Die Zukunft der Cloud-gesteuerten Fertigung: Skalierbar gebaut

Die letzten zwei Jahre haben den Weltmarkt auf den Kopf gestellt, und das verarbeitende Gewerbe bildet da keine Ausnahme. Als die globale Pandemie über die Welt hereinbrach, wurden Fabriken geschlossen, Lieferketten unterbrochen und eine weit verbreitete sozioökonomische Instabilität ausgelöst. In dem Bestreben, künftige Störungen zu minimieren, die durch die Pandemie zutage getretenen betrieblichen Ineffizienzen zu beheben und den sich wandelnden Verbrauchererwartungen einen Schritt voraus zu sein, durchläuft die Fertigungsbranche einen digitalen Wandel. Willkommen in der Ära von Industrie 4.0.

Die digitale Transformation bringt den Unternehmen große Vorteile, indem sie die betriebliche Effizienz steigert, die Kosten senkt, die Produktqualität verbessert und schnellere Reaktionen auf sich verändernde Marktanforderungen und Kundenwünsche ermöglicht. Auch in Bezug auf die Umweltfreundlichkeit ergeben sich Vorteile durch geringeren Energieverbrauch, weniger Materialverbrauch, proaktive Überwachung usw.

Diese Innovationen bedeuten, dass wir jetzt sehen, wie Roboterautomatisierung, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen, Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) im Industriellen Internet der Dinge (IIoT) zusammenarbeiten, um den Herstellern belastbare, agile Lösungen für anhaltende Herausforderungen zu bieten.

Eine kürzlich durchgeführte Gartner-Umfrage ergab, dass 36 % der Fertigungsunternehmen einen überdurchschnittlichen Geschäftswert aus den IT-Ausgaben für die Digitalisierung erzielen – und das zu angemessenen Kosten im Vergleich zu anderen Unternehmen. Liegt Ihr Fertigungsbetrieb im Trend? Lassen Sie uns einen Blick darauf werfen, wie Cloud-gesteuerte intelligente Fertigung und Industrie 4.0 in der Praxis aussehen.

Digital Twins

Eine der Herausforderungen bei Innovationen in der Fertigung ist die schiere Größe der Anlagen, der Platz und die Logistik. Das Herunterfahren einer Produktionslinie, um ein Teil oder eine Ausrüstung zu reparieren, zu ersetzen oder hinzuzufügen, ist teuer, potenziell gefährlich und zeitaufwändig.  Außerdem können trotz bester Messungen feste Strukturen, Drähte, Deckenbalken oder Türen in der Entwurfsphase übersehen werden, was kostspielige Änderungen und wiederholte Abschaltungen erfordert, bis die Reparatur oder das Teil installiert, getestet und fertiggestellt ist.

Künstliche Intelligenz nutzt Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR), um ein 3-D-Modell der Anlage, des Bauteils oder des Raums zu erstellen, und dann können Entwickler und Ingenieure mit dieser digitalen Zwillingstechnologie arbeiten, um die Anlage in einer virtuellen Simulation zu entwerfen, zu basteln, anzupassen und zu perfektionieren, bevor sie gebaut und installiert wird.

Laut einer Studie von Gartner setzen 13 % der Unternehmen, die Industrie 4.0 und IoT eingeführt haben, die Technologie des digitalen Zwillings ein, und weitere 62 % sind dabei, sie einzuführen.

Zu den Vorteilen der Technologie des digitalen Zwillings gehören geringere Risiken, kürzere Produktionszeiten, Fernüberwachung, verbesserte Zusammenarbeit und bessere steuerliche Entscheidungen dank fortschrittlicher Analysen und schneller Tests in der Cloud.

GlobalLogic ist ein führendes Unternehmen bei der Entwicklung von Technologien für digitale Zwillinge. Erfahren Sie mehr über deren Funktionsweise in „Wenn Sie Produkte herstellen, sollten Sie digitale Zwillinge verwenden“.

Vorausschauende Wartung

Ausfälle und Fehlfunktionen von Anlagen sind kostspielig, zeitaufwändig und potenziell gefährlich für die Mitarbeiter. Ein Vorteil von Industrie 4.0 und digitaler Zwillingstechnologie ist die Möglichkeit, vorausschauende Wartung in VR/AR durchzuführen. Im Gegensatz zur vorbeugenden Wartung, die nach einem Plan durchgeführt wird, unabhängig davon, ob die Wartung zu diesem Zeitpunkt tatsächlich erforderlich ist, stützt sich die vorausschauende Wartung auf Daten, um vorherzusagen, wann die Wartung durchgeführt werden sollte. Eine erfolgreiche vorausschauende Wartung hängt von der Nutzung künstlicher Intelligenz, Sensoren und Cloud-Lösungen ab.

Nach Angaben des US-Energieministeriums kann eine Investition in eine PdM-Strategie die Wartungskosten um bis zu 30 % senken, die Zahl der unerwarteten Ausfälle um ¾ reduzieren und die Anzahl der Ausfallstunden um fast die Hälfte verringern. Wenn sie richtig umgesetzt wird, ist sie auch 25 % billiger als die vorbeugende Wartung.

Die IoT-Sensoren generieren große Datenmengen in Echtzeit, und künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen können diese analysieren, Anomalien erkennen und Reparaturprotokolle einleiten, bevor ein Problem die Produktion zum Stillstand bringt. Die Technologie des digitalen Zwillings kann einen Produktionsbetrieb kontinuierlich aus allen Blickwinkeln scannen und Empfehlungen für eine vorausschauende Wartung geben, die geplant und nicht erst im Notfall durchgeführt werden kann. Das spart Zeit, verringert Produktionsausfälle, erhöht die Effizienz und Sicherheit und mindert das Risiko.

Robotik und autonome Systeme

Ob es sich nun um ein voll automatisiertes robotergestütztes Verarbeitungssystem oder um einen kollaborativen Einzelplatzroboter (Cobots) handelt, Robotik und autonome Systeme haben die Fertigungslandschaft verändert.

Seit der Pandemie jedoch treiben Robotik und autonome Systeme den digitalen Wandel voran. Roboter können 24/7/365 arbeiten, sie nehmen keinen Urlaub, keine Krankheitstage oder persönliche Auszeiten. Sie können eine schnelle Kapitalrendite erzielen und die Produktivität steigern, während sie menschliche Arbeitskräfte für höherwertige Aufgaben freisetzen.

In den letzten Jahren wurden KI, VR/AR und maschinelles Lernen eingesetzt, um Seite an Seite mit menschlichen Arbeitskräften zu arbeiten, und Cobots mit Werkzeugen am Ende des Arms, die mit maschinellem Lernen ausgestattet sind, können von einem Arbeiter im „Lern“-Modus bewegt werden und arbeiten dann autonom und werden effizienter, während sie die Aufgabe „lernen“.

Die nächste Innovation in der Robotik sind individuelle Mikrosysteme, die so autonom wie möglich arbeiten, aber dennoch mit anderen Mikrosystemen zusammenarbeiten. Wenn also andere Mikrosysteme ausfallen, können die anderen weiterarbeiten. Jedes Mikrosystem ist so „choreografiert“, dass es mit anderen zusammenarbeitet, während es seinen Teil erledigt. Es kann leicht skaliert und koordiniert werden. Stellen Sie sich das Ganze wie ein Bienenvolk vor, bei dem jede Arbeiterin autonom ist, aber zur Gesamtsynergie beiträgt. Unter „Collaborating Autonomous Systems“ erfahren Sie mehr über die Arbeit von GlobalLogic mit Mikrosystemen.

Vernetzte Geräte und das IIoT

So wie das IoT Ihr Smartphone mit Ihrem Thermostat, Ihrem Fernseher, Ihrem Tablet oder Ihren Lautsprechern verbindet, verbindet das industrielle Internet der Dinge (IIoT) intelligente Anwendungen in der Fertigung und Industrie. So verbindet das IIoT beispielsweise die Sensoren eines Roboters mit dem Tablet des Ingenieurs in einem anderen Gebäude oder mit dem Alarmsystem, das aktiviert wird, wenn ein Sensor einen Chemikalienaustritt oder einen Wärmeanstieg feststellt. Das IIoT stützt sich auf die Cloud-Technologie, so dass die Daten von überall abgerufen werden können.

Die Daten von diesen vielen Sensoren, Steuerungen und angeschlossenen Servern sind oft über viele entfernte Standorte verteilt. Die Daten werden kontinuierlich in die Cloud hochgeladen, so dass jederzeit Echtzeit-Updates über mehrere Standorte hinweg möglich sind. McKinsey prognostiziert, dass das IIoT bis 2025 ein 500-Milliarden-Dollar-Markt sein wird.

Ein Vorteil des IIoT ist die gleichzeitige Bereitstellung von Daten aus mehreren Standorten und Quellen, sei es innerhalb derselben Produktionsanlage oder über mehrere Anlagen oder geografische Standorte verteilt. Die Cloud ermöglicht eine zentrale Verwaltung aller IIoT-Ressourcen, aber diese Verwaltung kann von jedem Ort im Unternehmen oder auf der ganzen Welt aus erfolgen. Sie bietet Geschäftskontinuität und Ausfallsicherheit, wenn an einem Standort ein Notfall oder eine Naturkatastrophe eintritt, da der Betrieb an den anderen Standorten fortgesetzt werden kann und Echtzeit-Updates eine schnelle Reaktion ermöglichen.

Die herkömmliche IT-Speicherung erfordert Hardware, Systemware, Server und umfangreiche Datenbanken, und wenn der Standort ausfällt, können die Daten verloren gehen. Mit der IIoT-Cloud-Technologie sind die Daten geschützt und zugänglich, während sie gleichzeitig verschlüsselt und durch die Cybersicherheitsprotokolle der Cloud gesichert sind.

IIoT ist eine Form des Edge-Computing, bei dem das Ziel darin besteht, die Ressourcen aus den herkömmlichen Rechenzentren so nah wie möglich an den Ort zu bringen, an dem sie benötigt werden, und gleichzeitig die Sicherheit, den Datenschutz und den Schutz vor Cyberangriffen zu gewährleisten.

GlobalLogic’s „Immunizing Edge Computing“ wirft einen tieferen Blick auf den Schutz von Daten bei der Arbeit im Edge-Bereich.

Fazit

Dies sind nur einige Beispiele dafür, wie die Cloud-Technologie den Fertigungsbereich verändert. Intelligente Automatisierung, einschließlich VR/AR, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen, automatisierte Roboterverarbeitung und autonome Mikrosysteme sind führend bei Innovationen in der intelligenten Fertigung.

Dieser Trend wird sich fortsetzen, da die Kosten für Rechenleistung und damit verbundene Ressourcen weiter sinken. Die genaue Festlegung, wie die Cloud genutzt werden soll und was am Rande passieren kann, ist ein wesentlicher Bestandteil Ihrer Strategie für intelligente Fertigung, und die Zusammenarbeit mit einem Experten für Cloud-Technologie ist ein wichtiger Teil Ihres Geschäftsplans für intelligente Automatisierung.

Mit der fortschreitenden Innovation werden die „Ränder“ immer intelligenter und ermöglichen eine leistungsfähigere Zusammenarbeit. Je mehr die Edge-Knoten durch maschinelles Lernen „lernen“, indem sie Daten analysieren, die Umgebung wahrnehmen und Daten verarbeiten, desto mehr Informationen stehen für die gemeinsame Nutzung zur Verfügung, sei es Peer-to-Peer oder über ein Netzwerk. Das IIoT wird eine intelligente Zusammenarbeit in der einen oder anderen Form ermöglichen.

Cobots für einzelne Stationen, Lagerroboter und selbstfahrende autonome Autos werden weiterhin innovationsgetrieben sein und die Spanne der kollaborierenden autonomen Systeme repräsentieren, wobei keine Grenzen am Horizont zu erkennen sind. Intelligente Automatisierung, das IIoT und andere Anwendungen werden auch in Zukunft robuste, skalierbare und leistungsstarke Systeme mit differenziertem Verhalten hervorbringen.

Hier erfahren Sie, wie wir Ihnen helfen können, die Leistungsfähigkeit der Cloud für die Entwicklung von Produkten zur Skalierung Ihrer Produktion zu nutzen.