Vernetzte Fertigung: Verwischung der Grenzen mit IIOT

Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem selbst die kompliziertesten und anspruchsvollsten Vorgänge intelligente, leistungsstarke, ressourceneffiziente und vollständig vorausschauende Prozesse nutzen - die Zukunft der Fertigung. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) spielt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle, da es Geräte und Maschinen miteinander vernetzt und sie in die Lage versetzt, "intelligent" zu werden und riesige Datenmengen zu erfassen, zu analysieren und zu nutzen. Wenn dieses Konzept auf die Fertigungshardware angewendet wird, kann es den Betreibern von Fabriken eine umfassende Sichtbarkeit und Kontrolle über jedes Werkzeug und jede Ausrüstung im gesamten Betrieb ermöglichen. Nehmen wir den Fall von Schweißwerkzeugen und -vorgängen, die handarbeitsintensiv sind und erfahrene Mitarbeiter erfordern. Angesichts des akuten Fachkräftemangels in diesem Bereich ist dies das perfekte Szenario für IoT-fähige Elektrowerkzeughersteller. Die USA sind ein besonders lukrativer Markt, da dort bis 2024 ein Mangel an 400.000 qualifizierten Schweißern prognostiziert wird.

Die gute Nachricht ist, dass neue Innovationen entwickelt werden, um diesen Mangel an Fachkräften zu beheben. Einige der neuen Schweißgeräte können per Fernzugriff mit proprietären Cloud-basierten Schweißmanagement-Plattformen verbunden werden. Dadurch können die Hersteller die Qualität genau überwachen und erhalten gleichzeitig Echtzeiteinblicke in jeden einzelnen Schritt des Schweißprozesses. Der eigentliche Schweißer braucht das Gerät nur noch zu bedienen, während die erforderlichen Anpassungen der Geräteleistung und anderer Parameter ohne manuellen Eingriff vorgenommen werden. Die erhöhte Transparenz führt direkt zu einer schnellen Fehlererkennung und -behebung, was die Reparaturrate beim Schweißen um bis zu 40 % reduziert. Dies ist nur die Spitze des Eisbergs, wenn es darum geht, wie vernetzte Elektrowerkzeuge die Effizienz von Prozessen und Anlagen verbessern können. Das ultimative Ziel ist die Integration von intelligenten Funktionen in die Produktionsausrüstung, so dass diese ihren eigenen Zweck und ihre Verwendung erkennen und in Einklang bringen kann. Stellt das Werkzeug fest, dass es missbraucht wird, kann es sich selbstständig abschalten, um Unfälle, Verletzungen und teure Produktionsfehler zu vermeiden.

Da es inzwischen möglich ist, zweckbestimmte Werkzeuge oder ihre Komponenten und Subsysteme an ein großes industrielles Netzwerk anzuschließen, stellt sich die Frage: Wie können wir ältere Werkzeuge einbinden? In einem viel kleineren Maßstab kann die Personalisierung des Konzepts der "vernetzten" Werkzeuge die Werkzeughersteller in die Lage versetzen, Produkte mit ähnlichen Funktionen für den Verbrauchermarkt zu entwickeln. Ein führender Hersteller von Elektrowerkzeugen hat die Akkus mehrerer Elektrowerkzeuge seines Portfolios mit einer Bluetooth-Verbindung ausgestattet, die es den Benutzern ermöglicht, ihre Geräte mit Smartphones und Tablets zu verbinden. Die firmeneigene App ermöglicht es den Anwendern, die Diagnosedaten des Akkus einzusehen, und sendet Warnungen, wenn das Gerät überhitzt, der Ladestand niedrig ist oder es sich außerhalb eines bestimmten Bereichs bewegt. Dies wiederum gewährleistet, dass das Gerät rückverfolgbar ist und die Batterie aus der Ferne deaktiviert werden kann. Bluetooth-Stacks werden auch eingesetzt, um vorhandene Elektrowerkzeuge anzuschließen und online zu stellen. Die Nachrüstung von Geräten mit kleinen Bluetooth-Tags ermöglicht es den Produktionsleitern, Werkzeuge proaktiv zu verfolgen und zu überwachen und gleichzeitig Nutzungsdaten zu protokollieren. Theoretisch ist es möglich, mit intelligenten Nachrüstungen die Funktionen von Werkzeugen zu erweitern und sie vollständig zu vernetzen. Sie können mit dem Smartphone des Bedieners gekoppelt und als Plattform für die Verbindung mit dem übergreifenden Cloud-basierten Steuerungssystem genutzt werden. Da sie nicht in die Subsysteme des Werkzeugs integriert sind, können modulare Nachrüstungen den Benutzer in die Lage versetzen, selbst zu entscheiden, ob und wann er das Werkzeug vernetzen möchte, und bei Bedarf auf zusätzliche Konnektivitätsfunktionen zuzugreifen.

Die Verbesserung der Betriebstransparenz ist nicht die einzige treibende Kraft, um Werkzeuge zu vernetzen und online zu stellen. Die von eingebetteten Sensoren erfassten Aktivitätsdaten können zur Unterstützung von Wartungs-, Reparatur- und Überholungsfunktionen (MRO) genutzt werden. Durch die Verfolgung der Betriebszeit von Geräten und deren Vergleich mit der erwarteten Lebensdauer können vorausschauende Wartungspläne erstellt werden, um das Risiko eines kritischen Geräteausfalls zu verringern. Gleichzeitig können dieselben Daten verwendet werden, um die Abschreibung von Komponenten und Werkzeugen zu extrapolieren, um Ersatz zu planen und Teile proaktiv zu beschaffen. Durch die Verknüpfung des IIoT mit der ERP-Suite (Enterprise Resource Planning) des Herstellers werden die Wartungsvorgänge weiter rationalisiert und der Beschaffungsprozess für Teile, Subsysteme und Baugruppen möglicherweise automatisiert. Mit Schweißgeräten, Stromquellen und handgeführten Werkzeugen, die allmählich online gehen, scheint die Vernetzung ganzer Fabriken nun möglich. Das moderne Ökosystem der Fertigung wird aus Geräten bestehen, die miteinander kommunizieren, Informationen austauschen und voneinander lernen können, und zwar sowohl in den Werkshallen als auch an entfernten Standorten. Dafür sind jedoch zwei Voraussetzungen erforderlich: ein neuronales Netz für die statistische Prozesssteuerung und die Echtzeitplanung von Robotern sowie ein verteiltes Steuerungssystem (DCS), das speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) integriert. Industrieroboter sind bereits eine wichtige Stütze für die Hersteller, und Präzisionsaufgaben wie die Maschinenbedienung und die Prüfung von Leiterplatten könnten von diesem Trend immens profitieren. In Zukunft wird die Konvergenz von IIoT und Automatisierungstechnik die Fabrikhalle für Industrie 5.0 aktualisieren. Mit der Ausweitung des Netzwerks und der Einbindung weiterer Geräte und Werkzeuge wird der Schwerpunkt auf der Automatisierung der gesamten Wertschöpfungskette in der Fertigung und deren Ergänzung durch die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine liegen.