Die Fabrik von morgen

Software ist durch Industrie 4.0 zum wesentlichen Motor jeglichen Industriezweigs geworden. In der Metallbearbeitung ist sie das Herz, mit der eine Maschine erst effizient wird und ihr Potenzial voll ausgeschöpft werden kann. Sie ist zugleich das Gehirn, das dabei hilft, Abläufe und Produktionsprozesse zu steuern, zu organisieren, zu verwalten und zu koordinieren. Software macht Maschinen intelligenter und hilft Unternehmen, sich zur Smart Factory zu entwickeln.

Stellen wir uns einmal vor, wie die Maschine der Zukunft in einer Fabrik der Zukunft aussieht und was sie alles ermöglichen wird. Zwar wird nach wie vor ihre primäre Aufgabe sein, mit weniger Aufwand mehr zu produzieren. Das wird sie aber mithilfe von Hyperkonnektivität und Interoperabilität erfolgreicher tun, wenn sie physische und digitale Technologien erfolgreich kombiniert und dank modernster Softwarelösungen besser darauf eingestellt ist, Daten optimal zu nutzen.

In zukünftigen Fabriken werden wir eine viel stärker integrierte Maschine sehen, die dank der Hyperkonnektivität weniger menschliche Aufsicht benötigt. Wir werden häufiger Multifunktionsmaschinen im Einsatz sehen, die besser in die übrigen Anlagensysteme integriert sind. Es gibt diese Maschinen bereits. Sie gehören aber zu den seltenen Exemplaren, die noch schwer zu finden sind – außer in Branchen mit hohem Automatisierungsgrad und vorhersehbarer Produktion, wie etwa der Automobilindustrie. Die allgemein in der Blechfertigung eingesetzte Maschine der Zukunft wird aber zweifellos besser vorbereitet und ausgestattet sein als die heutige, um mehr Aufgaben gleichzeitig und mit größerer Flexibilität erledigen zu können.

Etliche Neuerungen dieser Art ermöglicht schon heute die Software-Suite von Lantek. Rund um die CAD/CAM-Software zur automatisierten CNC-Programmierung von Blechschneidmaschinen, Lantek Expert, ist über die Jahre eine ganze Software-Architektur entstanden, die Unternehmen in der gesamten Prozesskette unterstützt – von der Angebotskalkulation über die Fertigung bis zur Rechnungsstellung, Lagerverwaltung und Kunden- sowie Geschäftsanalyse.

Da ist beispielsweise das System Lantek WOS zur Fertigungsverfolgung und -kontrolle: Es kann Signale an die Maschine senden, etwa zum Starten von Schneidvorgängen, und auch von der Maschine empfangen, wenn der Schneidprozess abgeschlossen ist. Das ermöglicht die Verwaltung von Aktivitäten in Echtzeit, wie in unserem Beispiel die Erfassung der Bearbeitung eines Blechs, und das Speichern aller zugehörigen Informationen in der Datenbank. Auf dem Bedienfeld des Computers entsteht daraus ein wahrheitsgetreues Abbild der Aktivitäten in der Werkstatt. In Zusammenarbeit mit dem Fertigungsmanagementsystem (Lantek MES) und der Betriebsmanagementsoftware (Lantek Integra) ermöglicht es Verantwortlichen, alle im Betrieb relevanten Daten in Echtzeit im Blick zu halten und auch zu nutzen, etwa um realistische Fertigungskosten zu berechnen.

Zentrales Element der Fabrik der Zukunft wird auch weiterhin die Maschine sein – jedoch wird sie kommunikationsfähig sein müssen, um verschiedene Produktionssysteme zu verstehen und sich mit ihnen austauschen zu können. Dafür braucht sie Software, die sie dazu befähigt. Bislang hat die Blechfertigung eine Vielzahl von Industrieprotokollen verwendet, um Systeme miteinander zu verbinden. Während für die Automatisierung und die Interaktion zwischen verschiedenen Maschinen weiterhin Low-Level-Protokolle erforderlich sein werden, tendiert der Markt bei der Systemsteuerung und dem softwaregesteuerten Zugriff auf die Maschine zunehmend in Richtung von Standardprotokollen und insbesondere zum Standard OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture).

Dieser für die industrielle Automatisierung konzipierte Standard ermöglicht den Austausch von Informationen und Daten in Maschinen, zwischen Maschinen und von Maschinen zu Systemen. Er erfährt aktuell ein enormes Wachstum in Bezug auf seine Nutzung sowie auf seine Normung, da es immer mehr Spezifikationen dazu gibt. Insbesondere die Veröffentlichung des eigenen OPC UA-Standards für Werkzeugmaschinen (Spezifikation 40501-1) im vergangenen Jahr hat seiner Implementierung einen großen Schub verliehen. Denn es stellt einen weiteren Schritt zur Vereinfachung der Kommunikation Maschine-zu-Maschine („M2M“) für Hersteller dar, um die Kluft zwischen IT (Informationstechnologie) und OT (operative Technologie) zu überbrücken. Das wird die Nutzung von Maschinen in Zukunft erheblich weiterbringen und eine deutliche Steigerung ihrer Effizienz ermöglichen.

Die Fabriken von morgen werden mithilfe von Sensoren die Vorteile des industriellen Internet der Dinge (IIoT) für die Werksteuerung und Unternehmensführung nutzen. Entsprechend sind die Daten die Komponente, die sich am stärksten verändern wird. Denn obwohl die Bedeutung einer guten Datenerfassung und -analyse für einen besseren Betrieb bekannt ist, wurden bislang die von Maschinen gelieferten Informationen so gut wie nicht erfasst und gespeichert, geschweige denn: ausgewertet.Immer mehr Unternehmen erkennen derzeit die Bedeutung von Daten als eine Quelle echten Mehrwerts. Entsprechend wird auch die Maschine der Zukunft viel mehr Sensoren enthalten, um Daten erfassen und verarbeiten zu können, um sie anschließend für die Weiterverarbeitung und Analyse in lokale Speichersysteme oder die Cloud hochzuladen, letzteres entweder direkt (Edge Computing) oder über zwischengeschaltete, lokale Systeme (Fog Computing). Zu sagen, dass wir deshalb in zehn Jahren allerorten völlig autonome Fabriken vorfinden werden, ist vielleicht etwas gewagt. Aber tatsächlich werden aktuell sehr wichtige Schritte bei der Einbindung von Technologien unternommen, die eine stärkere Integration und Automatisierung ermöglichen – und Datenauswertung und -nutzung spielt dabei eine Schlüsselrolle.

Doch werden die Maschinen der Zukunft in der Lage sein, selbstständig bestimmte Geschäftsanforderungen im Voraus zu erkennen, vorherzusagen oder abzuschätzen? Etwa für eine automatische Bestandskontrolle, eigenständige Nachbestellung oder den automatischen Versand. Langfristig ist es sicher möglich, dass Maschinen hier Fortschritte machen. Kurz- bis mittelfristig werden diese Aufgaben eher übergreifende Produktionsmanagementsysteme leisten, unter denen die Maschinen arbeiten und mit denen sie kommunizieren. Denn es ist durchaus sinnvoll, dass ein orchestrierendes Element wie ein MES-System übergeordnet alle Produktionsanforderungen regelt, da es den Überblick hat und Unternehmen ermöglicht, viel intelligenter und flexibler zu reagieren.

Dafür wird sich langfristig die Blickrichtung umkehren – von der auftragsbezogenen Sichtweise zur teilebezogenen Sichtweise: In der Fabrik der Zukunft wird jedes einzelne Teil von sich aus seinen Weg vom Auftrag durch die Fertigung und möglicherweise externe Bearbeitung bis zur Montage oder zum Versand finden und dafür bei der kommunikationsfähigen Maschine anfragen, ob sie bereit ist. Software wie die von Lantek, die diese Arbeitsweise mithilfe von Künstlicher Intelligenz unterstützt, wird der Fabrik der Zukunft viel Optimierungspotenzial im Sinne von Echtzeit-Fertigung bieten. Wenn jedes Teil seinen eigenen, optimalen Weg durch die Fertigung sucht, kann die Platzierung von Teilen auf dem Blech und damit das Schneiden selbst optimiert werden, um das Material bestmöglich zu nutzen, die Abfallmengen auf ein Mindestmaß zu reduzieren und die Produktionskosten zu senken. Eine teilebezogene Fertigung hat im Sinne des Echtzeit-Managements sämtliche Fertigungsdaten im Blick und kann die Arbeitslast gleichmäßig verteilen, um Unterbrechungen in der Produktion zu vermeiden und im Falle des Stillstands einer Maschine Schneidaufträge vollautomatisch einer anderen zuzuweisen. Mithilfe der Datenhistorie können für eine verlässliche Auftragsprognose Verhaltensmuster in der Nachfrage analysiert, Trends visualisiert und so die Konsumentwicklung vorweggenommen werden – sei es für Aufwärts- oder Abwärtsentwicklungen – und somit Material- und Personalbedarf besser eingeschätzt und geplant werden. Nicht zu vergessen: die automatisierte Angebotserstellung. Auf Grundlage realer Daten aus der Fertigung und der voraussichtlichen Kosten können Kalkulationen wesentlich schneller, effizienter und verlässlicher erstellt werden.

Bei unserem Blick in die Zukunft sprechen wir über Technologien, die bereits heute mehr oder weniger stark eingesetzt werden: die Cloud-Technologie, künstliche Intelligenz, 5G/6G, IIoT, der digitale Zwilling. Und sie sind sicher nur die Spitze des Eisbergs aller Möglichkeiten, der da auf uns zukommt.

Ohne das direkte oder indirekte Eingreifen von Menschen wird ihre Nutzung jedoch nicht möglich sein. Maschinen und Technologien mögen sich zwar weiterentwickeln – aber es ist immer noch der Mensch, der sie entwirft und funktionsfähig macht. Es wäre unrealistisch zu glauben, dass Maschinen eines Tages keine Aufsicht mehr erfordern – aber die Automatisierung wird es ermöglichen, dass ein und dieselbe Person mehr Arbeit erledigen kann. Das steigert die Produktivität und auch Rentabilität. Und nicht alles lässt sich automatisieren. Zwar kann eine vernetzte Maschine von sich aus ihren Wartungsbedarf melden und einen Service-Techniker reservieren. Die Wartung selbst, Überwachung und Management werden aber weiterhin von Menschen erledigt. Und es werden Kapazitäten für Aufgaben frei, die sich aus den veränderten Bedingungen ergeben und schließlich neue Berufe schaffen.