Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) hat die Funktionsweise der Welt verändert – von intelligenten Glühbirnen, die unsere Häuser beleuchten, bis hin zum Trend der Smart-City-Bewegung, die die Welt im Sturm erobert. Es steht außer Frage, dass miteinander vernetzte Dinge unser Leben leichter machen.
Das „Internet der Dinge“, also „alles, was mit dem Internet verbunden ist“, sprengt die Märkte und durchdringt jeden Winkel der Welt, von Schulen über Flughäfen bis hin zu Krankenhäusern und vielem mehr. Besonders in der verarbeitenden Industrie führt das IoT zu tiefgreifenden Veränderungen und wird dort als „Industrial Internet of Things“, kurz IIoT, bezeichnet.
Das Industrial IoT ist ein Ökosystem aus Sensoren, das Daten sammelt und in Erkenntnisse umsetzt, die zur Optimierung der Produktionsabläufe verwendet werden. In den vergangenen Jahren ist die Bedeutung des IIoT beständig gewachsen – und dieser Trend wird sich voraussichtlich fortsetzen. Laut Market Watch wird der weltweite IoT-Markt bis 2023 voraussichtlich auf 751,3 Mrd. US-Dollar anwachsen, was einer Steigerung von 23,88 % gegenüber 2017 entspricht.
Das US-amerikanische Marktforschungs- und Beratungsunternehmen IDC schätzt, dass bis 2025 41,6 Mrd. IoT-Geräte verbunden sein werden, die 79,4 Zettabyte Daten erzeugen.
Mit anderen Worten, das Internet der Dinge setzt sich in der verarbeitenden Industrie durch. Heutzutage bieten IoT-fähige Fabriken unzählige entscheidende Vorteile, unter anderem niedrigere Anlauf- und Betriebskosten, eine höhere Produktivität und Effizienz, sicherere Arbeitsbedingungen und vieles mehr.
Aber wie genau sorgt das Industrial IoT in den genannten Bereichen für einen Vorsprung? In diesem Artikel wollen wir einen genaueren Blick auf die revolutionären Auswirkungen des IoT in den Fertigungsstätten dieser Welt werfen.
1. Vorausschauende Wartung
Traditionell verfolgten die Hersteller einen „vorbeugenden“ Wartungsansatz, der regelmäßige Kontrollen vorsah, die nur auf dem Alter der Betriebsgeräte und Maschinen beruhten. Laut Untersuchungen des Technologieforschungsunternehmens ARC Advisory Group fallen Geräte jedoch nur in 18 % der Fälle altersbedingt aus. Die übrigen 82 % der Ausfälle sind auf zufällig auftretende Fehler zurückzuführen, was den auf dem Alter der Geräte basierenden Wartungsansatz ineffektiv und kostspielig macht. Der in letzter Zeit zu beobachtende verstärkte Einsatz des IoT in der Fertigung hat einen Wandel hin zu einem prädiktiven Ansatz zur Erkennung und Vorhersage von Maschinenstörungen bewirkt. Mit der Fähigkeit, große Datenmengen zu speichern und Algorithmen für maschinelles Lernen auszuführen, können IoT-basierte Lösungen potenzielle Gefahren vorhersagen und prognostizieren, wann Geräte ausfallen werden.
2. Überwachung der Produktionsabläufe
Um die Qualität, die Kosteneffizienz und die Optimierung der Geschäftsprozesse sicherzustellen, müssen die Produktionsprozesse einer Anlage kontinuierlich und präzise überwacht, gesteuert und angepasst werden – und zwar immer. In einer vernetzten Fabrik können ganze Produktionslinien überwacht werden. Mit IoT können Maschinen miteinander kommunizieren, um die Produktion selbst zu koordinieren und zu verschieben. Dadurch werden die Umrüstzeiten optimiert und die Lose präzise ohne Überschuss oder Minderproduktion ausgeführt. Zusätzlich können zu jedem Zeitpunkt des Prozesses Maschinenschäden erkannt und registriert, Teile bestellt und/oder zum Produktionslauf hinzugefügt, Serviceeinsätze geplant und Prozesse angepasst werden.
3. Qualitätskontrolle
Früher war die Qualitätskontrolle in den Betrieben rein reaktiv. Wenn bei einem Artikel etwas schief lief, waren die Arbeiter in der Produktion dafür zuständig, den Fehler (hoffentlich) rechtzeitig abzufangen. Aber selbst die besten Fließbandarbeiter machen Fehler und übersehen mal etwas. Sie sind schließlich auch nur Menschen. Allerdings führt das dazu, dass bei vielen Betrieben große Mengen an Ausschuss entstehen.
IoT ändert das. In einer intelligenten Fabrik werden die Geräte so programmiert, dass sie die Materialqualität überwachen, nach Defekten suchen, die Leistung der Geräte in Echtzeit analysieren und das fertige Produkt messen und testen. Wenn an einem beliebigen Punkt des Fließbands ein Problem auftritt, kann es sofort behoben werden.
Auf der menschlichen Seite erleichtern visuelle Arbeitsanweisungen den Mitarbeitern das Erfassen und Teilen von Best Practices für effiziente Qualitätskontrollen im laufenden Prozess. Es hat sich gezeigt, dass dies allein die Anzahl der Störungen um bis zu 95 % reduziert. Die Kombination aus mit Sensoren ausgestatteten Maschinen, die miteinander kommunizieren, und digitalen Arbeitsanweisungen, die ein effizienteres Arbeiten ermöglichen, verhindert letztendlich kostspielige Verzögerungen und Materialverschwendung.
4. Sicherere Betriebsumgebung für Arbeiter
Laut einem Bericht des US Bureau of Labour and Statistics aus dem Jahr 2019 gab es in der privaten verarbeitenden Industrie zwischen 2003 und 2017 insgesamt 5480 tödliche Unfälle. Ja, Kosteneinsparungen und effiziente Betriebsabläufe sind wichtig, aber der Faktor Mensch spielt in der Industrie eine große Rolle, die nicht übersehen werden darf.
Mit dem Aufkommen des Industrial IoT haben die Fertigungsstätten erhebliche Fortschritte beim Schutz ihrer Arbeitnehmer gemacht. Mithilfe intelligenter, vernetzter Geräte können die Vorgesetzten die Gesundheit und Sicherheit der Mitarbeiter im Blick behalten, indem sie beispielsweise Krankheiten und Verletzungen, Fehlzeiten, Beinaheunfälle und Maschinen- oder Fahrzeugunfälle nachverfolgen. Werden Trends erkannt, können Probleme proaktiv gelöst werden, um künftige Vorfälle zu vermeiden.
Auch Wearables kommen seit ein paar Jahren immer häufiger zum Einsatz. Sie dienen den Schutz der Mitarbeiter vor Verletzungen am Arbeitsplatz und sind mit Sensoren ausgestattet, die die Nähe eines Mitarbeiters zu Maschinen überwachen und sowohl den Bediener als auch den Mitarbeiter alarmieren können, wenn er sich der Gefahrenzone zu sehr nähert. Vernetzte Dinge können auch zur Überwachung der Arbeitsumgebung verwendet werden. Beispielsweise können Sensoren einen Austritt von Gas erkennen, das durch die Rohre entweicht, bevor es Übelkeit (oder Schlimmeres) verursacht.
5. Bestands-/Lieferkettenmanagement
Eine der größten Herausforderungen des Bestandsmanagements besteht darin, den Lagerbestand auf einem ausgeglichenen Niveau zu halten, sodass weder Materialien fehlen noch das Lager überfüllt ist. Das erfordert eine perfekt terminierte Nachbestellung. Die gute Nachricht ist, dass dies nahtlos mit einem Prozess erreicht werden kann, der von Analysen, Erkenntnissen und kontextueller Intelligenz gesteuert wird.
Geräte wie Wearables, Sensoren und RFID (Radio Frequency Identification Tags) liefern wichtige Informationen zu den Materialien, unter anderem zu Position, Status, und Bewegung. Dank Asset Tracking, Überwachung und Alarmen in Echtzeit können die Lagerleiter und Lieferkettenmanager Ereignisse über eine Lieferkette hinweg überwachen.
Die vollständige Übersicht über die Lagerbestände ermöglicht genauere Schätzungen der verfügbaren Materialien, der laufenden Arbeiten und der voraussichtlichen Ankunft neuer Materialien. Insgesamt führt dies zu einer Optimierung der Lieferkette und einer Senkung der Kosten. Darüber hinaus kann IoT Lieferanten in den Mix einbeziehen, um einen kollaborativen Ansatz für das Lieferkettenmanagement zu ermöglichen. Durch die Vernetzung von Fertigungsstätten und Lieferanten erlaubt IoT den Lieferkettenmanagern, Abhängigkeiten besser zu identifizieren, den Materialfluss zu verwalten und die Produktionszyklen optimal einzustellen.
6. Prozessoptimierung
Die oben genannten Aspekte führen natürlich insgesamt zu einem effizienteren Betriebsmanagement. Die vernetzte Fabrik bietet in den verschiedenen Prozessen bedeutende betriebliche Vorteile, unter anderem in Bezug auf die Maschinenauslastung, die Verwaltung der Fließbänder, die Optimierung der Lieferkette, die Sicherheit der Mitarbeiter und die Qualitätskontrollprozesse.
Während maschinengesteuerte Sensoren Bedingungen, Geräte und Arbeitsabläufe zur allgemeinen Prozessoptimierung überwachen können, helfen elektronische Arbeitsanweisungen den Bedienern, ihre Aufgaben besser zu erledigen, die Gesamtproduktivität zu steigern und Ausfallzeiten zu minimieren. Eine gesteigerte Prozesseffizienz führt zu geringeren Kosten und gewährleistet die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.
7. Customer Satisfaction
Ein mit Sensoren ausgestattetes Lager ermöglicht es Kunden, in Echtzeit über den Verbleib ihrer Bestellung informiert zu werden. Darüber hinaus bieten Sensoren wertvolle Einblicke in die Kundennutzung. Diese Einblicke können nicht nur zur Entwicklung von besseren Produkten mit optimierten Wartungsempfehlungen verwendet werden, sondern erlauben es auch, die Kunden auf potenzielle Probleme aufmerksam zu machen.
Mit der Fähigkeit eines Unternehmens, Kunden zufriedenzustellen, steht und fällt schließlich der Erfolg. Geschäftsabläufe und Back-End-Prozesse sind sicher von entscheidender Bedeutung, doch ohne Kunden, die die Produkte kaufen, hat kein Unternehmen eine Zukunft. Das Internet der Dinge hat den Herstellern einen erheblichen Wettbewerbsvorteil verschafft, da sie nun die Erwartungen der Kunden realistisch vorhersagen und erfüllen können.
Bislang haben wir nur einen Bruchteil des Potenzials des IoT ausgeschöpft. In den kommenden Jahren sind weitere Fortschritte zu erwarten, die die verarbeitende Industrie tiefgreifend prägen werden.
8. KI + IIoT: eine leistungsstarke Kombination
Unabhängig voneinander sind KI und IoT zwei außergewöhnliche Technologien, die in den letzten zehn Jahren die betrieblichen Abläufe grundlegend verändert haben. Die Kombination der „Gehirne“ der KI mit dem Komfort vernetzter Dinge macht das „KIoT“ zu einem intelligenten Netzwerk verbundener Systeme, das die Fähigkeit besitzt, sich selbst zu korrigieren. Laut McKinsey schreitet die KI zehnmal schneller voran als die industrielle Revolution – und übertrifft diese in ihrer Ausbreitung um das Dreihundertfache. Anders ausgedrückt: KI wird weltweit zunehmend omnipräsent, was für die Hersteller exponentiell schnellere und effizientere Prozesse und niedrigere Gesamtkosten bedeutet. Es ist absehbar, dass KI und das IoT künftig noch enger miteinander verflochten werden. Dies wird es den Herstellern ermöglichen, die Massenproduktion von Waren in größerem Umfang zu realisieren, und das mit besseren Ergebnissen und zu niedrigeren Kosten.
9. IoT-getriebene Roboter verbessern die Arbeitssicherheit
Laut der Robotic Industries Association stiegen die Bestellungen von Robotern bis zum dritten Quartal 2019 um 5,2 % auf 1,3 Mrd. USD. Wir können davon ausgehen, dass sich dieser Trend fortsetzt, da Roboter den Betrieb beschleunigen, Prozesse automatisieren und kostspielige menschliche Fehler reduzieren. Vielleicht noch wichtiger ist, dass die Robotik in der Fertigung auch die Arbeitssicherheit verbessern kann. Roboter nehmen den Platz des Menschen ein und führen repetitive, den Bewegungsapparat schädigende Tätigkeiten aus oder solche, die für menschliche Arbeiter zu gefährlich sind.
Während die Hersteller den Einsatz von Robotersystemen zur Prozessoptimierung und zur Verbesserung der Arbeitssicherheit ausloten, werden digitale Arbeitsanweisungen in der Robotik immer wichtiger für die ordnungsgemäße Einrichtung, Wartung und den sicheren Betrieb komplexer Roboteranlagen.
10. 5G-gestütztes IIoT ermöglicht die Kommunikation in Echtzeit
5G, der Mobilfunkstandard der fünften Generation, gewinnt seit 2019 an Bedeutung, und seine Auswirkungen auf die Geschwindigkeit sind tiefgreifend. Der neue Mobilfunkstandard ist voraussichtlich zehnmal schneller als aktuelle LTE-Netze und wird sich überall erheblich auf die Leistung und Zuverlässigkeit der angeschlossenen Geräte auswirken. 5G verspricht geringe Latenz sowie hohe Bandbreite und Zuverlässigkeit, um Fertigungsprozesse und -abläufe zu beschleunigen. Kommunikation und Datenaustausch zwischen IoT-Geräten sind nun deutlich schneller möglich, was die Einführung intelligenter Fertigungsprozesse in großem Stil zulässt.
11. Nachhaltigkeit durch Energieeffizienz
Laut U.S. Energy Information Administration verbraucht die verarbeitende Industrie 54 % des weltweit gelieferten Stroms. Die gute Nachricht ist, dass durch einen verstärkten Einsatz des IoT in den Fertigungsstätten der Energieverbrauch voraussichtlich sinken wird. Und das funktioniert so: Die Leiter intelligenter Fabriken können leicht erkennen, welche Geräte und Maschinen am meisten Energie verbrauchen, und diese so programmieren, dass sie je nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden. Je mehr Fabriken einen vorausschauenden, „intelligenten“ Ansatz für die Gerätewartung verfolgen, desto mehr Fehler werden aufgedeckt, bevor nicht optimierte Systeme zu viel Energie verbrauchen.
Durch die Möglichkeit, den Energieverbrauch zu überwachen und sofortige Maßnahmen zur Behebung von Problemen zu ergreifen, können Fertigungsbetriebe sicherstellen, dass ihre Maschinen mit maximaler Effizienz und Kapazität arbeiten, ohne unnötig viel Energie zu verbrauchen.
