Von intelligenten Sensoren über smarte Edge-Geräte bis hin zur Cloud-Infrastruktur – die Auswirkungen des industriellen Internets der Dinge (IIoT) auf die Fertigungsindustrie sind nicht zu unterschätzen. IIoT, auch bekannt als Industrie 4.0, ermöglicht intelligentere, vorausschauendere und proaktivere Prozesse, die zu einer insgesamt höheren Effizienz führen. 

Im Folgenden stellen wir eine detailliertere Untersuchung der intelligenten Fertigungstechnologien vor, die die Zukunft der Fabriken zum Besseren revolutionieren.

Co-Bots

Inzwischen haben wir als Gesellschaft einen Punkt erreicht, an dem wir weniger Angst davor haben, dass Roboter oder Automatisierung menschliche Arbeitsplätze „eliminieren“ werden, da wir die immensen Vorteile erkannt haben, die sich daraus ergeben. Es ist allgemein anerkannt, dass Roboter, die mit Menschen zusammenarbeiten – kollaborative Roboter (Cobots) –, ein großes Potenzial haben, die Sicherheit und Zufriedenheit der Arbeiter zu gewährleisten. 

Durch die Übertragung monotoner oder sich wiederholender Aufgaben an Roboter kann sich die durchschnittliche Position in der Fertigung hin zu einer stärker entscheidungsorientierten, weniger aufgabenorientierten Tätigkeit verändern. Menschen können sich dann Projekten widmen, die Urteilsvermögen oder Kreativität erfordern, während die schwerfälligen oder weniger attraktiven Arbeiten von Robotern erledigt werden. Dies erhöht die Sicherheit und reduziert Verletzungen. 

 Obwohl diese Roboter hochkomplexe Maschinen sind, ist ein Informatikstudium oft nicht erforderlich, um sie für mehrere Aufgaben umzuprogrammieren. Mittlerweile sieht man immer häufiger „Universalroboter“ mit Computer Vision, die sich an verschiedene Umgebungen anpassen und schnell für vielfältige Funktionen umprogrammiert werden können.

 Viele führende Unternehmen automatisieren derzeit ihre Prozesse, und wir gehen davon aus, dass dieser Trend in naher Zukunft noch weit verbreitet sein wird. Tesla ist ein Beispiel für ein Unternehmen, das die Automatisierung konsequent umsetzt und seine Prozesse optimiert. Apple hat die Wiederverwertung seiner iPhones an eine Fabrik vergeben, in der Roboter die ausrangierten Geräte zerlegen. Dabei können einige Teile recycelt und wertvolle Metalle zurückgewonnen werden. Die Roboter übernehmen die Rückmontage und schützen die Arbeiter vor Schwermetallen und monotonen Arbeiten.

Insgesamt verbessert dies die Arbeitsmoral, reduziert Stress und erhöht die Arbeitszufriedenheit der Beschäftigten – ein entscheidender Faktor in Zeiten extremen Arbeitskräftemangels: Laut US-Arbeitsministerium. Menschliche Arbeitskräfte, die von Robotern unterstützt werden, arbeiten daher sicherer, da es weniger Verletzungen, Unfälle und Erkrankungen durch repetitive Belastungen gibt.

Robotik als Dienstleistung

Automatisierung schafft Chancengleichheit, und der schnell wachsende Trend, der den Einsatz von Robotern in kleineren Fabriken vorantreibt, ist Robotics as a Service (RaaS). Laut einem aktuellen Bericht von Coherent Market Insights wurde der globale RaaS-Markt im Jahr 2020 auf 12,6 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll bis 2028 auf über 41,3 Milliarden US-Dollar anwachsen

 Ähnlich wie bei Software as a Service (SaaS) profitieren Hersteller, die RaaS nutzen, von der robotergestützten Prozessautomatisierung, indem sie Robotergeräte leasen und einen cloudbasierten Abonnementdienst nutzen, anstatt die Geräte zu kaufen. Mit RaaS vermeiden Hersteller die Kosten für teure Geräte, die Wartung und andere mit dem Besitz verbundene Probleme. Sie können einfach einen RaaS-Anbieter kontaktieren und die Einrichtung des gesamten Automatisierungssystems zu einem Bruchteil der Kosten für Kauf und Betrieb eigener Robotergeräte in Auftrag geben.

 Heutzutage lassen sich nur noch wenige Prozesse automatisieren, und meist geht es nur noch um die Frage, ob die Automatisierungskosten zu hoch sind (was in den meisten Fällen nicht der Fall ist). Da diese Kosten weiter sinken, wird die Produktion in Westeuropa und Nordamerika wieder anziehen; wir erwarten daher in den nächsten fünf bis zehn Jahren eine deutlich stärkere regionale Fertigung. Automatisierung schafft Chancengleichheit: Roboter verursachen zwar Betriebskosten, egal wo sie stehen, aber sie sparen die Kosten für menschliche Arbeitskraft bei sich wiederholenden Arbeitsschritten.

 Ein weiterer aktueller RaaS-Trend ist der „digitale Zwilling“. Dabei wird eine Fabrik oder Produktionsanlage in einer virtuellen Umgebung anhand exakter Produktspezifikationen nachgebildet. In manchen Fällen gibt das System sogar vor, welche Produkte verwendet werden sollen. Nutzer können die Fertigung eines Artikels in einer digitalen Umgebung simulieren und so die Maschinenplatzierung optimieren und den Materialfluss verbessern.

 Digitale Zwillinge können Bediener und Werksleiter warnen, wenn ein Motor Verschleißerscheinungen zeigt oder Wartungsarbeiten anstehen. Durch den Einsatz digitaler Zwillinge lassen sich viele Probleme präventiv lösen. Sie können sich an einen RaaS-Anbieter wenden und Ihre Anforderungen beschreiben. Der Anbieter erstellt dann den digitalen Zwilling und unterstützt Sie bei der Entwicklung der notwendigen Prozesse.

Edge Computing

Die Fabrik der Zukunft wird eine Vielzahl von Sensoren beherbergen, die immense Datenmengen erfassen. Die Übertragung dieser Daten in die Cloud ist langsamer und teurer als die Verarbeitung direkt vor Ort – am Netzwerkrand.

 Ein System zur kontinuierlichen Temperaturüberwachung am Netzwerkrand kann beispielsweise die verarbeiteten Daten analysieren und eine Warnung oder Benachrichtigung senden, sobald ein Temperaturwert außerhalb des Normbereichs festgestellt wird. Dies ermöglicht eine deutlich schnellere Datenanalyse und letztendlich ein schnelleres Eingreifen, da die Daten nicht erst in die Cloud übertragen werden müssen.

 Neue Konnektivitätsoptionen, wie beispielsweise Long-Range Wide Area Networks (LoRaWAN), ermöglichen es, dass Edge Computing in der Fertigungsindustrie deutlich schneller voranschreitet und somit eine effektive und effiziente Konnektivitätsoption für die Datenanalyse in Fabriken darstellt.

Künstliche Intelligenz

Die drahtlose Kommunikation zwischen Maschinen ermöglicht die Anbindung von Peripheriecomputern zur Prozessanalyse. Dank maschinellem Lernen lassen sich Änderungen mit minimalem Programmieraufwand umsetzen, sodass Fabriken ihre Prozesse kontinuierlich optimieren und die Effizienz steigern können.

 Anwendungen künstlicher Intelligenz (KI) können das wahre Potenzial von IoT- und Edge-Anwendungen in der Fertigung und in Produktionshallen erschließen. Dank Echtzeitanalysen, vernetzter Sensoren, vorausschauender Wartung, Automatisierung der Lieferkette und weiterer Prozessverbesserungen schreitet die Fertigungsindustrie rasant in eine neue Ära voran.

 Digi-Key nutzt diese Technologie auch, um sich mit der weltweit größten Automatisierung der Auswahl elektronischer Bauteile auszustatten und seine einzigartigen Versandgeschwindigkeiten weiter zu beschleunigen.

Die zukünftige Fabrik von Digi-Key

Digi-Keys neues, hochmodernes Distributionszentrum, das erweiterte Produktverteilzentrum (PDCe), ist ein Paradebeispiel für eine Fabrik der Zukunft. Es wird Ende 2021 vollständig in Betrieb gehen und zählt mit einer Fläche von rund 93.000 Quadratmetern zu den größten Distributionszentren weltweit. Im PDCe werden alle Auftragsabwicklungsprozesse von Digi-Key abgewickelt, darunter Kommissionierung, Verpackung und Versand, sowie Wareneingang und Palettenlagerung.

 Die in dieser Anlage eingesetzte Technologie wird Digi-Key auch in den kommenden Jahren eine führende Rolle im Vertrieb sichern. Das PDCe beherbergt 43 Kilometer Hochgeschwindigkeits-Förderbänder, die es dem zentralen Auftragsbearbeitungssystem (OSR) ermöglichen, Produkte automatisch entgegenzunehmen und Bestellungen für die Verpackung vorzubereiten. Das OSR unterstützt die Waren-zu-Person-Auftragsabwicklung mithilfe von 1.000 automatisierten Shuttles, die sich im gesamten OSR bewegen und bis zu 2,7 Millionen Einzelteile lagern können.

 Dieses intelligente, automatisierte System ermöglicht eine deutlich schnellere Kommissionierung, Verpackung und den Versand von Bestellungen und vermeidet Verpackungsmüll durch den Versand in mehreren Paketen. Zudem werden Lagerarbeiter für neue Aufgaben freigestellt, ihre Sicherheit erhöht und der manuelle Arbeitsaufwand erheblich reduziert.

 Die Anlage wird zahlreiche weitere Innovationen aufweisen, darunter einen Müllsammelroboter, der über 400 Mülltonnen auf dem gesamten Gelände leeren wird. Es ist wichtig zu betonen, dass der Roboter und die automatisierten Systeme keine Arbeitsplätze vernichten, sondern den bestehenden Mitarbeitern vielmehr die Möglichkeit bieten, ihre Fähigkeiten in anderen Bereichen des Lagers anzuwenden oder zu erweitern.

Was kommt als Nächstes?

Ein Bereich mit großem Potenzial ist die Verlagerung von Produktionsarbeitsplätzen, wodurch diese lokaler und flexibler gestaltet werden. In den nächsten fünf bis zehn Jahren könnten der zunehmende Einsatz von Robotern und anderen Technologien Massenindividualisierung, Losgrößen von nur einem Stück und regionalisierte Fertigung Realität werden lassen. Anstatt eine Million Einheiten eines einzigen Artikels herzustellen, könnte sich eine Fabrik darauf konzentrieren, Produkte zu fertigen, die exakt den Kundenbedürfnissen entsprechen.

 Ein Kunde könnte beispielsweise ein Foto oder ein 3D-Modell von sich selbst über die Cloud an eine lokale Fabrik hochladen. Ein Roboter könnte diese Daten dann nutzen, um ein T-Shirt in exakter Passform herzustellen. Da der Kunde keine weiten Wege zurücklegen muss, könnte das T-Shirt ihn innerhalb von ein bis zwei Tagen erreichen – eine deutliche Verbesserung gegenüber der herkömmlichen Massenproduktion, bei der Bestellungen oft erst nach Übersee verschickt werden müssen, bevor sie den Kunden erreichen.

 Dies würde dazu beitragen, einige der ineffizienten Aspekte der Fertigung entlang der Lieferkette zu eliminieren: Ressourcenverschwendung, lange Transportwege und Retouren. Der gesamte Prozess würde individualisierter und ressourcenschonender. Selbst riesige Fabrikgebäude könnten in naher Zukunft verschwinden, da Fabriken kleiner, flexibler und dezentraler werden und Roboter lernen und sich anpassen.

 Unsere Position an der Schnittstelle von Robotik und künstlicher Intelligenz gleicht der Neuerfindung des Rades. Was in den nächsten zehn Jahren geschehen wird, ist von großer Bedeutung: Die Fertigung, wie wir sie kennen, wird sich grundlegend verändern, maßgeblich dank der digitalen Transformation der Industrie, von der alle profitieren werden – von den Mitarbeitern über die Kunden bis hin zur Umwelt.

Autor: Robbie Paul, Direktor IoT-Geschäftsentwicklung bei Digi-Key Electronics

Robbie Paul ist der IoT-Geschäftsentwicklungsdirektor bei Digi-Key Electronics, die kürzlich eine Videoserie mit dem Titel Factory Tomorrow produziert haben, die Sie hier.