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Eine Smart Factory auf Basis von KI

12.01.2022 20:17 PM

Eine intelligente Fabrik ist nicht auf den Shopfloor begrenzt. Im Gegenteil, in einer Smart Factory laufen KI-gestützte, automatisierte End-to-End Prozesse durch das ganze Unternehmen. Diese Prozesse greifen nahtlos ineinander, sind komplett transparent, analysierbar und somit Gegenstand kontinuierlicher Optimierung. Eine Zukunftsvision? Blicken wir auf das, was heute schon möglich ist.

 

Was ist KI?

KI (künstliche Intelligenz) ist die Art und Weise, menschliches Lernen und Denken zu imitieren, um so Probleme intelligent zu lösen. Dabei nutzt KI intelligentes Verhalten und maschinelles Lernen, um so ein Problemlösungsverhalten zu modellieren: Auf Basis von (historischen) Daten werden Strukturen der menschlichen Entscheidungsfindung analysiert und ergebnisabhängig bewertet. Darauf aufbauend werden Algorithmen definiert, die diese Entscheidungsprozesse abbilden bzw. übernehmen können. Im laufenden Betrieb werden diese fortlaufend verbessert und können auch weiter durch händige Daten ergänzt werden.

Grundsätzlich gilt: Solche Entscheidungsmodelle sind umso besser, je größer die Datenmengen und Datenqualität ist, auf denen sie beruhen. Deshalb eignen sie sich zum einen insbesondere für repetitive Tätigkeiten, zum anderen für Entscheidungen, die auf der Analyse komplexer Datenstrukturen beruhen, welche der Mensch allein nur schwer erfassen kann. Beide Aspekte sind für eine KI-gestützte Smart Factory relevant.

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KI in der Smart Factory: From Order to Delivery

Eine Smart Factory bringt dann die größten Mehrwerte (v. a. Optimierungen und Kostenreduktionen), wenn der Shopfloor komplett in durchgängige, automatisierte Unternehmensprozesse integriert ist. Diese liegen vor allem im ERP System, welches unzählige Einsatzmöglichkeiten für KI bietet und mit der Fertigung eng verzahnt sein sollte. Ein KI-gestützter, durchgängiger Prozess kann dann bspw. wie folgt aussehen:

  • Auftragsannahme: Interessenten und Kunden können über KI-basierte Chatbots auf die passenden Produkte oder Komponenten hingeführt werden und z. B. bei der Konfiguration unterstützt werden. Dabei können sowohl vergangene Bestellungen des gleichen Unternehmens aber auch vergleichbare Anfragen anderer Kunden in die Chatbot-Logiken einfließen.
  • (Produktions-)Planung: Auf Basis der so platzieren Aufträge werden dann automatisiert Ressourcen und Materialien eingeplant und angefordert bzw. bestellt werden. KI kann, basierend auf Erfahrungswerten, die Produktionszeit prognostizieren oder auch die wahrscheinlich benötigten Materialmengen – etwa unter Einbeziehung zur erwartender Ausschussmengen. All diese Informationen können in die Supply Chain Planung einfließen.
  • Bestandsoptimierung: Prognostizierte Verbräuche können in komplexe Bestandsoptimierungsmetriken einlaufen, die ohne KI-Unterstützung kaum zu erstellen sind. So kann ein Optimum an Verfügbarkeit bei gleichzeitig garantierter Lieferfähigkeit realisiert werden.
  • Shopfloor: Im Shopfloor selbst können Totzeiten über Predictive Maintenance Modelle minimiert werden. Unter Einbeziehung relevanter Informationen aus dem ERP (Schichtplanung, Auftragssituation etc.) können in der Smart Factory KI-gestützt betriebswirtschaftlich optimale Wartungszeitpunkte ermittelt werden.
  • Versand: Im Bereich Versand können KI-Prognosen für die Delivery bereitgestellt und den Kunden kommuniziert werden. Kunden wissen so verlässlicher, wann bestellte Ware eintreffen wird.
  • Aftersales bzw. Service: Auch hier kann KI großen Mehrwert bringen – bspw. durch Predictive Maintenance für Produkte/Maschinen, die bei Kunden im Einsatz sind. Auf diesem Wege kann die Verfügbarkeit erhöht werden und Service- und Wartungseinsätze automatisiert und vorrausschauen geplant und angestoßen werden.

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WAS ÄNDERT SICH DURCH KI?

All diese Beispiele eröffnen immense Möglichkeiten zur Optimierung von Prozessen sowie enorme Kosteneinsparungspotentiale. Darüber hinaus ermöglicht KI komplexe (Echtzeit-) Analysen und Prognosen, die vorher gar nicht oder kaum möglich gewesen wären.

Für Mitarbeiter:innen sind die Veränderungen ebenfalls substanziell: Die KI übernimmt bzw. automatisiert monotone, repetitive Tätigkeiten und schafft mehr Freiraum für Aufgaben mit größerem Wertschöpfungsanteil. Hinsichtlich der einfachen Tätigkeiten geht es dann vor allem um Monitoring: Der Mitarbeiter greift nur noch im Falle von Anomalien (proaktiv) ein, die in der Smart Factory durch KI frühzeitig aufgedeckt werden.

Die Integration des Shopfloors

Viele der oben aufgelisteten Bereiche sind vollumfänglich im (SAP-)ERP-System abgebildet bzw. integriert. Automatisierungen bzw. der Einsatz von KI sollte also sinnvollerweise an den entsprechenden Stellen im ERP erfolgen. Gerade in vielen mittelständischen Betrieben ist jedoch der Shopfloor nicht wirklich in die (SAP-)ERP-Landschaft eingebunden.

Das liegt daran, dass SAP ME, das Produktionssteuerungstool der SAP, für viele Unternehmen zu mächtig und zu aufwendig hinsichtlich der Implementierung ist. Auch stand-alone MES-Systeme sind sehr komplex und längst nicht flächendeckend im Einsatz. Sind sie wiederum im Einsatz werden sie oft nicht vollumfänglich genutzt. Oftmals besteht ein Synchronisationsproblem, da SAP ERP und das MES meist nur ein- oder zweimal am Tag synchronisiert werden. Damit ist der Shopfloor für das ERP aber eine Blackbox und es besteht keinerlei Transparenz über Produktionsfortschritt, Auftragsstatus oder aber KPIs.

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Eine schlanke aber flexibel konfigurierbare Lösung für dieses Problem stellt bspw. die All for One Smart Factory dar. Mit der SAP-nahen Eigenentwicklung lassen sich Informationen aus dem Shopfloor in Echtzeit in das SAP ERP integrieren - wo sie dann smarten End-to-End Prozessen zur Verfügung stehen. Dabei erfasst die All for One Smart Factory sowohl Informationen von Maschinen und Anlagen (etwa können über OPC UA Maschinensteuerungen ausgelesen werden), als auch solche von Handarbeitsplätzen. Dazu können weiter über einfach zu bedienende Tools wie die All for One Werker-App oder über Dash-Buttons relevante Informationen – Auftragsortschritte, Störungen, etc. – direkt ins SAP gebracht werden – und stehen so der neuen, intelligenten Prozesswelt zur Verfügung.


Fazit

Einer KI-gestützten Smart Factory liegt eine ganzheitliche Betrachtungsweise zu Grunde- über die Grenzen des Shopfloors hinaus. Silos sollten aufgelöst oder miteinander verbunden werden, sonst lassen sich keine End-to-End-Prozesse realisieren. Sind diese etabliert, lassen sich mit KI großer Optimierungen erzielen bzw. Kosten einsparen.

 

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