Weil Maschinen und Fertigungsprozesse immer komplexer werden, müssen Unternehmen das Arbeitsumfeld von Produktionsfachkräften neu denken. Das Internet of Things spielt dabei eine zentrale Rolle.

Eine Chipfabrik im Dresdner Stadteil Wilschdorf: Hier produziert der US-Halbleiterhersteller Globalfoundries leistungsfähige Mikrochips für hunderte von Kunden – darunter Automobilhersteller, Fertigungsunternehmen, IT- und Mobilfunkdienstleister oder Produzenten von Unterhaltungselektronik. Für die Fertigung der Chips in den sogenannten Reinräumen sind mehr als 1.000 Prozess-Schritte erforderlich. Die Regelventile für Reinstwasser, einem wichtigen Versorgungsmedium in der Halbleiterproduktion, spielen dabei eine zentrale Rolle. Während die Mitarbeiter vor Ort diese Ventile früher selbst kontrollierten, prüft jetzt eine IoT-Lösung die kritischen Komponenten. Dafür erfasst eine Edge-Computing-Plattform mit Machine Learning für Sensorikdaten den Zustand der Ventile in Echtzeit. Die Techniker müssen so nur noch die visualisierten Sensordaten auf einem Dashboard abrufen, statt die Ventile manuell zu prüfen. Das durchgehende Zustandsmonitoring und die datengestützte, bedarfsorientierte Wartung gewährleisten dabei eine deutlich höhere Ausfallsicherheit der Produktionsanlagen.

INDUSTRIE 4.0: DIE GESAMTE PROZESSKETTE IM BLICK

Fertigungsanlagen programmieren, Maschinenkomponenten wechseln, Materialflüsse steuern, Qualitätsstandards sichern – Produktionsfachkräfte sind echte Multitasking-Talente, die viele Aufgaben gleichzeitig koordinieren und dabei zu jeder Zeit ein hohes Maß an Konzentration an den Tag legen müssen. Sie sind für einen reibungslosen Ablauf der Produktionsprozesse zuständig, müssen zeitnah auf Unregelmäßigkeiten reagieren und viele aufeinanderfolgende Vorgänge im Blick behalten. Das ist leichter gesagt als getan, denn in der Regel arbeiten die Fachkräfte direkt an den Maschinen – kein besonders guter Ort, um sich einen zusammenhängenden Überblick über die gesamte Prozesskette in der Produktion zu verschaffen.

Müssen die Arbeiter zugleich viele Aufgaben manuell erledigen, beispielsweise um Stichproben zu entnehmen oder Anlagenkomponenten für abweichende Produktionschargen umzubauen, kann der eigentlich spannende Job schnell zur Stressprobe werden. Die gute Nachricht: Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) bietet viele Ansätze, um Angestellte in der Produktion zu entlasten, besser zu informieren und Prozesse langfristig zu optimieren.

DROHENDE STÖRUNGEN DANK VERNETZUNG AUF EINEN BLICK ERKENNEN

Um Produktionsfachkräften mehr Informationen bereitzustellen und wiederkehrende Tätigkeiten effizient zu automatisieren, braucht es Daten. An diese kommen Unternehmen, wenn sie ihre kritischen Anlagenkomponenten effizient vernetzen: Ventile, Pumpen, Pressen, Bohrer – alles, was maßgeblich zu einem reibungslosen Produktionsablauf beiträgt, liefert wichtige Informationen für die Fachkräfte vor Ort. Die Sensoren dieser Komponenten lassen sich zum Beispiel mit Funkmodulen bestücken, um wichtige Indikatoren wie Werkzeugverschleiß, Temperatur, Druck oder Luftfeuchtigkeit an eine IoT-Plattform in der Cloud senden zu können. So sind die Angestellten in der Fertigungshalle in der Lage, via Tablet oder Smartphone auf diese Informationen zuzugreifen und alle wichtigen Werte auf einen Blick einzusehen. Auf diese Weise erkennen sie beispielsweise, wenn wichtige Werkzeug- oder Maschinenkomponenten nicht ordnungsgemäß arbeiten und können etwaige Probleme beheben, bevor es zu Störungen im Ablauf kommt.

PROAKTIV HANDELN STATT ROUTINEN ABHAKEN

Mit den richtigen Informationen ausgestattet, müssen die Fachkräfte an den Maschinen deutlich seltener Routineuntersuchungen vornehmen – sie können den Status aller Komponenten jederzeit über die IoT-Plattform einsehen. In Kombination mit Anwendungen für Predictive Maintenance erkennen die Angestellten in der Fabrik drohende Probleme sogar schon weit im Voraus. Die Technologie antizipiert auf Basis der Daten spezielle Werte wie zum Beispiel die Abnutzung eines Maschinenteils und informiert die Produktionstechniker automatisch über anstehende Wartungsarbeiten oder drohende Ausfälle. Der Effekt: Das Risiko für Produktionsstörungen sinkt und die Fachkräfte müssen deutlich seltener standardmäßigen Wartungsvorgängen nachgehen.

DIGITAL TWIN ERÖFFNET NEUE PERSPEKTIVEN

Unternehmen können ihre Produktionsfachkräfte nicht nur mit IoT-basierten Monitoring-Lösungen besser in sämtliche Prozesse einbinden und für intelligente Unterstützung sorgen, sondern auch mit einem Digital Production Twin für mehr Transparenz und effizientere Abläufe sorgen. Dabei handelt es sich um ein virtuelles Abbild des gesamten Produktionsprozesses, das auf den realen IoT-Daten der Anlagen und Maschinen basiert. Mit einem digitalen Zwilling können Unternehmen zum Beispiel Änderungen im Produktionsprozess simulieren und die Auswirkungen ohne das reale Risiko eines solchen Eingriffes analysieren. Für die Fachkräfte an den Maschinen verbessert ein digitaler Zwilling ebenfalls die Informationslage, so können die Ergebnisse der Simulationen doch beispielsweise auf drohende Materialengpässe oder Störungen in den Prozessketten hinweisen.

PRODUKTIONSFEHLER IN KÜRZESTER ZEIT ERKENNEN

Um Fachkräfte von monotonen Tätigkeiten zu entlasten, braucht es nicht nur mehr Transparenz auf der Produktionsfläche, sondern auch ganz konkrete Automatisierungsmaßnahmen. In Fertigungsbetrieben kann das zum Beispiel die Qualitätssicherung sein. Müssen die Produktionsfachkräfte vielerorts noch händisch Stichproben entnehmen, um Fabrikate und Erzeugnisse auf Abweichungen zu untersuchen, übernehmen in modernen Fertigungsprozessen optische Sensoren diese Aufgabe. Diese erfassen die Produkte per Kamera, senden die Daten über das IoT-Netz an eine KI-gestützte Analytics-Plattform und erkennen etwaige Produktionsfehler so innerhalb kürzester Zeit.

MIT DATENBRILLEN NEUE KOMPETENZEN ENTWICKELN

Kommt es trotz Echtzeit-Monitoring und Predictive Maintenance doch mal zu einem Maschinenausfall, kann es für das betroffene Unternehmen schnell teuer werden. Nicht nur die Reparatur selbst bringt je nach Schaden hohe Kosten mit sich, auch die Ausfallzeit wirkt sich negativ auf die Bilanz aus. Der Kosmetikhersteller Schwan Cosmetics hat für dieses Problem eine pragmatische Lösung auf IoT-Basis geschaffen: Statt lange auf einen Servicetechniker zu warten, beheben die Fachkräfte vor Ort Störungen einfach selbst. Dafür wurden sie mit Augmented-Reality-Brillen ausgestattet, über die sie bei der Wartung externe Spezialisten per Livestream hinzuziehen können. Die Produktionsangestellten bekommen so wichtige Hinweise für die Behebung der Störung und können das Problem im Idealfall ohne teure Wartezeiten selbst lösen.

ORGANISATORISCHEN AUFWAND MIT DIGITALER ZEITERFASSUNG SENKEN

IoT-Lösungen können die Führungskräfte und Angestellten in Produktionsbetrieben nicht nur bei ihren Kernaufgaben unterstützen, sondern auch bei organisatorischen Angelegenheiten sehr hilfreich sein. So sind Unternehmen mit der richtigen Technologie beispielsweise auch in der Lage, die Zeiterfassung zu digitalisieren. Denn fehlende Stundenzettel oder nicht eingetragene Pausen und Überstunden werden in der Praxis immer wieder zu einem Problem. Wie eine Umfrage des HR-Dienstleisters SD Worx ergab, erfasst nicht einmal die Hälfte der Betriebe in Deutschland überhaupt die Arbeitszeit. Von den Betrieben, die die Arbeitszeit ihrer Mitarbeiter erfassen, setzen viele noch auf Papier. 

So war es beispielsweise auch bei dem Handwerksbetrieb Dekora, bis dieser seine Zeiterfassung mit den Tools von ZMI digitalisiert hat. Auf größeren Baustellen melden sich die Mitarbeiter nun an einem Terminal im Baucontainer an und ab. Das Terminal ist mit einer M2M-SIM der Telekom inklusive IoT-Datentarif ausgerüstet und sendet die Arbeitszeit per Mobilfunk direkt in die Zeiterfassungslösung, welche die Bewertung der Zeiten übernimmt und anschließend über eine DATEV-Schnittstelle an die Lohnbuchhaltung übergibt. In jedem Terminal ist der entsprechende Auftrag für die Baustelle hinterlegt. Auf kleineren Baustellen oder bei Springereinsätzen erfassen die Mitarbeiter ihre Stunden über eine Smartphone-App – ein effizienter und zeitsparender Ansatz, der sich so auch auf viele Produktionsbetriebe anwenden lässt.

LANGFRISTIG HÖHERE WERTSCHÖPFUNG IN DER SMART FACTORY

Die Praxis zeigt, dass es für Unternehmen aus dem produzierenden Gewerbe zahlreiche Möglichkeiten gibt, um mit smarten IoT-Lösungen die Wertschöpfung in der digitalen Fabrik zu steigern und die Kompetenzen der Fachkräfte an den Maschinen effizienter einzusetzen. Digitale Zwillinge und IoT-gestütztes Monitoring verbessern die Transparenz an der Maschine, so dass die Fachkräfte frühzeitig von drohenden Ausfällen oder Engpässen erfahren. Datenbrillen stärken derweil die Unabhängigkeit der Belegschaft in der intelligenten Fabrik und senken die Ausfallzeiten und Servicekosten. Automatisieren Betriebe darüber hinaus manuelle Vorgänge, können Produktionsfachkräfte ihre Arbeitskraft deutlich sinnvoller einsetzen und tragen langfristig zu einer höheren Wertschöpfung bei.