Das Konzept der Automatisierung ist einfach: Werkzeuge schaffen, die Aufgaben mit minimalem menschlichen Eingriff ausführen. Und die Motivation für mehr Automatisierung ist simpel: Unternehmen können mehr mit weniger tun. „Mehr“ bedeutet, dass Unternehmen ein höheres Volumen an Produkten und Dienstleistungen verkaufen und liefern können als je zuvor. „Weniger“ bezieht sich darauf, dass dank der Automatisierung weniger Ressourcen benötigt werden.

Automatisierung in der Praxis

In der realen Welt sind die Dinge komplizierter, da die Automatisierung je nach Implementierung und Akzeptanz durch die Unternehmen unterschiedliche Ergebnisse liefern kann. Es gibt jedoch einige Dinge, die fast alle Arten der Automatisierung gemeinsam haben. Dazu gehören Dinge wie:

• Erhebliche Anfangsinvestitionen 
  Dies bedeutet in der Regel, dass die Automatisierung für eine Weile (Monate oder sogar Jahre, je nach Art der Automatisierung) keinen Gewinn generiert. Da die meisten Unternehmen über begrenzte Budgets verfügen, bedeutet die Investition in Automatisierung in der Regel, Geld zu leihen. 
• Wartung 
  Dies kann aufgrund der Komplexität der Automatisierungsausrüstung und -software teuer sein. Wartungskosten umfassen Reparaturen, Kalibrierungen, Ersatzteile und Dienstleistungen, die von Geräteherstellern und deren Partnern angeboten werden. 
• Veralterung ist unvermeidlich 
  Unternehmen müssen die Veralterung berücksichtigen, um ihre Investition zu optimieren. Die Beendigung einer Technologie oder Ausrüstung kann sowohl störend als auch kostspielig sein. Dies wird nur durch den Übergang zu neuer Technologie verstärkt, der ebenfalls teuer in der Anschaffung und Implementierung sein kann.

Das untenstehende Diagramm zeigt ein hypothetisches Szenario der potenziellen Kosten und Gewinne während des Automatisierungslebenszyklus, von der Auswahl und Implementierung bis zur Wartung und Optimierung. Die anfänglichen Kosten haben einen negativen Einfluss auf die Rentabilität; dies ändert sich jedoch im Laufe der Zeit, wenn die Automatisierung angenommen und optimiert wird. 

Dieser Beitrag konzentriert sich nicht ausschließlich auf die Hauptkomponente von Industrie 4.0, industrielle Automatisierung, da jede Art von Automatisierung zum Erfolg eines Unternehmens beitragen kann. 

Schauen wir uns verschiedene Arten der Automatisierung und ihre Vor- oder Nachteile an.

Traditionelle Automatisierung

Primäre Formen der Automatisierung existierten seit Jahrtausenden, aber die Erste Industrielle Revolution machte es möglich, Operationen in großem Maßstab zu automatisieren. Wie in meiner vorherigen monatlichen Kolumne beschrieben, schufen die Zweite Industrielle Revolution und die Dritte Industrielle Revolution die richtigen Bedingungen für eine globale Expansion, die durch Technologie angetrieben wurde. Als Unternehmen ihre Operationen ausweiteten, begannen sie, Software und später das Internet zu nutzen, um die Produktivität zu steigern und Kosten und Einnahmen effektiv zu verfolgen. 

Software ist allgegenwärtig, erfordert jedoch mehr als minimalen menschlichen Eingriff

Wenn Sie Unternehmenssoftware verwenden, haben Sie wahrscheinlich bemerkt, dass sie Dateneingabe, Konfiguration und Wartung erfordert. Diese können sehr zeitaufwändige Aktivitäten sein, insbesondere für anspruchsvolle Software wie ERP-Systeme. Während der Umzug in die Cloud die Wartung überschaubarer machte, bleiben andere Herausforderungen bestehen. Ein neues Problem, das durch die Konsumerisierung von Software entstanden ist, ist der „Bring your own software“-Trend, auch bekannt als Schatten-IT. Infolgedessen können Benutzer Software verwenden, die nicht formell von ihrem Arbeitgeber erworben, implementiert und gewartet wird. Solche Tools können Mitarbeitern bei täglichen Aufgaben helfen, jedoch können diese Tools Herausforderungen mit sich bringen, wie die Unfähigkeit, diese Tools mit anderer Unternehmenssoftware zu integrieren. Datenschutz und Sicherheit sind ein weiteres Problem, da Unternehmen wenig oder keine Kontrolle über diese Tools haben. 

Der Hauptvorteil von Unternehmenssoftware besteht darin, dass es Produkte und Lösungen für nahezu jeden geschäftlichen Bedarf gibt. Dies kann Buchhaltung, HR, Vertrieb, Marketing, Beschaffung, Bestandsverwaltung und sogar die Produktion von Produkten umfassen.

Computerisierte numerische Steuerung (CNC) und speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)

Da die Ausrüstung immer anspruchsvoller wurde, versuchten Unternehmen, Wege zu finden, sie mit begrenztem menschlichen Eingriff zu steuern. Einige Unternehmen nutzten Sensoren auf dem Shopfloor, um die Nutzung der Ausrüstung und wichtige Umwelteigenschaften wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu verfolgen. Anbieter von Anlagevermögen entwickelten Software, die die von diesen Sensoren gesammelten Informationen analysiert, um potenzielle Probleme zu identifizieren, bevor sie sich verschlimmern, wie z.B. Überhitzung. Diese Lösungen wurden Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Software genannt und werden verwendet, um Gerätedaten in Echtzeit zu überwachen. SCADA-Tools können Arbeitsanweisungen in Maschinensprache übersetzen, damit Anlagevermögen wie vorgesehen funktionieren.

Es gibt jedoch einige Nachteile dieser Tools. SCADA-Software erfordert in der Regel spezielle Hardware wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die für den industriellen Einsatz robust gemacht sind, um ordnungsgemäß zu funktionieren. SCADA und SPS können herausfordernd sein, um sie in mehreren Einrichtungen zu implementieren und zu warten. Außerdem sind diese Tools nur mit anspruchsvollen Anlagevermögen kompatibel, die in der Regel kostspielig sind. 

Neue Arten der Automatisierung

Neue technologische Fortschritte, einschließlich 3D-Druck und autonome Roboter, unterscheiden sich nicht nur dadurch von traditionellen, dass sie neu sind. Ein weiterer grundlegender Unterschied besteht darin, dass sie Operationen ohne menschliches Eingreifen abschließen können. Ihr Zweck ist es nicht, Mitarbeiter zu ersetzen, sondern alltägliche und sich wiederholende Aufgaben zu automatisieren, damit sich Menschen auf komplexe Aufgaben konzentrieren können. Dies ist faszinierend, da Peter Drucker, einer der Väter des modernen Managements, dies in den 90er Jahren vorhersagte, als er den Begriff „Wissensarbeiter“ prägte. Sein Essay von 1992 The New Society of Organizations schlug vor, dass „Wissen die primäre Ressource für Individuen und für die Wirtschaft insgesamt ist.“ Er sagte voraus, dass „diese Transformation nicht vor 2010 oder 2020 abgeschlossen sein wird.“

Die unten beschriebenen neuen Arten der Automatisierung helfen Mitarbeitern, sich auf Wissensarbeit zu konzentrieren, indem sie sich wiederholende Aufgaben automatisieren. Die meisten von ihnen sind noch nicht Mainstream, hauptsächlich aufgrund ihrer Kosten und anderer Einschränkungen, aber sie stören bereits viele Branchen, einschließlich Fertigung und Logistik. 

Bots und Robotic Process Automation (RPA) Software

Ein Bot ist ein Softwarestück, das programmiert ist, Aufgaben automatisch auszuführen. Im Gegensatz zu Unternehmenssoftware, die mehrere Operationen abdeckt, werden Bots für sehr spezifische Aufgaben verwendet, einschließlich Dateiübertragungen oder das Bereitstellen einfacher Antworten auf grundlegende Fragen. Ich habe kürzlich mit einem Bot interagiert, der von einer Apothekenkette erstellt wurde. Während der Bot viele Informationen zu den Medikamenten, der Adresse der Apotheke und anderen allgemeinen Informationen geben konnte, war er nicht in der Lage, mir zu sagen, warum das Rezept verzögert wurde. Einige Bots sind intelligenter als andere, aber ihr Hauptzweck ist es, sich wiederholende Aufgaben auszuführen, die einfach und unkompliziert sind. 

Ich habe mir G2-Bewertungen für Robotic Process Automation (RPA) Software angesehen, um zu sehen, wie Unternehmen Bots verwenden. Die Wortwolke unten fasst die wichtigsten Verwendungen von Bots zusammen. Die häufigsten Vorteile waren Zeitreduktion, bessere Arbeitseffizienz, Ersatz von Excel und weniger menschliches Eingreifen. Wenn es darum geht, Bots für spezifische geschäftliche Bedürfnisse zu verwenden, wurden am häufigsten E-Mail, Projekte und Finanzen erwähnt. Es gab keine Erwähnung von Fertigungsoperationen, die von Bots durchgeführt werden, und nur wenige Verweise auf Inventar und Lieferkette. 

Bots sind relativ einfach zu übernehmen. Sie haben jedoch keine höheren Adoptionsraten, da sie nicht für alle Abteilungen eines Unternehmens nutzbar sind, zumindest noch nicht. Unternehmen können Bots erstellen, die auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind, aber dies erfordert in der Regel eine größere Investition in RPA-Software und qualifiziertes Personal. 

3D-Druck oder DIY für die Leichtfertigung

Additive Fertigung (ein schicker Name für 3D-Druck) ermöglicht es Unternehmen, schnell Objekte und Produkte zu erstellen, die verkauft oder als Komponenten und Teile verwendet werden können. 3D-Druck erfordert eine erhebliche Investition in Hardware (den Drucker) und Materialien, die für den Druck verwendet werden. Es gibt auch 3D-Druck-Software, die möglicherweise mit dem Drucker oder separat geliefert wird. Eine weitere Herausforderung des 3D-Drucks besteht darin, 3D-Modelle an die 3D-Druck-Software anzupassen. Ein 3D-Modell des Artikels wird benötigt, bevor es gedruckt wird. In der Regel kann dies mit Computer-Aided Design Software erstellt werden. Unternehmen können CAD-Bibliotheken-Software verwenden, um Vorabkosten zu vermeiden. Dies ermöglicht es Benutzern, Tausende von 3D-Modellen zu finden, die einfach heruntergeladen und modifiziert werden können, ohne das tiefgehende Wissen zu haben, sie von Grund auf zu erstellen.

Während 3D-Drucker in den Nachrichten für ihre Fähigkeit, kleine Häuser und ein 25-Fuß, 5.000-Pfund-Boot zu erstellen, Schlagzeilen machen, wird diese Art von Technologie hauptsächlich verwendet, um kleine Teile zu erstellen. Ein weiterer Nachteil des 3D-Drucks besteht darin, dass er keine Werkzeuge oder Geräte drucken kann, die bewegliche Teile haben, wie z.B. Motoren. Theoretisch können alle Teile eines Motors separat gedruckt und dann zusammengebaut werden. In der Praxis sind jedoch die meisten 3D-Druckmaterialien nicht robust genug, um stabile Motorteile zu erstellen. 

Internet der Dinge (IoT) und industrielles IoT

Internet der Dinge (IoT) ist ein System, das Geräte aller Art über das Internet verbindet. Dazu gehören Telefone, Maschinen und anspruchsvollere Vermögenswerte. In Kombination mit Technologien wie GPS oder RFID können IoT-Netzwerke verwendet werden, um Menschen, Fahrzeuge und sogar Tiere zu verfolgen. IoT-Anwendungen erstrecken sich oft über verschiedene Geschäftsoperationen wie Fertigung und Wartung, Vertrieb, Außendienst und Lieferkette. 

Ähnlich wie bei der computergestützten numerischen Steuerung (CNC) erfordert IoT Hardware und physische Netzwerke, die mit IoT-Plattformen gewartet werden. Es gibt Softwareprodukte für das Gerätemanagement, die IoT-Anwendungsentwicklung oder IoT-Analytik. Diese Produkte sind nicht immer eng integriert, was es Unternehmen erschwert, IoT zu übernehmen. 

Ein wesentlicher Nachteil von IoT ist die Tatsache, dass es komplexe Netzwerke erfordert, um Daten zwischen Geräten auszutauschen. Grundlegende Geräte wie Smartphones können Wi-Fi-Internetverbindungen nutzen, aber anspruchsvolle Ausrüstung erfordert Sensoren und angepasste Netzwerke, die Wartung erfordern und viel Energie verbrauchen. IoT kann ein eigenes dediziertes Netzwerk benötigen. Dies ist teilweise der Grund, warum Telekommunikationsanbieter kürzlich begonnen haben, Niedrigenergie-, Schmalbandnetzwerke für IoT bereitzustellen. 

Roboter können intelligent sein, aber sie sind nicht immer intelligent

Roboter wurden in Branchen wie der Fertigung seit Jahrzehnten eingesetzt. Die Hauptcharakteristik von Robotern war, dass sie komplexe Operationen ausführen konnten, aber sie konnten nicht lernen. Ohne klare Anweisungen und Daten konnten Roboter einfach nicht funktionieren. 

Autonome Roboter nutzen künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, um sich an ihre Umgebung anzupassen. Beispielsweise können Lagerroboter Menschen und anderen beweglichen Objekten ausweichen. In der Fertigung können intelligente Roboter aufhören, bestimmte Aufgaben auszuführen, wenn sie eine Person in ihrer Nähe erkennen. Einige Roboter können sich selbst warten – nicht vollständig, aber einfache Dinge wie das Finden und Anschließen an eine Ladestation. 

Wie unten gezeigt, wird erwartet, dass der Markt für Industrieroboter kurzfristig erheblich wächst.

Quelle: International Federation of Robotics 

Derzeit sind Roboter noch teuer, und die meisten Unternehmen können es sich nicht leisten, in autonome Roboter zu investieren. Es ist erwähnenswert, dass die physische Umgebung, in der Roboter funktionieren, ihre Effizienz beeinflussen kann. Dies bedeutet, dass die industrielle Infrastruktur wie Lagerhäuser und Produktionsanlagen möglicherweise ebenfalls verbessert werden muss. 

Vollautomatisierung und Industrie 4.0

Vollautomatisierung ist sehr selten und es gibt nur wenige Beispiele für vollautomatisierte Lagerhäuser und Fabriken:

• Das weltweit erste „menschenlose“ Lagerhaus wurde im Juni 2018 in Shanghai eröffnet und nutzt 20 Roboter auf einer Fläche von 40.000 Quadratmetern. Es ist nicht zu 100 % menschenlos, da es immer noch fünf Personen benötigt, um die Maschinen zu warten. Zum Vergleich: Ein Lagerhaus dieser Größe beschäftigt normalerweise 500 Mitarbeiter. 
• Licht-aus- (oder dunkle) Fertigungsanlagen verlassen sich auf Roboter, die im Dunkeln arbeiten können. Der Hauptvorteil besteht darin, dass Roboter 24 Stunden am Tag arbeiten und effizienter als Menschen sein können. Ein großartiges Beispiel für Licht-aus-Fertigung ist Fanuc, ein japanisches Unternehmen, bei dem Roboter andere Roboter herstellen. 

Während die Vollautomatisierung sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, wird erwartet, dass sie an Fahrt gewinnt. Die Vollautomatisierung wird Unternehmen erhebliche Vorteile bieten, wie:

• Aufgrund der überlegenen Genauigkeit von Robotern und ihrer unbegrenzten Verfügbarkeit werden Unternehmen eine erhöhte Produktivität und Effizienz erleben. 
• Diese Technologie wird die Sicherheit für Mitarbeiter verbessern, die weniger in gefährliche Arbeiten involviert sein werden, und für Verbraucher, die von besserer Produktqualität profitieren werden.
• Vollautomatisierung bedeutet kürzere Markteinführungszeiten und einfachere Produktpersonalisierung, da Roboter sich schneller an neue Arbeitsanweisungen anpassen als Menschen. 

Trotz aller heute verfügbaren intelligenten Technologien wird es Jahrzehnte dauern, die Vollautomatisierung zu erreichen. Denken Sie an autonome Roboter wie Kinder – sie können lernen, aber ihre zukünftige Leistung hängt davon ab, was und wie wir sie lehren. Genau wie Kinder brauchen Roboter mehr als Informationen; sie müssen die Logik hinter dem, was sie tun, verstehen. 

Wie in einem Forschungspapier über Zukünftige Trends in der Prozessautomatisierung erwähnt, „Ein zentrales Problem in der Regelungstechnik ist die Anwendung auf hochkomplexe Systeme: die Kopplung komplizierter und großer heterogener Systeme, in denen verschiedene Disziplinen beteiligt sind und verschiedene Arten von Informationen verfügbar sind oder aufgedeckt werden müssen.“

Obwohl dieser Bericht 2007 veröffentlicht wurde, denke ich, dass seine Schlussfolgerung auch heute noch gilt.