Effiziente Fertigung und Nachhaltigkeit durch Factory Edge: IoT und Industrie 4.0 im Fokus
IoT, Industrie 4.0 sind in aller Munde. Heute betrachten wir einige Ansätze und Beispiele aus der Automobilindustrie und Prozessoptimierung im Bereich Spritzgießmaschinen. Aktuell arbeitet Covanlig unter anderem an einem Projekt mit Schwerpunkt Energieberatung, -einsparung und -optimierung. Die Potenziale lassen sich aber auch bereits in der Automobilindustrie mit „Factory Edge“ erkennen.
In der modernen Fertigung gewinnt die Umsetzung von Industrie-4.0- und IoT-Szenarien zunehmend an Bedeutung. Ein entscheidendes Hilfsmittel hierfür ist das Konzept der Factory Edge, dass die Datenverarbeitung näher an die Produktionslinie verlagert. Dies ermöglicht eine schnellere Analyse großer Datenmengen und optimiert sowohl Fertigungs- als auch Logistikprozesse. Durch die direkte Verarbeitung an der Quelle werden Latenzzeiten reduziert und die Effizienz gesteigert, was insbesondere für Anwendungen in Künstlicher Intelligenz, Robotik und vorausschauender Wartung wichtig ist.
Factory Edge stützt sich auf eine angepasste IT-Infrastruktur, die auf Technologien wie Container, Kubernetes, KI und eine offene Hybrid-Cloud-Plattform (z.B. Red Hat OpenShift) setzt. Diese Infrastruktur ermöglicht eine konsistente und skalierbare Bereitstellung von Anwendungen, die für dynamische Produktionsanforderungen optimiert sind. Initiativen wie die Open Manufacturing Platform (OMP) arbeiten daran, diese Entwicklungen durch Open-Source-Standards voranzutreiben. Insgesamt bietet Factory Edge die Grundlage für innovative, effiziente und intelligente Produktionsprozesse in der Industrie 4.0.
Aber was genau ist Factory Edge?
Factory Edge ist ein Konzept innerhalb der Industrie 4.0, das auf dem Prinzip von Edge Computing basiert und speziell auf Fertigungs- und Produktionsumgebungen zugeschnitten ist. Es bezieht sich auf die Verlagerung der Datenverarbeitung von zentralisierten Rechenzentren direkt an die „Edge“, also an den Rand des Netzwerks, wo die Daten generiert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass Rechenoperationen und Datenanalysen näher an den Maschinen und Anlagen stattfinden, die in der Produktion verwendet werden, wie beispielsweise Roboter, Sensoren oder Steuerungssysteme.
Factory Edge in Kürze:
Dezentrale Datenverarbeitung: Daten werden direkt an der Produktionslinie verarbeitet, anstatt sie an zentrale Server oder Cloud-Rechenzentren zu senden. Dies ermöglicht schnellere Reaktionszeiten und reduziert die Latenz.
Echtzeit-Analysen: Durch die unmittelbare Nähe zur Datenquelle können Echtzeit-Analysen und Entscheidungen direkt vor Ort getroffen werden. Das ist besonders wichtig für Anwendungen, die sofortige Reaktionen erfordern, wie z.B. die vorausschauende Wartung oder die Qualitätskontrolle.
Optimierung von Fertigungs- und Logistikprozessen: Mit Factory Edge können Produktionsprozesse effizienter gestaltet werden, indem z.B. Anomalien oder potenzielle Ausfälle frühzeitig erkannt und behoben werden. Dies erhöht die Produktivität und reduziert Ausfallzeiten.
Reduzierte Abhängigkeit von Cloud-Verbindungen: Selbst bei Unterbrechungen der Verbindung zu zentralen Servern oder der Cloud können die Edge-Geräte weiterhin autonom arbeiten, was die Zuverlässigkeit und Stabilität der Produktionsprozesse verbessert.
Skalierbarkeit und Flexibilität: Durch die Integration in Hybrid-Cloud-Architekturen können Anwendungen und Services flexibel von zentralen Standorten auf die Edge erweitert werden, was eine bessere Skalierbarkeit und Anpassung an spezifische Anforderungen ermöglicht.
Integration moderner Technologien: Factory Edge unterstützt die Nutzung von Technologien wie Künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen, Internet der Dinge (IoT), Robotik, und Augmented Reality (AR), die in den Produktionsprozessen eingesetzt werden.
In der Automobilindustrie hat man in den vergangenen Jahren an diesen Punkten entlang ein Konzept entworfen, um die Prozesse direkt in der Produktion anzupassen und die Vorteile vom Factory Edge-Ansatz in die Praxis umzusetzen. Daher spielt Factory Edge in der Automobilindustrie heute eine bedeutende Rolle, weil es die Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen vorantreibt. Um diese besser zu verstehen hier nun einige Punkte, wie Factory Edge in der Automobilindustrie eingesetzt wird:
Echtzeit-Datenverarbeitung und -Analyse: Factory Edge ermöglicht es, Daten direkt an den Produktionsstandorten, wie z.B. in Fertigungsstraßen oder Montagelinien, zu verarbeiten. In der Automobilindustrie ist dies besonders wichtig, um die Qualität in Echtzeit zu überwachen, Anomalien sofort zu erkennen und umgehend zu reagieren. So können z.B. Fehler in der Produktion schneller identifiziert und behoben werden, bevor sie größere Auswirkungen haben.
Vorausschauende Wartung: Durch die Integration von Sensoren und Echtzeitdatenanalysen können potenzielle Ausfälle von Maschinen und Anlagen frühzeitig erkannt werden. In der Automobilproduktion bedeutet dies, dass Wartungsarbeiten geplant werden können, bevor ein tatsächlicher Ausfall eintritt, wodurch Stillstandszeiten minimiert und die Produktionskontinuität gesichert wird.
Optimierung der Lieferkette: Factory Edge unterstützt die Automobilindustrie bei der Optimierung von Logistik- und Lieferkettenprozessen. Durch die Vernetzung von Produktionsstätten mit Zulieferern können Bestände in Echtzeit überwacht und Just-in-Time-Lieferungen besser koordiniert werden. Dies reduziert Lagerkosten und sorgt für eine effizientere Produktionsplanung.
Integration von neuen Technologien: Die Automobilindustrie nutzt Factory Edge, um fortschrittliche Technologien wie Robotik, autonome Produktionssysteme und Künstliche Intelligenz zu integrieren. Diese Technologien können durch die Echtzeitverarbeitung von Daten direkt vor Ort unterstützt werden, was die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Produktion erhöht.
Unterstützung bei der Fertigung von Elektrofahrzeugen: Die Produktion von Elektrofahrzeugen erfordert hochspezialisierte Fertigungsprozesse, die durch Factory Edge optimiert werden können. Beispielsweise kann die Fertigung von Batterien, die sehr empfindlich auf Produktionsfehler reagiert, durch die Echtzeitüberwachung und -steuerung verbessert werden.
Skalierbarkeit und Flexibilität: Da die Automobilproduktion oft in verschiedenen Regionen und mit unterschiedlichen Anforderungen stattfindet, bietet Factory Edge die notwendige Flexibilität, um Produktionsprozesse je nach Bedarf lokal anzupassen. Das ermöglicht eine schnellere Einführung neuer Modelle oder Technologien in verschiedenen Werken weltweit.
Sicherheit und Ausfallschutz: Factory Edge verbessert die Sicherheit der Produktionsprozesse, da auch bei Ausfällen der zentralen IT-Infrastruktur die lokale Verarbeitung fortgeführt werden kann. Dies ist besonders wichtig in der Automobilindustrie, wo Produktionsausfälle teuer und schädlich für die Lieferketten sein können.
Anhand dieses Beispiels kann man bereits das Potenzial auch für andere Industriezweige bzw. die gesamte Industrie erkennen. In einem unserer Projekte arbeiten wir im Bereich Energieberatung und entwickeln gemeinsam mit unserem Kunden an einer Energiedatenplattform, die anhand von Algorithmen die gesamten im Hintergrund gesammelten Daten z.B. von Spritgießmaschinen oder Fertigungsmaschinen über eine IoT-Installation Daten einspeist und auswerten kann. Das entwickelte Dashboard gibt visuelle Hinweise auf Peaks etc. Damit sind endlich (Energie-)Daten sichtbar und genutzt, die bis dato zwar automatisch generiert wurden, aber durch fehlende Anbindung und Software nicht auswertbar waren. Mit der entstandenen Applikation kann unser Kunde direkt und in Echtzeit der Industrie ein individualisierbares Dashboard zur Verfügung stellen, das wie in der Automobilindustrie Echtzeit-Optimierungen ermöglicht.
Wie ermöglicht Factory Edge Energieeinsparungen konkret?
Wie beschrieben geschieht dies durch mehrere Mechanismen und Ansätze, die die Effizienz steigern und den Energieverbrauch optimieren. Hier sind einige spezifische Wege, wie Factory Edge in der Produktion Energieeinsparungen ermöglicht:
Optimierung des Maschinenbetriebs: Mit Factory Edge können Maschinen in Echtzeit überwacht und gesteuert werden. Durch die Erfassung und Analyse von Sensordaten direkt an der Produktionslinie können ineffiziente Betriebsweisen schnell erkannt und optimiert werden. Zum Beispiel kann eine Maschine, die nicht optimal arbeitet und dadurch mehr Energie verbraucht, sofort angepasst oder abgeschaltet werden, um Energie zu sparen.
Vorausschauende Wartung: Einer der Hauptvorteile von Factory Edge ist die Möglichkeit, vorausschauende Wartung zu betreiben. Durch die kontinuierliche Überwachung des Zustands von Maschinen kann Factory Edge dazu beitragen, ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren und sicherzustellen, dass Maschinen nur dann laufen, wenn sie wirklich benötigt werden. Dies verhindert unnötigen Energieverbrauch und verlängert gleichzeitig die Lebensdauer der Maschinen.
Reduktion von Leerlaufzeiten: Factory Edge kann durch die Echtzeit-Analyse der Produktionsprozesse helfen, Leerlaufzeiten von Maschinen zu minimieren. Wenn eine Maschine länger als nötig im Standby-Modus bleibt oder unter Volllast läuft, obwohl dies nicht erforderlich ist, führt dies zu Energieverschwendung. Factory Edge kann solche Situationen erkennen und die Maschinenaktivität entsprechend anpassen.
Intelligentes Energiemanagement: Durch die Integration von Factory Edge in die Produktionsinfrastruktur können Unternehmen intelligentes Energiemanagement implementieren. Dies umfasst die Anpassung des Energieverbrauchs an die Produktionsanforderungen, das Management von Lastspitzen und die Nutzung von Energieressourcen zur optimalen Zeit (z.B. dann, wenn die Energiepreise niedriger sind). Edge-Devices können auf diese Weise Energieverbrauchsdaten sammeln und Echtzeit-Entscheidungen treffen, um den Energieverbrauch zu senken.
Vermeidung von Übertragungsverlusten: Da die Datenverarbeitung bei Factory Edge lokal in der Nähe der Datenquelle stattfindet, werden weniger Daten an zentrale Server oder in die Cloud gesendet. Dies reduziert nicht nur die benötigte Bandbreite, sondern spart auch Energie, die sonst für die Übertragung und Verarbeitung in zentralen Rechenzentren aufgewendet würde.
Optimierung der Produktionsplanung: Durch die Echtzeitdatenanalyse kann Factory Edge dazu beitragen, Produktionspläne zu optimieren, sodass Maschinen effizienter eingesetzt werden und die Produktionsprozesse auf eine Weise organisiert sind, die den Energieverbrauch minimiert. Beispielsweise können energieintensive Prozesse dann geplant werden, wenn genügend erneuerbare Energie zur Verfügung steht, oder es können Produktionsabläufe so optimiert werden, dass sie möglichst wenig Energie verbrauchen.
Fazit:
Factory Edge bietet in der Produktion zahlreiche Möglichkeiten zur Energieeinsparung. Durch die Optimierung des Maschinenbetriebs, die vorausschauende Wartung, die Reduzierung von Leerlaufzeiten und die Implementierung von intelligentem Energiemanagement können Unternehmen ihre Energieeffizienz erheblich steigern. Dies führt nicht nur zu Kosteneinsparungen, sondern trägt auch zur Nachhaltigkeit und zum Umweltschutz bei, indem der CO₂-Fußabdruck der Produktion verringert wird.
Wir werden sicher in den kommenden Monaten noch einige spannende Projekte aus diesem Bereich beleuchten können. Essenziell ist weiterhin, dass Daten, die innerhalb von bestehenden Prozessen erhoben werden, nicht einfach irgendwo abgelegt werden und dort für Jahre verschwinden. Echtzeit-Daten und IoT-Anbindungen ermöglichen endlich die sinnvolle Nutzung dieser wertvollen, oftmals leider ungenutzten Daten für alle Bereiche, vor allem aber auch Einsparungen u.a. von Energie, dem Thema dieser Epoche!
