Kooperation schafft Vorteile. Das gilt insbesondere bei der Produktion. Denn die intelligente Vernetzung von Fertigungsanlagen erhöht die Effizienz und bringt einen erheblichen Mehrwert. Das ist die Quintessenz oder besser: das Ziel von Industrie 4.0. Noch ist die Umsetzung aber komplex und aufwendig, zumal ein laufender Betrieb keine Zeit für »Experimente« lässt. Um praxistaugliche Lösungen zu finden, haben Forscher eine neuartige Kooperationsplattform entwickelt. Pilotanwendungen zeigen, wie die universell einsetzbare Plattform den erfolgreichen Einstieg in die Industrie 4.0 erleichtern kann

»In einem halben Jahr komme ich wieder, dann steht die nächste Wartung an!« Ansagen wie diese werden glücklicherweise seltener, denn immer mehr Produktionsanlagen melden von sich aus, wenn der Verschleiß zu hoch ist und eine Wartung nötig wird. Einen ähnlichen Schritt in Richtung »mehr Komfort« und vor allem »mehr Effizienz« verzeichnet die Industrie bei der Planung und Steuerung gesamter Prozessketten. Denn auch hier erleichtern intelligent verknüpfte Live-Daten das Erfassen und Bewerten der aktuellen Situation. Und wenn die Daten eine aufkommende Lücke prognostizieren, unterstützt die Vernetzung des Unternehmens mit Zulieferern oder Abnehmern ein situationsgerechtes Anpassen der Prozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
Die Liste der sich neu entwickelnden Perspektiven für Unternehmen auf ihrem Weg von der (klassischen) Produktion hin zu den Pionieren und schließlich den gewinnbringenden Nutznießern von Industrie 4.0 ist lang und vielfältig. Sie umfasst alle Unternehmensbereiche – vom Einkauf über die Produktion bis hin zur Verwaltung. Und sie geht weit über die Grenzen des eigenen Unternehmens hinaus.
Aber natürlich gibt es auch eine Vielzahl von Fragen und Schwierigkeiten auf dem Weg zu Industrie 4.0. Eine der ersten, sehr hohen Hürden dabei ist, das Vertrauen der Nutzer in das System entstehen zu lassen. Denn wenn Daten mit anderen Unternehmen geteilt werden, muss auch das Thema Sicherheit vor unautorisiertem Datenzugriff geklärt werden.

Blockchain für die Smart Factory

Im EU-Projekt »COMPOSITION« haben ein Dutzend Partner aus Wissenschaft und Industrie nun eine neuartige Plattform entwickelt. Das Ziel dabei: Eine technologische Basis zu schaffen, um der Industrie 4.0 eine ebenso praktikable wie sichere und transparente Zusammenarbeit über Unternehmensgrenzen hinweg zu ermöglichen. Ein Grundpfeiler des Konzepts ist dabei der Einsatz von Blockchain-Technologien. Im Gegensatz zu früher wird die Datenkommunikation in kleinen Paketen auf eine Vielzahl Computer verteilt. Das besondere dabei: Jeder dieser Datenblöcke ist mittels kryptographischer Verfahren mit einem weiteren Paket auf einem anderen Rechner verknüpft. Aus dieser »Kette aus Blöcken« entsteht eine digitale Datenbank, in der alle Transaktionen penibel und fälschungssicher dokumentiert werden. Somit minimiert eine Blockchain das Risiko von Manipulation und Datendiebstahl erheblich. »Mit COMPOSITION haben wir auch dank Blockchain eine universell einsetzbare Plattform für den Informationsaustausch entwickelt, die hohe Anforderungen an die Datensicherheit erfüllt. Zudem kann sie von den Unternehmen ohne hohen Aufwand eingesetzt werden«, erklärt Marc Jentsch vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT. Um das zu erreichen sei es für alle Projektbeteiligten entscheidend gewesen, neben den theoretischen Grundlagen auch Testläufe in der industriellen Praxis zu fahren. Und das über die gesamte Systemkette hinweg – von den Maschinen- und Sensordaten über die Serverinfrastruktur bis zu Prozesssteuerung und der Auftragsabwicklung.

Big Data für die Digitale Transformation

In einem dieser Tests wurden beispielsweise Plattform-Lösungen für eine Fertigungsanlage erprobt, an der Werkstücke auf hohe Temperaturen gebracht werden müssen. Außerhalb der Heizkammer sorgen Kühlventilatoren dafür, dass die Anlage selbst nicht überhitzt. Um dies sicher zu gewährleisten, müssen die Kühlventilatoren immer wieder ausgetauscht werden. Bisher war das Unternehmen dabei vor allem auf die Erfahrung von Mitarbeitern angewiesen. Diese kennen das typische Geräusch der Ventilatoren und hören Abweichungen von der Norm. Dabei kommt es aber naturgemäß auch zu Unsicherheiten, die zu einem aufwendigen Austausch führen, ohne dass dies unbedingt nötig gewesen wäre. Durch den Piloten können die Mitarbeiter der Anlage nun auf ein zuverlässigeres, automatisiertes Vorhersagesystem zurückgreifen. Temperatur- und Akustiksensoren überwachen den Zustand des Kühlsystems. Ihre Messdaten liefern sie an die Industrie 4.0-Plattform, wo lernfähige Algorithmen und Verfahren der Big Data Analyse zuverlässige Aussagen über die Verschleißentwicklung der Bauteile entwickeln. Die Wartung beruht nun also auf Fakten und nicht mehr auf einem letztlich doch zum Teil unsicheren »Bauchgefühl«.

Füllstandssensoren an Wertstoffsammelcontainern melden dem Verwertungspartner des Unternehmens frühzeitig, wann ein Containerwechsel einzuplanen ist. Bild: Fraunhofer FIT

Ähnliche Erfolge zeigt auch ein Probeprojekt im Bereich der Logistik, das die Projektpartner im Rahmen von COMPOSITION durchgeführt haben. Das (erreichte) Ziel dabei: Das Leeren der Abfall- und Reststoffbehälter entlang der Produktionslinien des Fahrstuhlherstellers Kleemann zu optimieren. Dafür wurde jeder Behälter mit optischen Sensoren ausgestattet und diese wiederrum wurden mit der neuen Plattform vernetzt. Das darauf eingerichtete Analysesystem nutzt das regelmäßige, optische Feedback der Sensoren und erkennt so deren Füllstand, um verantwortlichen Mitarbeitern schnell einen Überblick zu verschaffen. Sie müssen nun nicht mehr zur Kontrolle entlang einer fixen Route durch das weitläufige Firmengelände fahren, sondern können gezielt eingreifen.

Industrie 4.0-Kooperationen über Unternehmensgrenzen

Auf ähnliche Weise haben die Projektpartner auch das Abholen von Containern am Sammelplatz für Rest- und Wertstoffe automatisiert. Diese arbeiten nun ebenfalls mit optischen Füllstandssensoren. »Hier wollten wir zeigen, dass die Plattform auch die unternehmensübergreifende Koordination erleichtert. In diesem Fall sind es Produzent und ein Servicebetrieb zur Wertstoffsammlung«, betont Jentsch. Zusätzlich entwickelten die Projektpartner auch das Konzept für einen Marktplatz, über den Unternehmen und Dienstleister automatisiert kooperieren können. Hat das Unternehmen beispielsweise einige Tonnen Metallreststoffe aus der Produktion, kann es auf der Plattform dazu eine Ausschreibung platzieren. Verwerter und Containerdienstleister können sich ebenfalls auf dem Online-Marktplatz registrieren und ihre Konditionen und die aktuellen Preise einstellen, die sie für die Wertstoffe bieten. Auf dem Marktplatz treten dann digitale Softwareagenten in Aktion, die Ausschreibungen und Angebote automatisch auswerten. »Da über die Plattform die Suche nach geeigneten Partnern und ihren Angeboten automatisiert abläuft, entfällt der dafür bisher notwendige Verwaltungsaufwand komplett. Unternehmen können so einfach und kosteneffizient neue Handelspartner und die für sie optimalen Preisangebote finden«, sagt Jentsch. Die im Rahmen von COMPOSITION prototypisch umgesetzte Plattform wird noch bis August dieses Jahres im Praxisbetrieb evaluiert. Parallel dazu bringen die Forscher ihre Erkenntnisse unmittelbar auch in das Anfang 2019 gestartete EU-Projekt »eFactory« ein. Das Forschungsvorhaben führt die Erfahrungen und Forschungsergebnisse mehrerer EU-Projekte zusammen und entwickelt sie zu einer übergreifenden Plattformlösung weiter.

(mab)

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Dr. Marc Jentsch
  • Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT
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