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Die Fabrik der Industrie 4.0 ist Realität und das aus guten Gründen 

Die Digitalisierung der Produktionsabläufe war bereits zu Zeiten vor Covid-19 eine wichtige Thematik. Die Pandemie verdeutlichte auf ein Neues die Relevanz einer effizienteren und flexibleren Produktion und Logistik, um den dynamischen Kundenanforderungen nachzukommen.

Dies bestätigen auch die Ergebnisse der aktuellsten CGI Client Global Insights, welches unter anderem die Prioritäten von 175 Unternehmen der Fertigungsbranche aufzeigt. Dabei wurde deutlich, dass der Fokus vor allem auf Themen wie der Digitalisierung, der Datenintegration und der Transformation zu kundenorientierten Prozessen liegt.   

Darunter gehören die Standardisierung und Harmonisierung von MES Plattformen, sowie die Implementierung eines zentralen Systems zur Aufbereitung und Visualisierung gesammelter Daten. Projekte wie diese lassen sich zudem durch Trends wie IoT, Big Data und Advanced Analytics erweitern, um die Transparenz und den Mehrwert der Daten zu steigern. Diese und weitere Technologien wurden bereits bei Kunden weltweit in Zusammenarbeit mit der CGI umgesetzt.

In diesem Zusammenhang bieten wir ebenfalls Dienstleistungen rund um den Mobilfunkstandard 5G an, welcher beispielsweise im Rahmen der Smart Factory eingesetzt wird. Diese ist auch bekannt als Fabrik der Industrie 4.0 und zeichnet sich durch eine vernetzte Produktionslandschaft aus. Zu ihren bekanntesten Vorteilen gehören die höhere Auslastung der Maschinen bei gleichzeitiger Reduktion von Ausschüssen, sowie die flexiblere Anpassung der Produktion an die Kundenwünsche.

Ein wichtiger Bestandteil von diesen Fabriken sind die Automated Guided Vehicle’s (AGV’s), oftmals auch als fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) bezeichnet. Diese werden automatisch gesteuert, um jederzeit Güter umzuladen und an ihren Ziel-Ort zu transportieren, wodurch sie einen reibungslosen Produktionsablauf unterstützen. 

Damit AGVs effektiv eingesetzt werden können, müssen bestimmte Faktoren beachtet werden, darunter die Vernetzung zwischen den verschiedenen Akteuren, da eine kontinuierliche Kommunikation zueinander essenziell ist. Für diese Konnektivität wird der Mobilfunkstandard 5G erforderlich, denn nur dieser ermöglicht die essenzielle Übertragung großer Datenmengen in Echtzeit. Wie diese Produktionslandschaft aussehen kann, wird im Nachfolgenden konkreter aufgeführt.  

Die Produktionslandschaft der Zukunft mit AGV’s  

Einige Unternehmen, darunter Produkthersteller und Logistikunternehmen, modernisierten bereits ihre traditionellen Produktionsstraßen zu einer autonomeren Produktionslandschaft. Viele weitere besitzen bereits Vorstellungen von ihrer intelligenten Fabrik, um von gesteigerten Produktqualitäten, einem verbesserten Bestandsmanagement und Kostenersparnissen zu profitieren. Letzteres lässt sich beispielsweise durch den verringerten Ausschuss und dem Vermeiden von Stillständen realisieren. Ermöglicht wird dies durch eine höhere Transparenz über die aktuellen Lagerbestände und Fortschritte an den Montagen, wodurch eine nahtlos durchgeplante Produktion erzielt werden kann. 

Dieser Effizienz tragen die AGV‘s gezielt bei, da sie jederzeit autonom Güter zwischen Montagen und dem Lager umladen können. Es sind vielfältige Szenarien vorstellbar. Eines der Szenarien ist der Transport der Box in den Lastwagen, welches im Folgenden anhand der folgenden Abbildung vorgestellt wird.  

Grafische Darstellung einer Smart Factory

In diesem Fall soll einer der beiden AGVs die Box (1) in den Transporter (2) transportieren. Diesen Auftrag leitet die zentrale Steuerung (3) anschließend automatisch an alle AGVs (4) innerhalb des privaten 5G-Netzwerks (5) weiter. Um zu gewähren, dass die Box schnellstmöglich verladen wird, wird der geeignete AGV anhand der Faktoren Verfügbarkeit und Dauer ausgewählt:  

  1. Für den Faktor Verfügbarkeit erfassen und melden die AGVs ihren Status an der zentralen Steuerung zurück. Die Verfügbarkeit ist hierbei gegeben, wenn sie sich weder aufladen noch einen anderen Auftrag ausführen.  
  2. Der zweite Faktor der Dauer kennzeichnet die benötigte Zeit eines AGVs für die Fahrt zu der Box. Hierfür ermittelt jedes verfügbare AGV mithilfe seiner Lokalisierungssensoren und oder Algorithmen seinen aktuellen Standort in Relation zur Box und meldet auch dies zurück.  

Dieses Verfahren stellt sicher, dass das nächstgelegenste AGV den Auftrag ausführt. In diesem Fall das AGV A, auf welches die beiden exemplarischen Kriterien zutreffen. Dieser erhält anschließend den Auftrag, fährt zur Box und identifiziert dieses beispielsweise mittels eines passiven RFID Codes. Abhängig von der Ausstattung des AGVs kann dieser die Box selbstständig anheben, transportieren und abschließend im Transporter ablegen.  

Szenarien wie dieses zeigen auf wie autonomere Produktionslandschaften den Zeitdruck im Betrieb verringern können. Die Güter können zeitgerecht zu den Mitarbeitern geliefert werden und steigern so die stets wichtig werdende Flexibilität des Betriebes. Zusammen mit den oben genannten Vorteilen erhöht sich schlussendlich die Wettbewerbsfähigkeit, um mit dem Markt Schritt zu halten oder diesen vielleicht sogar Voraus zu sein. 

5G als Voraussetzung für den Einsatz von AGVs 

Mit dem großen Interesse an der Industrie 4.0 wurden und werden weiterhin nach zusätzlichen Einsatzszenarien geforscht. Die Erweiterung des Spektrums an technischen Ausstattungen der AGVs untermauern dieses Interesse. So sind sie in verschiedenen Variationen vorhanden und können unter anderem als autonome Gabelstapler, Unterfahrschlepper oder mobile Montage-Plattform agieren. 

Diese Idee einer autonomeren Produktion mithilfe von AGVs liegt schon seit mehreren Jahren im Fokus. Damals wurden sie für einen Betrieb über WLAN konzipiert, um die notwendige kabellose Kommunikation zu ermöglichen. Doch WLAN kann die entstandenen Notwendigkeiten der nahtlosen Abdeckung und der hohen Datenübertragungen, für einen Einsatz in weitläufigen Umgebungen, nicht unterstützen. Hier kommt die Mobilfunktechnologie 5G zum Einsatz, denn bisher sind nur hiermit die für den Betrieb notwendige Zuverlässigkeit, Bandbreite, Abdeckung und Sicherheit realisierbar. Dies ist für das autonome Fahren der AGVs essenziell, um Kollisionen mit anderen Transportfahrzeugen, Fußgängern und statischen Hindernissen zu vermeiden. Weiterhin gewährt 5G die Möglichkeit eines privaten Campus-Netzes, um Risiken wie einem unerlaubten externen Hackerangriff auf den laufenden Betrieb entgegenzuwirken, indem nur registrierte Geräte im Netzwerk miteinander kommunizieren können.   

Lösungsansätze für eine vereinfachte Integration – Der Weg zur Smart Factory 

Trotz aller Vorteile herrschen unter den Unternehmen bislang noch Unsicherheiten einen laufenden Betrieb effizient zu modernisieren. Zu den Herausforderungen gehören die Wahl geeigneter Hardware und Software, sowie deren einfache und schnelle Integration in die bestehende Infrastruktur. Dabei ermöglicht das große Portfolio an potenziellen Technologien eine benutzerspezifische Implementierung und kann doch gleichzeitig die geeignete Planung und Auswahl dieser beeinträchtigen. Des Weiteren kann die Integration von 5G zu Veränderungen in den bestehenden Infrastrukturen, Produkten und Dienstleistungen bis hin zu Geschäftsmodellen mit sich führen.  

Die noch recht hohen Anschaffungskosten bekräftigen zudem den stetigen Wunsch zu Beginn an die richtigen Entscheidungen zu treffen, besonders wenn die Produktionslandschaft komplex ist. Eine klar durchgedachte Strategie ist essenziell und dieses bietet das CGI 5G Framework, um in acht Schritten schnell und effektiv von einer Smart Factory zu profitieren. 

Grafische Darstellung einer Smart Factory in acht Schritten

 

Diese acht Etappen sind beliebig einsetzbar und bieten eine ausführliche Beratung zu den Themen intelligente Fabrik der Industrie 4.0 und 5G, wie der folgende Einblick zeigt.

1. Analysis  

Die Identifizierung und Analyse geeigneter Use-Cases und Erfolgsfaktoren unter Beachtung der jeweils vorliegenden einzigarten Stärken und Möglichkeiten in der Wertschöpfungskette. 

2. Benchmark

Der Vergleich und die Beurteilung der Eignung verfügbarer technischer Lösungen. Darunter zählen die Hardware, Software als auch 4G, 5G und WiFi 6.

3. Technologieauswahl  

Basierend auf den Ergebnissen des Benchmarks erfolgt die herstellerunabhängige Beratung hinsichtlich der Eignung verfügbarer Technologien für die jeweiligen Anwendungsfälle.  

4. PoC 

Die Prüfung der Erfüllung individueller Kundenanforderungen durch die zuvor getroffene Technologieauswahl anhand von Proof of Concept(s). Getestet werden dabei die Effizienz und Kompatibilität von Plattform, Hardware, Software und Best-Practice Frameworks.

5. (No)-Go
Entscheidung
   

Auf Basis der Erkenntnisse der vorherigen Schritte haben Sie die Wahl, inwieweit die ausgewählten Technologien mit Ihren Vorstellungen übereinstimmen und wie das Projekt fortgesetzt werden soll.  

6. Projektplanung 

Der Vergleich und die Beurteilung der Eignung verfügbarer technischer Lösungen. Darunter zählen die Hardware, Software als auch 4G, 5G und WiFi 6.

7. Rollout  

Während des Rollouts stellen wir die Liefertreue und hohe Qualität der Arbeitsschritte für Themen wie die Implementierung, die Nachverfolgung des Projektfortschritts und das Risikomanagement sicher. 

8. Managed Services 

Steht die autonome Produktionslandschaft unterstützen wir Sie in der Sicherstellung des weiterhin funktionstüchtigen Betriebes. Im Rahmen der Managed Services profitieren Sie von unserem umfangreichen Wissen und dem Einsatz von Methoden wie dem Continuous Development.

Wir bei CGI beschäftigen uns auch weiterhin mit den technologischen Trends, um eine effektive Planung, Implementierung und Nutzung zu ermöglichen und begleiten gerne auch Sie auf Ihrem Weg zu einer intelligenteren Fabrik der Industrie 4.0. Dieses 5G Framework ist Bestandteil des Dienstleistungsangebotes der CGI zum Mobilfunkstandard 5G. Als dieses komplementiert sie unsere Erfahrungen aus der Zusammenarbeit mit 700+ Klienten weltweit, um gemeinsam Strategien zur Implementierung von Technologien für autonomere und agilere Betriebe zu entwickeln.

Weitere Informationen hinsichtlich möglicher Strategien zur Einführung von 5G finden Sie von unserem Kollegen hier.  

Über diesen Autor

Anna Nguyen

Anna Nguyen

Consultant

Als Consultant bei CGI begleitet Anna Nguyen Kunden in der Telekommunikationsbranche unter anderem bei der Digitalisierung und der Prozessoptimierung. Mit ihren Erfahrungen in der Projektleitung und ihrem akademischen Hintergrund in der Wirtschaftsinformatik, trägt sie beispielsweise der Entwicklung und Einführung von Lösungen zur ...

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