Five trends for the factory of the future

Which are the developments that will determine Industry 4.0 in the coming years? Philipp Wallner, Industry Manager – Industrial Automation+Machinery at Mathworks, discusses five of them. The most important factor will continue to be people.

Fabriken sollen profitabler, nachhaltiger und zukunftsfähiger werden. Daher ist es wichtig, langfristig zu planen, wie eine Produktion nicht nur 2020, sondern auch 2025 oder sogar 2030 voraussichtlich aussehen wird. Einige aktuelle Trends, liefern gute Anhaltspunkte, in welche Richtung diese Entwicklung geht. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Wünsche der Verbraucher nach mehr Anpassung und Individualisierung sowie das Bewusstsein für einen schonenderen Umgang mit Ressourcen und mögliche Auswirkungen auf die Umwelt. Auf den ersten Blick mag der Anspruch nach mehr Personalisierung bei gleichzeitiger Optimierung des Verbrauchs von Energie, Wasser und anderen Ressourcen widersprüchlich und unvereinbar erscheinen. Philipp Wallner zeigt fünf Möglichkeiten, wie dieser Spagat gelingen kann.

1. Cobots und KI werden zu Wegbereitern einer flexiblen Produktion

 Seit einigen Jahren diskutiert die Automatisierungsindustrie die Vision von „sample size one“: Wie können Produktionsanlagen Einzelstücke fertigen, ohne langes Umrüsten oder ohne ineffizient zu werden? Mit den Möglichkeiten von Industrie 4.0 kann diese Vision Wirklichkeit werden und eine umfassende Individualisierung in der Produktion gelingen. Damit sich diese Ziele erreichen lassen, dürfen Maschinen in der Fertigung nicht mehr nur starr und unflexibel eingesetzt werden. Bisher werden sie meist für ein bestimmtes Produkt in Betrieb genommen, parametrisiert und abgestimmt, das dann über Monate oder gar Jahre hinweg hergestellt wird. Die Produktionslinien von morgen müssen flexibel sein – aufgebaut aus mehreren mechatronischen Modulen, die leicht umgestaltet und rekombiniert werden können, mit immer mehr Robotern oder Cobots. Zusätzlich sollte eine KI eingebunden sein, die die Maschinen für das nächste – individualisierte – Produkt parametrisiert und einstellt.

2. Virtuelle Inbetriebnahme wird Realität

 Weil die Komplexität von Software immer weiter zunimmt und die Anzahl möglicher Kombinationen von modularisierten Softwarekomponenten steigt, werden umfassende Tests auf der physischen Maschine immer schwieriger und zeitaufwendiger. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Software virtuell in Betrieb zu nehmen, um Fehlerfreiheit zu prüfen. Außerdem kann auf Grundlage von Simulationsmodellen validiert werden, ob die Anforderungen erfüllt werden, bevor die physische Produktionsanlage überhaupt in Betrieb ist.

3. Entstehung branchenweiter Standards für vernetzte Maschinen

 Da Maschinen und Module im Werk dynamisch umgestellt werden, ist es wichtig, die Vernetzung sicherzustellen. Standardisierte Protokolle wie OPC UA TSN werden eine Schlüsselrolle dabei spielen, dass Geräte verschiedener Hersteller möglichst reibungslos zusammenarbeiten. Kabel werden verschwinden und durch drahtlose Protokolle wie 5G und seine Nachfolger ersetzt. Maschinen werden aber nicht nur untereinander verbunden, sondern auch mit Cloud-Systemen, in denen hohe Rechenleistung zur Verfügung steht, um leistungsfähige Algorithmen auf Business- und Engineeringdaten anzuwenden.

4. Edge Computing hilft bei der Entwicklung von KI und vorausschauender Wartung

 Die rasant steigende Rechenleistung von Industriesteuerungen und Edge-Computern sowie der Einsatz von Cloud-Systemen ebnen den Weg für eine neue Dimension der Softwarefunktionalität auf Produktionssystemen. KI-basierte Algorithmen können den Durchsatz der gesamten Produktionslinie optimieren und den Verbrauch von Ressourcen minimieren. Die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) wird sich weiterentwickeln und Daten nicht nur von einer Maschine oder einem Standort, sondern auch von mehreren Fabriken und Geräten verschiedener Hersteller berücksichtigen. Je nach Anforderung werden die Algorithmen auf Nicht-Echtzeitplattformen wie auch auf Echtzeitsystemen eingesetzt.

5. Mehr Möglichkeiten für gut ausgebildete Ingenieure

 Den größten Einfluss werden die Menschen haben, die in der Fabrik der Zukunft arbeiten. Indem sie Technologien und Tools von Unternehmen wie Mathworks einsetzen, werden mehr Ingenieure und Wissenschaftler an KI arbeiten. Die Fabrik der Zukunft braucht Ingenieure, die in der Lage sind, Modelle zu implementieren, mit großen Datensätzen umzugehen und Entwicklungswerkzeuge zu bedienen, um den Trends gerecht zu werden.

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