Carroll Thomas ist Leiterin der Manufacturing Extension Partnership (MEP) am National Institute of Standards and Technology (NIST) und betreibt ein nationales Netzwerk von Zentren zur Unterstützung von US-Fertigungsunternehmen bei der Anwendung zukunftsweisender Technologien. Laut US Census Bureau haben 75 % der kleinen Fertigungsbetriebe weniger als 20 Mitarbeiter. (In Deutschland sieht es ähnlich aus: Laut dem Institut für Mittelstandsforschung ifM Bonn betrug der Anteil der KMU aller Unternehmen 2017 in Deutschland 99,4 %, wobei in diesen Unternehmen 52,3 % aller sozialversicherungspflichtig Beschäftigten tätig waren.) Wie Thomas sagt, vollziehen derzeit unzählige kleine und mittlere Fertigungsunternehmen (solche mit weniger als 500 Mitarbeitern) den Schritt in Richtung Automatisierung ihrer Prozesse und Lieferketten. Große Fertigungsbetriebe machen es ihnen schon seit einigen Jahren vor.
„Cobots – Collaborative Robots – sind gerade ein großes Thema,” sagt Thomas. „Viele Zulieferer auf Ebene von Tier 1 und Tier 3 der Lieferkette gehen bei der Einführung der Automatisierung behutsam und eher strategisch vor. Dafür setzen sie Sensoren und KI mit Anbindung an das IoT ein. So digitalisieren sie alle betrieblichen Abläufe. Die breite Masse nutzt inzwischen diese Integration.“
Dr. Thomas Hedberg ist Maschinenbauingenieur und Co-Leiter des Smart Manufacturing Systems Test Bed des NIST. Er glaubt, dass Industrie 4.0 einen Reifegrad erreicht hat, an dem Einigkeit hinsichtlich des anzugehenden Problems herrschen dürfte: Es muss gelingen, alle Daten und Systeme miteinander zu verbinden, sodass alle Phasen von der Entwicklung über die Fertigung bis zur Inspektion eines Produkts fließend ineinandergreifen – einschließlich automatischer Rückkopplungen in den Produktionsprozess.
So kann ein Unternehmen in der Additiven Fertigung beispielsweise hunderte oder tausende Fotos vom Schmelzbad machen, während der Laser das Pulver aufschmilzt. „Sie versuchen diese Daten wieder in die Prozessparameter dieser Maschine zurückfließen zu lassen“, erklärt Hedberg.
„Als all diese Prozesssilos in der Fertigung entwickelt wurden, hat man nicht darüber nachgedacht, sie zu verbinden“, sagt Hedberg. „Innerhalb dieser Silos haben sich jedoch spezialisierte Systeme entwickelt. Warum aber diese Silos aufbrechen, wenn wir sie anzapfen und eine Verbindungsleitung zwischen ihnen installieren können? Diese Verbindung ist der ‚Digital Thread‘. Dabei handelt es sich um eine Problemstellung aus dem Systems Engineering, deren Lösung ein interdisziplinäres Team voraussetzt. An diesem Punkt kommen die Standards ins Spiel, wobei einige dieser Standards zunehmend danach ausgerichtet werden.“
In den lizenzfreien Maschinentechnologie-Standard MTConnect, für den Waddell verantwortlich ist, fließt die Expertise von mehr als 400 Systemintegratoren, Anlagenbauern, Softwareentwicklern und Endnutzern aus sämtlichen Industriezweigen ein. Aus seiner „Top-Down“-Perspektive erkennt Waddell, dass die Vordenker in Sachen vernetzte Fertigungsprozesse inzwischen alle Phasen des Produktlebenszyklus – neben der Planung, Konstruktion, Fertigung und Inspektion auch die spätere Wartung im Rahmen des Kundendienstes – im Blick haben.
Man stelle sich zum Beispiel vor, die US Navy gibt in der Werft von Newport News Shipbuilding oder General Dynamics Electric Boat – beides modern ausgerichtete Zulieferer auf dem US-amerikanischen Markt – ein Boot in Auftrag. Im Rahmen der Abwicklung ist wahrscheinlich die Lieferung sogenannter „As-Designed“, „As-Built“ und „As-Maintained“-Modelle gefordert. „Im Wartungsvertrag könnte vereinbart werden, dass zu gegebener Zeit eine erneute Inspektion, wie zur As-Built-Phase, zu wiederholen ist“, erklärt Waddell. „Mit einem 3D-Scan des Schiffsinnenraums könnten Änderungen gegenüber dem vorherigen Modell erfasst werden.“