Datenmanagement, -vernetzung und -­analyse

FuE-Trends 2022 / 2023

Nullen und Einsen in der Fabrik

Egal, mit wem man spricht im industriellen Umfeld, alle reden von der Herausforderung, Daten zu erfassen und geeignet zu speichern, sicher zu übertragen und intelligent auszuwerten. Hinter all dem steht das Ziel, mit datengetriebenen Lösungen Prozesse effizienter zu gestalten oder neue Geschäftsmodelle zu generieren. Doch wie soll das funktionieren?

Es gab eine Zeit, da waren Werkzeugmaschinen geschlossene Systeme. Zwar erhielten sie seit den 1960er Jahren zunehmend digitale Steuerungen, die neben der automatischen Steuerung von Zuständen und Bewegungen die Einrichtung der Bearbeitungsprozesse erleichterten und bis zu einem gewissen Grad auch deren Überwachung ermöglichten. Doch umfassendes Zustandsmonitoring oder gar die Anbindung der Maschine an eine unternehmensübergreifende Fertigungsleitebene wären auf dieser Basis nicht möglich gewesen. Seit Aufkommen der Idee »Industrie 4.0« ändert sich das: Funkeinheiten in Werkzeugmaschinen stellen heute Netzwerkfähigkeit her, Sensoren übermitteln verschiedenste Betriebsdaten. Doch wozu das Ganze?

Vom selektiven Monitoring bis zum 360°-Digital Twin

Die Grundidee: Durch Auswertung der Sensordaten können das Maschinenverhalten überwacht oder Bearbeitungsprozesse optimal eingestellt werden. Über die Funktechnik signalisiert eine Maschine der Fertigungsleitung, dass sie bereit für den nächsten Auftrag ist. Und das ist nur ein Bruchteil der Möglichkeiten. Umfassender wird das Bild mit dem sogenannten Digitalen Zwilling. Das virtuelle Abbild eines Prozesses oder einer Anlage spiegelt Geometrie und Aufbau sowie das Verhalten. Man stelle sich vor, alle Prozessebenen im Unternehmen, von Produktentwicklung und Einkauf über Fertigung und Montage bis zu Vertrieb und Marketing würden mit solchen Systemen unterfüttert. Werden diese auch noch disziplinübergreifend verknüpft, entsteht ein 360°-Zwilling, ein hochintegriertes Unternehmensabbild, mit dessen Hilfe ein bisher unerreichter Grad an Effizienz in die Wertschöpfung gebracht werden kann. 

Das ist keine Zukunftsmusik mehr. Digitale Zwillinge haben Anwendungsreife erreicht, werden von der Industrie nachgefragt und unter anderem an unserem Institut für diverse Branchen und Einsatzbereiche fit gemacht. Im Zertifikatsprogramm »Mastering Digital Twins« vermitteln wir Hintergrundwissen, mit dem Unternehmen Digitale Zwillinge zum Einsatz bringen können. 

»Unser größter Fortschritt in den letzten Jahren besteht darin, Daten aus unseren Anlagen aktiv zu nutzen, um Prozesse zu analysieren, unsere Unternehmensperformance zu beschreiben oder Entscheidungen bezüglich neuer Technologien zu untermauern«, sagt Dr. Christoph Hübert, Senior Director Development Leads beim Medizingerätehersteller BIOTRONIK SE & Co. KG. Doch so weit sind die wenigsten. Selbst etablierte Unternehmen der produzierenden Industrie stehen bei der intelligenten Datennutzung noch ganz am Anfang. 

Geeignete Datensätze erheben mit IIoT-Plattformen

Das ist auch nicht verwunderlich, denn die Herausforderungen beginnen schon zwei Stufen früher. »Im Moment vermitteln manche Beratungsunternehmen, man müsse nur reichlich Sensoren in Maschinen integrieren und massenhaft Daten in eine Cloud streamen, dann wäre man Industrie 4.0«, kritisiert Dr. Ansgar Kriwet, Vorstand Sales bei der Festo SE & Co. KG und Mitglied des Fraunhofer IPK-Kuratoriums. »Aber davon hat keiner was.« Vielmehr gehöre am Beginn einer Fertigungsdigitalisierung zunächst analysiert, welche Daten für den unternehmensspezifischen Use Case sinnvoll sind, weil sie Mehrwerte ermöglichen. Häufig seien diese Daten durch vorhandene Sensoren auch schon abgreifbar. Dieser Frage widmen wir uns in einer Reihe von Forschungsprojekten mit der CONTACT Software GmbH zum Thema Industrial Internet of Things (IIoT)-Plattformen. Ziel ist, von Big Data zu Smart Data zu kommen, um Datenvolumina überschaubar zu machen und genau die Daten zu erheben, die für das jeweilige Unternehmen von Wert sind. 

Und die Zusammenarbeit mit CONTACT geht noch weiter: Wie können große Datenmengen sicher übertragen, abgelegt und aufgefunden werden? »Die Einbindung der Maschinen in ein Netzwerk erfordert eine IT-Infrastruktur, die bei vielen Unternehmen gar nicht vorhanden ist«, berichtet Martin Kapp von der Unternehmensgruppe KAPP NILES und ein weiteres Mitglied unseres Kuratoriums. Hier können Cloud- und Edge-Technologien eine Lösung sein. Das komplexe Zusammenspiel von Datenökosystem, Infrastruktur und Services wird unter anderem im europäischen Cloud-Projekt »Gaia-X« adressiert, an dem Forschende aus unserem Institut mitwirken. Dabei werden auch Datensicherheit und Datensouveränität adressiert, denn: »Die Akzeptanz verteilter Lösungen setzt voraus, dass diese Themen gelöst werden«, wie Sven Hamann, Geschäftsführer bei Bosch Connected Industry bemerkt. 

Produktdatenmanagement über den gesamten Lebenszyklus

Einen letzten Zwischenschritt vor der Datenverwertung bildet die Datendurchgängigkeit. Ziel muss sein, Daten aus frühen Lebenszyklusphasen eines Produkts über den Produktionsprozess durchzureichen bis zur Anwendung. Im Idealfall fließen vom letzten Punkt der Kette Nutzungsdaten in Optimierungsschleifen. Solch umfassendes Product Lifecycle Management (PLM) ist seit Jahren ein wichtiger Forschungsgegenstand bei uns. Im Zertifikatsprogramm »PLM Professional« bilden wir zudem praxisnah Fachleute für Produktdatenmanagement aus. Der nächste logische Schritt im Datenhandling muss dann sein, PLM mit der Ablaufsteuerung bis auf den Hallenboden zu verknüpfen, sodass etwa Konstruktionsdaten ohne Umwege zur Einrichtung der Fertigungsprozesse herangezogen werden.

»Aber der richtig große Sprung wäre, in die Gesamtschau des eigenen Datennetzes auch Daten von Zulieferfirmen einzubeziehen,« formuliert Dr. Hübert die nächste Herausforderung. »Das würde Zertifizierungen und Qualitätskon­trollen enorm vereinfachen.« Noch ist der Blick ins Datenumfeld von Unternehmen schwer zu realisieren. Doch es gibt vielversprechende Ansätze. Mit dem »interaktiven Lagebild« bieten wir ein Tool, mit dem Unternehmen Umfeldinformationen mit internen Fähigkeiten verknüpfen können. So lassen sich schnell Handlungsalternativen entwickeln, wenn etwa eine Lieferkette abreißt. 

Datenbasierte Wertschöpfung erhöht die Wirtschaftlichkeit

Effizientes Datenhandling und intelligente Datennutzung heben die Wertschöpfung auf eine neue Stufe. Prozesse können vereinfacht und beschleunigt werden, zum Beispiel mit Künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinellem Lernen. Intelligente Ablaufsteuerung wird ebenso Realität wie adaptive Assistenzsysteme, die das Handling von Varianten, die Qualitätssicherung oder die Instandhaltung des Maschinenparks unterstützen. Es ergeben sich sogar ganz neue Geschäftsmodelle, etwa Serviceangebote auf Basis von Daten aus Anlagen.

Unsere Lösungen für dieses Themenfeld

  • IIoT-Architekturen, die aus Rohdaten aussagefähige Daten extrahieren
  • Cloud- und Edge-Technologien zur Anwendung in der Produktion
  • Datendurchgängigkeit auf Basis von PDM, PLM und weiteren Technologien
  • Digitale Zwillinge für alle Unternehmensbereiche und Technologieebenen
  • Unternehmenscockpits, die domänenübergreifend Daten zusammenführen

Drei Fragen an

Dr.-Ing. Patrick Müller

CONTACT Software GmbH

 

Durchgehende Datenflüsse realisieren

FuE-Highlights zu Datenmanagement, -vernetzung und -analyse

Unsere ausgewählten Aktivitäten zu Datenhandling und -anwendung zeigen, wie wir datenbasierte KI in die Produktion bringen: mit Digitalen Zwillingen, der optischen Identifikation von Bauteilen und der Fehlervorhersage über Prozessdaten.

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