Drei IIoT- & AR-Anwendungsfall Kategorien im Anlagenmanagement

Dave Immerman, Senior Research Analyst, PTC, hat diesen Beitrag gemeinsam mit Zia Yusuf verfasst.

Das Maschinen- und Anlagenmanagement wirkt sich auf die Gesamteffizienz und damit auf die Jahresabschlüsse von Industrieunternehmen aus. Viele Betriebe erhoffen sich von Industrie 4.0 -Initiativen und digitalem Wandel deshalb auch eine spürbare Verbesserungen der Anlageneffizienz.

Anlageneffizienz – Ein entscheidender Wirtschaftlichkeitsfaktor für die Industrie

Eine gemeinsam von PTC und der Boston Consulting Group (BCG) durchgeführte Befragung gibt aktuelle Einblicke in die Nutzung modernster, ergänzender Technologien zur Steigerung der Anlageneffizienz. Insbesondere das Industrial Internet of Things (IIoT) und Augmented Reality (AR) erweisen sich als entscheidend für das Management hochwertiger industrieller Anlagen und Ausrüstung. 70% der Befragten geben an, dass die gemeinsamen Nutzung von IIoT und AR für sie einen messbaren Mehrwert mit sich bringt.

Unter den im Rahmen der Kooperation entstandenen Bericht geschilderten Praxisbeispielen für die Nutzung von IIoT und AR sind für Unternehmen der Schwer- einschließlich der Fertigungsindustrie vor allem diejenigen von Bedeutung, die das Anlagenmanagement betreffen. Der Betriebsstatus von Schwermaschinen wirkt sich in diesen Unternehmen unmittelbar auf KPI wie den Gesamtdurchsatz oder die Gesamtanlageneffizienz (OEE, Overall Equipment Efficiency) aus.

37% aller Einsätze von IIoT und AR entfallen auf das Anlagenmanagement. Diese unterteilen sich in die Visualisierung von Daten bzw. Interaktion mit der Umgebung (3%), Fehlerdiagnostik (22%), Ergreifung von Maßnahmen (12%). Diese drei Kategorien von Anwendungsfällen werden wir uns im Folgenden näher ansehen.

1) Visualisierung und Interaktion: Produktdesigndaten in einer immersiven Umgebung

Anwendungsfälle: Produkt- und Konstruktionsdesign, Konstruktionsentwürfe

Um Exzellenz und Innovation zu gewährleisten sind Hersteller stetig bestrebt, die Qualität ihrer Produkte zu verbessern, Leistungskennzahlen zu optimieren und gleichzeitig die Entwicklung neuer Produkte sowie deren Markteinführung zu beschleunigen. Neue ergebnisorientierte Geschäftsmodelle wie Product-as-a-Service erweitern den Produktdesignprozess um eine weitere Ebene der Komplexität und Relevanz.

Daten von smarten und im IIoT vernetzten Produkten schließen für Produktdesigner und Ingenieure eine Feedback- und damit Wissenslücke, indem sie Annahmen durch Fakten ersetzen. Die durch die Vernetzung im IIoT erst ermöglichte Erhebung und Übermittlung von Leistungs- und Nutzungsdaten aus der “echten Welt” versorgen Produktdesigner und Entwicklungsingenieure mit wichtigen Erkenntnissen für künftige Iterationen. Dieselben Daten können auch als Input für Simulationsmodule oder Softwareanwendungen für generatives Design verwendet werden, um ein besseres Verständnis für Entwürfe zu entwickeln oder gänzlich neue Designs zu erstellen.

Datenbasierte Simulationsmöglichkeiten

Die Visualisierungsmöglichkeiten von AR werden für Design-Anwendungsfälle wie Augmented Design Review eingesetzt. Dabei werden virtuelle Änderungen über physische Prototypen, Geräte aus der realen Welt oder eine physische Umgebung gelegt. Kommen in einem solchen Produktdesign-Szenario zusätzlich IIoT-Anwendungen zum Einsatz ist es möglich, reale Leistungsdaten, die sich auf das Produkt in der vorgeschlagenen physischen Umgebung auswirken als visuelle Projektion darüber zu blenden und "Was-wäre-wenn"-Szenarien für digitale Zwillinge zu simulieren.

Indem Produktdesigner Zugriff auf IIoT-fähige Leistungs- und Nutzungsdaten erhalten, können sie datenbasierte Entscheidungen treffen, während AR diese Parameter in 3D kontextualisiert.

2) Schnellere Fehlerdiagnose durch fortschrittliches Monitoring

Anwendungsfälle: Anlagenqualitätssicherung, Betriebsüberwachung, Anlagenüberwachung und -diagnose, Qualitätskontrolle und Optimierung von Fertigungslinien

Für Unternehmen der Schwer- und Fertigungsindustrie ist die Widerstandsfähigkeit ihrer Anlagen, die die Grundlage ihrer Produktionseffizienz darstellen, von enormer Bedeutung. Die Gesamteffektivität der Anlagen und der Durchsatz sind wichtige Fertigungskennzahlen, die unmittelbar mit Ausfallzeiten in Fabrikhallen und Produktionsstätten zusammenhängen. Die vorbeugende Diagnose von Problemen hat für die Mitarbeiter in diesen Industrieumgebungen höchste Priorität. Traditionell wurden jedoch viele Maschinen in Black-Box-Umgebungen betrieben – sie stellten also geschlossene Systeme dar.

Das IIoT macht die aufschlussreichen Daten aus solchen Anlagen nutzbar, indem es gängige Anwendungsfälle wie Anlagenüberwachung und vorbeugende Wartung, die zu einer höheren Betriebszeit führen, ermöglicht. Das Hinzufügen von AR zur Anlagenüberwachung und -diagnose versetzt den Bediener in die Lage, diese Echtzeit-IIoT-Leistungsdaten in der 3D-Umgebung zu betrachten. Der Arbeiter kann den Zustand der gesamten Fertigungslinie sozusagen mit Röntgenblick auf bestimmte Anlagen und deren Betriebsstatus visualisieren. Informationen darüber, wie sich Anlagen wechselseitig beeinflussen und voneinander abhängen können helfen, drohende Engpässe in der Produktion rechtzeitig zu erkennen und potenzielle Optimierungschancen zu nutzen.

Anwendungsmöglichkeiten auch außerhalb der Industrie

Das gilt auch für die Überwachung von Betriebsabläufen und Geräten außerhalb der diskreten Fertigung. Beispiele dafür sind Transformatoren in einem Versorgungsnetz oder MRT-Anlagen in einem Krankenhaus. Auch hier kann durch die Einblendung von IIoT-basierten Echtzeit-Daten über AR in das Sichtfeld des Mitarbeiters sichergestellt werden, dass Geräte innerhalb einer Linie oder Anlage einwandfrei funktionieren und die Ertragsquote verbessert wird.

3) Digitale und Geräteinformationen als Grundlage für Maßnahmen in der physischen Arbeitsumgebung

Anwendungsfälle: Montageanleitungen, Anlageninstallation, Wartungsanweisungen und Anleitung bei der Ausführung von Wartungsarbeiten, Bedienereinweisung (für Präzisionsprozesse und große Industrieanlagen)

Physische Eingriffe sind in der industriellen Welt üblich und häufig. Digitale 3D-Informationen wie Arbeits- oder Wartungsanweisungen, die über physische Geräte geblendet werden, können herkömmliche Handbücher ersetzen.

Solche virtuellen Arbeitsanweisungen sind ein beliebter AR-Anwendungsfall. Die Einblendung von Schritt-für-Schritt-Anleitungen in das Sichtfeld des Ausführenden erleichtert Montage-, Wartungs-, Betriebs- und Serviceaufgaben. Beispiel BAE Systems: Der britische Industriekonzern versah seine Mitarbeiter “in Stunden und zu einem Zehntel der Kosten" herkömmlicher Anleitungen auf Papier mit AR-Arbeitsanweisungen. Dadurch wurde die Montagezeit halbiert, und auch die Schulung neuer Mitarbeiter konnte um 30-40% effizienter gestaltet werden.

Echtzeit-Daten IIoT-fähiger Anlagen erlauben unmittelbare Reaktion auf konkrete Probleme

Bringt man auch bei diesem Anwendungsfall zusätzlich IIoT ins Spiel, können Ausführende noch präziser informiert werden. Die Live-IIoT-Daten einer Anlage können die Wartungsanweisungen im Sichtfeld des Arbeiters aktualisieren und priorisieren, also etwa darauf aufmerksam machen, dass eine andere Reparaturarbeit dringlicher ist als die aktuell ausgeführte: "Reparieren Sie diese Maschine anstatt der, die Sie jetzt reparieren". Auf diese Weise kann auch die Dokumentation zu einem Gerät aktualisiert werden. Anstatt, bildlich gesprochen, “unter der Motorhaube” nach dem defekten Teil zu suchen, können Arbeiter Diagnose und Reparaturanweisung auf ihrem AR-Gerät sehen.

Das Arbeiten auf Basis von Handbüchern und Betriebsanleitungen aus Papier setzte immer die Produktivität von Industrieunternehmen herab. Die Ablösung solcher Dokumente durch aktualisierbare AR-Arbeitsanweisungen beschleunigt Montage- und Servicearbeiten deutlich. Die zusätzliche Nutzung dynamischer IIoT-Daten kann die Effizienz sogar noch weiter steigern.

Fazit: Zwei mächtige Werkzeuge im Kampf gegen Ausfallzeiten

Jede Stunde Ausfallzeit kostet Industrieunternehmen enorme Summen. Daher tun sie ihr Möglichstes, um solche Ausfälle zu verhindern. Das Management von Anlagen und Ausrüstungsgegenständen ist dabei ein entscheidender Faktor. Bereits für sich genommen sind IIoT und AR von unschätzbarem Wert für die Reduzierung von Stillstandszeiten. Werden die beiden mächtigen Technologien integriert und gemeinsam eingesetzt, können Fehlfunktionen in Rekordzeit behoben und beispiellose Effizienzsteigerungen erzielt werden.