rezeptauswahl und Sperren. Automatisierte Halte- und Freigabevorgänge, Ausnahme-Workflows und Compliance-Funktionen wie elektronische Aufzeichnungen und elektronische Signaturen (ERES) werden implementiert. Das Streaming von Daten aus SPC-Systemen und die Synchronisation mit automatisierten Materialflusssystemen (AMHS) reduzieren manuelle Eingriffe weiter und sorgen für mehr Konsistenz und Effizienz.

Vorausschauend / Adaptiv

Die vorausschauende/adaptive Stufe stellt den höchsten Reifegrad dar. Hier steuern Modelle die Wartung, Planung und Prozessoptimierung, während der Mensch weiterhin für die Steuerung zuständig ist. Durch geschlossene Regelkreise können Prozessparameter auf Basis von Sensor-Feedback, Modellen oder Algorithmen in Echtzeit angepasst werden. Kontinuierliche Verbesserungen werden sowohl auf Modell- als auch auf Prozessebene integriert, was eine wirklich adaptive Fertigung ermöglicht.

MES mit
manuellen Interaktionen

Grundausstattung
Integration

Anlagen-
Automatisierung

Integration von
kompletten Linien

Hochautomatisierte Fertigung

„Lights Out“-Fabrik

Die Umstellung von analog auf digital ist ein bedeutendes Unterfangen. Eine sorgfältige Planung zahlt sich jedoch schon früh im Prozess aus, da Qualität und Umfang der Optimierung mit jedem Schritt in Richtung eines höheren Automatisierungsgrades zunehmend steigen.

Aufgrund der Komplexität und der mit digitalen Transformationsprojekten verbundenen Risiken ist es von entscheidender Bedeutung, strenge Projektmanagementprinzipien (traditionell oder agil) richtig einzuschätzen, zu definieren und zu befolgen und gleichzeitig einen Projektmanager mit umfassender und fundierter Branchenexpertise zu beauftragen.

Automatisierung: Eine menschenzentrierte Anstrengung

Da menschliche Tätigkeiten und Kenntnisse in vom System ausgeführte Aktionen und Entscheidungen umgewandelt werden, ist die digitale Transformation zwangsläufig ein auf den Menschen zentriertes Vorhaben. Bei allen Maßnahmen zur digitalen Transformation ist es wichtig, die Auswirkungen auf die beteiligten Personen zu berücksichtigen. Denken Sie daran, Fragen zu stellen wie:

Digitale Transformation Fragen

Wie kann die digitale Transformation die Sicherheit und Ergonomie der Anwender verbessern?

Digitale Transformation Fragen

Wie kann die Automatisierung die Menschen in den Fabriken davon befreien, sich unnötige Details und Abläufe merken zu müssen?

Digitale Transformation Fragen

Wie kann die digitale Transformation dazu beitragen, die Produktivität zu verbessern, trotz der Verwaltung und Ausführung mühsamer oder zeitaufwändiger Aufgaben?

Digitale Transformation Fragen

Welche beruflichen Entwicklungsmöglichkeiten bestehen für die betroffenen Arbeitnehmer als Folge der Automatisierungsmaßnahmen?


Beziehen Sie die Mitarbeiter frühzeitig mit ein, um von ihnen Input zu erhalten, mögliche Bedenken zu verstehen und aufzuzeigen wie die Automatisierungsvorhaben ihnen nützen werden. Sammeln Sie ihre Anforderungen und ihr Feedback und beziehen Sie ihre Vorschläge in die Planung des gesamten digitalen Transformationsprozesses mit ein. Ermitteln Sie außerdem Möglichkeiten für die Schaffung neuer Rollen innerhalb des Unternehmens, die es den Mitarbeitern ermöglichen, ihre Fähigkeiten und Erfahrungen auf neue Weise einzusetzen. Wenn Sie den Menschen in den Mittelpunkt stellen, wird jede Veränderung, die die digitale Transformation mit sich bringt, den Beteiligten helfen zu erkennen, dass diese eine Veränderung zum Besseren sein wird.

Ein Leitfaden zur digitalen Transformation

Dieser Leitfaden basiert auf der über 30-jährigen Erfahrung von SYSTEMA in der Fertigungsautomatisierung. Der Ansatz, mit dem der Weg zur Hochautomatisierung im Folgenden dargestellt wird, basiert sowohl auf dieser Erfahrung als auch auf allen Abhängigkeiten, die zwischen Automatisierungsaktivitäten bestehen (z.B. ist digital Backbone, also ein digitales Grundgerüst, eine Voraussetzung für die Integration von Anlagen und die Automatisierung). Es kann auch hilfreich sein, die Abschnitte dieses Leitfadens konzeptionell in Bezug auf organisatorische Maßnahmen, Kernprozesse und -funktionen sowie Systemkomponenten zu klassifizieren.

Organisatorischer Aufwand

Organisatorische Maßnahmen werden größtenteils im Abschnitt Projektmanagement behandelt. Zu den organisatorischen Maßnahmen gehören die Identifizierung von Geschäftszielen, die Abstimmung mit den Interessengruppen, agile Methoden, die Projektplanung, die Organisation von Projektteams, die Entwicklung von Änderungsmanagementstrategien und die Projektdurchführung.

Kernprozesse & -funktionalität

Die Bestimmung der Kernprozesse und -funktionalität, die zur Unterstützung Ihrer Strategie für die digitale Transformation erforderlich sind, gibt Aufschluss darüber, welche Systemkomponenten benötigt werden und bietet auch einige Erkenntnisse darüber, wie Sie auf dem Weg der Automatisierung vorankommen können. Zu den Kernprozessen und -funktionen können WIP-Management und -Kontrolle, Datenerfassung, Reporting und Analytik gehören sowie Advanced Manufacturing Intelligence und High Automation.

Systemkomponenten

Die Identifizierung der Systemkomponenten, die mit der Strategie der digitalen Transformation koordiniert werden und für diese erforderlich sind, spielt eine Schlüsselrolle bei der Festlegung einer Implementierungs- und Einführungsstrategie. Zu den Systemkomponenten gehören MES, Digital Backbone, Equipment Integration and Automation, Industrial Internet of Things (IIoT), Rezeptmanagement und automatisierte Materialhandhabungssysteme.

Digitale Transformation: Die wichtigsten Vorteile

  • Verbesserte Produktivität
  • Flexibilität für den Mitarbeitereinsatz
  • Geringere Einarbeitungszeit der Bediener
  • Reduzierung der Kosten für die Schulung der Bediener
  • Verbesserte Qualität
  • Durchgängige Transparenz in der Fertigung
  • Papierlose Fertigung
  • Agilität in der Fertigung
  • Steigerung der Effizienz
  • Transparenz
  • Geringere Kosten

Der digitale Transformationsprozess bringt sowohl kurz- als auch langfristige Vorteile mit sich. Natürlich ist die digitale Transformation mit Kosten verbunden und jeder Betrieb ist anders. Aus diesem Grund sollte eine entsprechende Analyse durchgeführt werden, um festzustellen was für Ihre individuelle Situation sinnvoll ist.

SYSTEMA hat Erfahrung mit der Realisierung des digitalen Transformationsprozesses in mehreren erstklassigen Fabriken.

Ein Fortune-100-Technologiehersteller, mit dem SYSTEMA bei seiner digitalen Transformation zusammengearbeitet hat, berichtet von folgenden Vorteilen:

Vorteile

Produktivität

Eine 50-prozentige Steigerung der betrieblichen Produktivität, gemessen an den WIP-Bewegungen pro Mitarbeiter und Tag.

Personalbedarf

Flexiblerer Personalbedarf in der Produktion.

Ausbildung

Reduzierte Kosten und Zeit für die Bedienerschulung.

Sparen

Die interne Kosten-Nutzen-Analyse des Unternehmens zeigt, dass das Programm dem Unternehmen jährlich 30 Millionen US-Dollar einspart.

Kurzum: sie berichteten von höherer Produktivität, mehr Flexibilität, weniger Schulungen und großen Einsparungen. Ihre Prioritäten können natürlich woanders liegen. Behalten Sie diese dennoch im Hinterkopf, wenn Sie darüber nachdenken, dass entlang des Automatisinerungskontinuums jeder Schritt der digitalen Transformation den Menschen und Prozessen in Ihrem Unternehmen zugute kommt.