Schrittweise zur Fabrikdigitalisierung 21.04.2021, 09:00 Uhr

Computing-Paradigma vereinfacht Digitalisierungsprojekte

Immer mehr Fertigungsstätten verspüren den Druck, ihre Prozesse zu digitalisieren. Ein neues Computing-Paradigma hilft, dies in schnelleren Schritten umzusetzen.

Die Automatisierung von Prozessen stellt Fabriken vor große Herausforderungen und erschwert die dringend notwendige Digitalisierung. Doch die Pandemie hat dieses Thema wieder hoch auf die Liste der Prioritäten gesetzt.Foto: AdobeStock

Die Automatisierung von Prozessen stellt Fabriken vor große Herausforderungen und erschwert die dringend notwendige Digitalisierung. Doch die Pandemie hat dieses Thema wieder hoch auf die Liste der Prioritäten gesetzt.

Foto: AdobeStock

Vollautomatisierte Produktionen sind die Zukunft der Industrie. Doch die wenigsten Fabriken finden einen einfachen Zugang zu dem Thema. Denn Digitalisierung in die Fabrik zu bekommen, ist schwierig. Gerade die Orchestrierung und Automatisierung von Prozessen stellt Fabriken vor große Herausforderungen.

Eine Fabrik zu digitalisieren ist „kein Zuckerschlecken“

Beispielsweise benötigt eine Palettier-Maschine, die automatisch fertig gepackte Paletten abholen lassen soll, eine Applikation, die sie mit Gabelstaplerfahrern verbindet. Zusätzlich müssen verfügbare Paletten-Stellplätze einsehbar sein und es ist eine Verbindung ins ERP (Enterprise-Resource-Planning)-System nötig, um fertige Paletten und deren Standorte zu vermerken.

Um das zu bewerkstelligen, müssen Informationsflüsse zwischen Maschinen, Menschen und IT-Systemen gut „orchestriert“ und miteinander vernetzt werden; und zwar unter Beibehaltung einer hohen Ausfallsicherheit der Prozesse. Das kostet nicht nur Zeit und Geld, sondern oftmals auch die Nerven der involvierten Entwickler.

Dabei haben Digitalisierungsprojekte nicht nur Auswirkungen auf die Effizienz auf dem Shopfloor. Erfolgreich umgesetzte digitale Lösungen haben das Potenzial, Produktions- und Lieferzeiten zu verkürzen, die Produktqualität zu verbessern, flexibler auf Kundenbedürfnisse einzugehen oder sogar gänzlich neue Geschäftsmöglichkeiten zu eröffnen.

Local-First-Cooperation bietet einen neuen Ansatz

Ein neues Computing-Paradigma, die „Local-First Cooperation”, verspricht nun Besserung. Anstatt auf traditionelle Herangehensweisen an Fabriksoftware zu setzen – sprich zentrale Server, speicherprogrammierbare Steuerungen und „Message Broker“ – stellt der Local-First Cooperation-Ansatz die lokale Kooperation der einzelnen Elemente in den Vordergrund.

Das Münchener Start-up Actyx nutzt genau diesen Ansatz für seine Software-Plattform und kombiniert so Ausfallsicherheit mit einfacher Programmierung. Konkret bedeutet das, dass Software direkt auf lokalen Edge-Geräten (Tablets, Gateways, Scannern) läuft, Kommunikation zwischen den Instanzen automatisch peer-to-peer geschieht und Entwickler sich ausschließlich auf das Programmieren der Domäne fokussieren. Der Mehrwert sind stabile Systeme, kürzere Entwicklungszeiten und eine Flexibilität und Skalierbarkeit, die einen schrittweisen Einstieg in die Fabrikdigitalisierung möglich macht. Für Fabriken bedeutet das, sie können beim Thema Digitalisierung klein anfangen, schnell an konkreten Projekten lernen und ihre Systeme flexibel erweitern, anstatt Lastenhefte für 12–18-monatige Projekte aufsetzen zu müssen.

Fabrikdigitalisierung mit „Schnellbootprojekten“

Die CTA GmbH, ein Mittelständler aus Ludwigsburg und Spezialist in der Abfüllung chemisch-technischer Produkte, ist genau diesen Weg gegangen. Mit dem Ziel, die Produktions- und Logistikprozesse zu optimieren, begann ein erstes “Schnellbootprojekt” zur Digitalisierung der Warenlogistik. Aufsetzend auf der Actyx-Plattform, wurde ein Scannersystem entwickelt, das eine präzise Erfassung von Lagerbeständen und -Materialbewegungen erlaubt. Die im Wareneingang eingehenden Produkte und Materialien werden nach initialer Erfassung im ERP-System mit gedruckten Labels versehen. Logistikmitarbeiter können dann durch Scannen des Labels sowie der an den einzelnen Lagerplätzen und Maschinen angebrachten QR-Codes jede Warenbewegung erfassen. Dies bietet nicht nur eine detaillierte Echtzeit-Übersicht über den Warenbestand, sondern gibt auch Auskunft über den Materialfluss in der Fabrik. Durch das schnellere Erfassen der Ware wird zudem die Werkerproduktivität erhöht.

Transparenz über Auftragsfortschritt und Produktionskosten

Nach erfolgreicher Umsetzung des „Schnellbootprojekts”, wurde auch die Produktion auf Basis der Actyx-Plattform digitalisiert. Das Ziel lautete: höhere Transparenz über den Auftragsfortschritt und verbesserte Planungssicherheit.

Eine digitale Lösung zum Erfassen von Betriebs- und Maschinendaten verschafft Transparenz über den Auftragsfortschritt, Grafik: Actyx

Der Kern der Lösung ist die Erfassung von Betriebs- und Maschinendaten auf Stationsebene. In der Praxis bedeutet das, dass jede Station in der Produktion mit einem Tablet versehen wurde, an der die Werker Daten erfassen können. Das Tablet bietet eine Übersicht über die an der jeweiligen Station zu bearbeitenden Aufträge. Nach der Auswahl des relevanten Auftrags kann der Werker seine Aktivität (Rüsten, Produzieren oder Abrüsten) registrieren und die produzierte Gutmenge oder etwaige Ausschüsse melden. Zusätzlich melden Maschinen anfallende Daten direkt an das System, sodass Werker lediglich Störgründe im Falle von Maschinenstörungen registrieren müssen.

Diese detaillierte Erfassung von Maschinen- und Betriebsdaten auf Stations- und Auftragsebene bietet der CTA inzwischen einen Echtzeit-Einblick in den Auftragsfortschritt und gestattet so auch eine schnellere Reaktion auf Verzögerungen. Im Rahmen von Analyse- und Reportingaktivitäten bieten die erfassten Daten eine solide Grundlage für die nächste Auftragsplanung und machen eine detaillierte Nachkalkulation der bearbeiteten Aufträge möglich.

Reduktion von Maschinenstillständen und Fehlfahrten

In einem dritten Schritt hat die CTA ihre Produktion und Intralogistik miteinander verknüpft, um den Materialfluss in der Fabrik zu optimieren und materialbedingte Maschinenstillstände zu reduzieren. Dafür wurde eine Lösung entwickelt, die Werkern und Maschinen erlaubt, Transportaufträge zu tätigen, die als Push-Benachrichtigung beim Staplerfahrer ankommen. Da sowohl die Prozesse in der Produktion als auch in der Logistik bereits auf der Actyx-Plattform liefen, konnte die Lösung in nur zwei Wochen entwickelt und in der Fabrik eingesetzt werden.

Materialbedingte Maschinenstillstände lassen sich durch eine digitale Lösung zur Erstellung von Transportaufträgen reduzieren, Grafik: Actyx

Im Detail umfasst die Lösung eine Tablet-App je Maschine und eine Tablet-App je Gabelstaplerfahrer. Auf Produktionsseite hat der Maschinenbediener Einblick in seine Aufträge und Stücklisten und kann fehlende Materialien per Knopfdruck anfordern. Der Transportauftrag wird in Echtzeit an einen Gabelstaplerfahrer übermittelt. Sobald dieser den Auftrag annimmt, erhält er detaillierte Informationen zum Lagerort und Bestand des Materials. Das fehlende Material kann dann direkt an die Maschine geliefert werden. Ausgelieferte Materialien werden zeitgleich im System verbucht, um Bestände stets auf aktuellem Stand zu halten.

Als Resultat konnte die CTA Maschinenstillstände aufgrund von fehlendem Material reduzieren und Fehlfahrten durch eine Mehrfachlieferung an die Linie vermeiden. Zusätzlich verzeichnet das Unternehmen eine höhere Produktivität der Staplerfahrer, da Bestandsinformationen in Echtzeit auf den Staplertablets verfügbar sind. Weiterhin erlaubt die Lösung auch die Erstellung von Transportaufträgen zur Abholung von Fertigware an der Linie. Diese werden automatisch von der Maschine – oder alternativ vom Werker – ausgelöst. Durch die Just-in-time Abholung kann der Lagerplatz an der Maschine auf ein Minimum beschränkt werden.

In kleinen Schritten ans Ziel

Mit drei bereits erfolgreich umgesetzten Projekten identifiziert die CTA fortlaufend weitere Digitalisierungspotenziale. So wird aktuell ein Dashboard getestet, das eine Visualisierung des Auftragsfortschritts je Schicht an einer Linie bietet, um es dann fabrikweit auszurollen. Als nächste Projekte stehen die Themen Rüsten und Instandsetzung sowie der Einsatz von Robotern auf dem Programm. So entwickelt sich CTA Schritt für Schritt zu einer digitalen Fabrik mit vollautomatisierter Produktion. Davon profitiert nicht nur die das Unternehmen selbst – durch die optimierten Prozesse kann auch eine höhere Qualität, schnellere Lieferung und flexiblere Reaktion auf Kundenanfragen gewährleistet werden.

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Von Maximilian Fischer

Maximilian Fischer ist Mitgründer und Chief Commercial Officer der Actyx AG in München.
Foto: Actyx

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