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Smart Factory – die Produktion der Zukunft

Veröffentlicht am 13.10.21 | Lesedauer: 15 Minuten

Von Sven Klünder 

Smart Factory – die Einleitung

Unsere industrielle Produktion befindet sich in einem ständigen Wandel. Begonnen hat alles mit der Mechanisierung mittels Wasser und Dampfkraft, der sogenannten ersten industriellen Revolution. Über die zweite Revolution – der Massenfertigung mittels Fließbänder und Strom – zur dritten Revolution – der beginnenden Automatisierung mittels Computertechnik – sind wir aktuell mitten in der Vierten. In der Industrie 4.0 geht es um die Digitalisierung der Fertigung.

In diesem Blog gehen wir auf die Smart Factory – einen Teil der Industrie 4.0 – und daran beteiligten Unternehmen näher ein.

Was ist Industrie 4.0?

Das Ziel der Industrie 4.0 ist die umfassende Digitalisierung der industriellen Produktion um sie so langfristig zukunftsfähig zu halten. Die klassische Fertigung soll dabei mit der Informations- und Kommunikationstechnik verzahnt werden. Mensch, Maschinen, Anlagen und Produkte sollen über die gesamte Prozesskette miteinander kommunizieren und kooperieren um so eine selbstorganisierende Produktion zu erhalten.

Die Digitalisierung der Fertigung ist längst mitten unter, wie die Statistik in Abbildung 1 belegt. 

Die Smart Factory steht im Mittelpunkt der Industrie 4.0. Man könnte sagen, sie ist hier Herzstück. Im nächsten Abschnitt gehe ich auf den Begriff Smart Factory näher ein.

Industrie 4.0 beruht auf 4 Ansätzen:

  • Vernetzung
    Alle beteiligten Prozessteilnehmer sind miteinander vernetzt und kommunizieren über das Internet.
  • Informationstransparenz
    Alle Kennwerte und Informationen des Prozesses werden gemessen und sind in Echtzeit verfügbar.
  • dezentrale Entscheidungen
    Entscheidungen sollen möglichst autonom (und ohne menschlichen Eingriff) getroffen werden.
  • Technische Assistenz
    Der Mensch wird von technischen Systemen unterstützt. Diese helfen ihm bei komplexen Entscheidungen durch Informationen, erleichtern aber auch (körperlich) schwere Tätigkeiten
Abb. 1: Entwicklung der Investitionen im Bereich Industrie 4.0 in Deutschland

Was ist Smart Factory?

Smart Factory lässt sich mit “intelligente Fabrik” übersetzen. Sie beschreibt die digitalisierte, sich selbst organisierende Produktionsumgebung. In einen solchen Produktionsprozess muss, je nach Automatisierungs- und Digitalisierungsgrad, der Mensch nur noch bei Störungen eingreifen. Die Basis dafür bilden sogenannte Cyber Physical Systems (CPS) und die intelligente Vernetzung von Maschinen, Produkten und Prozessen. 

CPS sind Systeme, bei denen elektrische bzw. mechanische Komponenten mit informations- bzw. softwaretechnischen Komponenten verbunden werden. Dies dient zum einen zum Informationsaustausch in beide Richtungen, zum anderen hat es einen steuernden und kontrollierenden Charakter. Die Besonderheit liegt dabei nicht in den eigentlichen Aufgaben, sondern in der Prozessgeschwindigkeit. Geräte, Maschinen, Roboter und alle weiteren vernetzten Prozessteilnehmer (“Internet of Things”) werden in Echtzeit gesteuert. 

Ein Beispiel für ein CPS wäre ein Fahrassistenzsystem wie das ABS, dass bei Schnee das Blockieren der Räder verhindert. Die Steigerung hinsichtlich Vernetzung wäre dann eine Kommunikation mit weiteren Fahrzeugen hinter dem Fahrer und eine Warnung vor der Gefahrenstelle.

Im Folgenden schauen wir uns nun 5 Schlüsseltechnologien für die Smart Factory an.

Abb. 2: Auswahl an Schlüsselprozessen für die Smart Factory

Big Data

Big Data, also “große Datenmengen”, wird häufig als Sammelbegriff für alle Technologien verwendet, die im Rahmen der Digitalisierung für Veränderungen in der Kommunikation und Verarbeitung von Daten sorgen. Gleichzeitig sind aber auch Datenmengen gemeint, die herkömmlich und manuell nicht mehr auszuwerten sind.

Das “big” definiert sich dabei anhand folgender Parameter:

  • volume   (Datenvolumen)
  • velocity   (Verarbeitungsgeschwindigkeit)
  • variety   (Bandbreite der Datentypen und -quellen)
  • veracity   (Echtheit von Daten)
  • value   (Wert der Daten)
  • validity   (Datenqualität)
 
Je nach Anwendungsgebiet sind verschiedene Parameter wichtiger oder weniger wichtig. So spielt im Bereich der Echtzeitsteuerung die Geschwindigkeit eine  entscheidende Rolle, während bei komplexen Auswertungen oder Berechnungen das Volumen wichtiger ist.
Abb. 3: Moderne Rechenzentren können die Anforderungen der Smart Factory im Bereich Big Data stemmen

CyrusOne

CyrusOne ist ein US-amerikanischer REIT und der drittgrößte Anbieter von Rechenzentrumsleistungen in den USA. Das Unternehmen wurde 2001 gegründet. Der Börsengang erfolgte 2013. CyrusOne betreibt carrier-neutrale Rechenzentren.

Die Anforderungen an Rechenzentren als Basis der IT werden immer komplexer. Durch die Digitalisierung steigt das Datenvolumen ständig und die Abhängigkeit der Unternehmen steigt. Gleichzeitig wird eine hohe Verarbeitungs- und Übertragungsgeschwindigkeit sowie schnelle Verfügbarkeit von Daten gefordert. Dies hat zur Folge, dass viele Unternehmen keine eigenen Rechenzentren mehr betreiben. CyrusOne betreibt über 50 Rechenzentren in Nord- und Südamerika sowie in Europa. 20% der Fortune 1000 Unternehmen sind Kunden bei CyrusOne. 

Mit Splunk haben wir bereits ein Unternehmen aus dem Bereich Big Data analysiert.

CyrusOne Aktie Analyse Trends
Abb. 4: Trendeinordnung für CyrusOne

Cyber Security

Unter Cyber Security versteht man Maßnahmen, um Computer, Server, Mobilgeräte, elektronische Systeme, Netzwerke und Daten gegen böswillige Angriffe zu verteidigen. In der Smart Factory ist Cyber Security essentiell, um den netzwerkbasierten Prozess zu schützen. 

Unternehmen sind klassischerweise nur von 2 der 3 Bedrohungen von Cyberkriminalität betroffen. Cyberangriffe zur Informationsbeschaffung und Cyberkriminalität zur Erpressung von Unternehmen. Cyberterrorismus als 3. Bedrohung kommt eher bei Unternehmen mit hoher Bedeutung für die öffentliche Sicherheit und Ordnung in Frage.

Im Fall von Spionage können Informationen wie Firmengeheimnisse oder der Technologievorsprung durch Patente verloren gehen. Cyberangriffe können aber auch die gesamten Prozesse blockieren.

Insofern ist Cyber Security essentiell für den Betrieb einer Smart Factory.

Abb. 5: Cyber Security und Cyberkriminalität befinden sich in einem ständigen "Wettbewerb"

Fortinet

Fortinet ist, gemessen am Umsatz, das viertgrößte Unternehmen für Netzwerksicherheit weltweit. Das US-amerikanische Unternehmen wurde 2000 von zwei Brüdern gegründet. Der Börsengang erfolge 2009.

Fortinet hat ein diversifiziertes Produktportfolio das IT-Sicherheits- und Netzwerk-Hardware und -Software enthält. Die bekanntesten Produkte entstammen der FortiGate Reihe. Hierbei handelt es sich um eine Art Firewall-Plattform. Die Plattform wird individuell für die Anforderungen der Kunden konfiguriert und kombiniert verschiedenste Sicherheitsfunktionen wie Webfilter, Eindringungsverhinderung, Schutz vor Schadprogrammen und Spam oder Firewalls miteinander. Fortinet hat über 500.000 Kunden weltweit und hält über 780 Patente.

Ein weiteres bekanntes Unternehmen ist Qualys, dass wir euch bereits vorgestellt haben.

Fortinet Aktie Analyse Trends
Abb. 6: Trendeinordnung für Fortinet

Cloud Computing

Unter Cloud Computing wird allgemein die Bereitstellung und Nutzung von IT-Infrastruktur wie Speicherplatz, Software oder Rechenleistung über das Internet verstanden. Dahinter steckt die Idee die Strukturen nicht mehr lokal auf dem Rechner zu installieren sondern im Netzwerk. Im Rahmen der Digitalisierung steigen die Anforderungen an die IT (siehe auch Big Data) und damit verbunden auch die Kosten. Durch die Nutzung der Cloud können Einsparungen unter anderem durch die Nutzung von Gemeinschaftslizenzen statt Einzellizenzen aber auch die Reduzierung von Hardwareleistung erzielt werden.

Cloud Technologie ist im Rahmen der Smart Factory unerlässlich. Rechenleistung und Software wird dezentral in verschiedensten Prozessschritten und beteiligen Systemen benötigt. Lokal wäre dies kaum zu realisieren, extrem kostenintensiv und wenig effizient aufgrund schwankender Nutzung. Durch die Cloud kann die IT-Infrastruktur flexibel genutzt werden und die Kapazitäten werden effektiver genutzt.

Abb. 7: Die Cloud ist essentiell für die Digitalisierung und damit für die Smart Factory

Microsoft

Microsoft ist ein US-amerikanisches Unternehmen im Bereich Hard- und Softwareentwicklung sowie Technologie. Microsoft wurde 1975 gegründet. Der Börsengang erfolgte 2000. Microsoft ist der größte Softwarehersteller (gemessen am Umsatz) weltweit.

Im Bereich Cloud ist Microsoft unter anderem mit der Anwendung Microsoft Teams tätig. Teams kam erstmals 2017 auf den Markt. Mittels Teams ist es möglich weltweit und dezentral in einem Team zusammen zu arbeiten. Teams bildet also die Plattform um Microsoftanwendungen in der Cloud zu nutzen. Klassische Anwendungen wie E-Mail und Kalender sind enthalten. Ein Messanger ermöglicht ein schnelles, chatartiges Kommunizieren. Dokumente wie Tabellen, Präsentationen oder Schriftstücke können geteilt sowie gemeinsam und gleichzeitig bearbeitet werden. Videochat aber auch die Einbindung von Voice over IP Telefonie rundet das Angebot ab. Mitte 2021 hatte Microsoft Teams bereits über 250 Millionen tägliche Nutzer.

Salesforce bietet cloudbasierte Lösungen für Unternehmenskunden in den Bereichen Vertrieb, Marketing und Kundenzufriedenheit an.

Microsoft Aktie Analyse Trends
Abb. 8: Trendeinordnung für Microsoft

Artificial Intelligence

Ein entscheidender Punkt sowohl für die Industrie 4.0 als auch für die Smart Factory ist die Selbstorganisation. Hierfür ist es essentiell, dass in Prozessschritten möglichst autonom und – durch die angestrebte Automatisierung – möglichst ohne menschliche Eingriffe. Hierfür wird Artificial Intelligence, also künstliche Intelligenz, benötigt.

Künstliche Intelligenz ist ein Teilbereich der Informatik, der sich mit maschinellem Lernen sowie der Automatisierung von intelligentem Verhalten beschäftigt. Es wird hierbei versucht Verhaltensweisen von Menschen, wie Entscheidungsfindung oder Problemlösekompetenzen nachzubilden. Abzugrenzen ist diese Form der künstlichen Intelligenz von der K.I. in Computerspielen, wo häufig nur intelligentes Verhalten “nachgeahmt” wird.

Abb. 9: Artificial Intelligence ist in der sich selbstorganisierenden Smart Factory ein entscheidender Faktor

In der Smart Factory leistet Artificial Intelligence unter anderem in den Bereichen Qualitätsprüfung, Aufzeigen von Prozessanomalien aber auch der vorausschauenden Wartung zur Vermeidung von Ausfallzeiten bereits gute Dienste.

Intuitive Surgical

Intuitive Surgical ist ein US-amerikanisches Unternehmen aus dem Bereich Medizintechnik. Das Unternehmen wurde 1995 gegründet. Der Börsengang erfolgte 2000. Intuitive Surgical gehört zum S&P 500.

Das Hauptprodukt von Intuitive Surgical ist der da Vinci Surgical. Hierbei handelt es sich um ein Roboter-Chirurgie System.  Die Zulassung durch die FDA in den USA erfolgte 2000. Der Roboter hat je nach Modell 3 oder 4 Arme. Die Arme können flexibel für jeden Anwendungszwecks angepasst werden. Ein Arm wird für die Kamera benötigt, die anderen werden für operationstechnische Gegenstände. Gesteuert wird der Roboter immer von einem Menschen an einer Bedienkonsole. Im da Vinci Surgical System wird neben Robotertechnik bereits Künstliche Intelligenz eingesetzt um komplexe Operationsschritte zu verbessern. Unter anderem wird so die Bildgebung deutlich verbessert. Perspektivisch sind von technischer Seite auch teilautonome Operationsschritte möglich. 

Mit C3.ai und IBM haben wir bereits weitere Unternehmen aus dem Bereich Artificial Intelligence analysiert. IBM ist gleichzeitig auch im Bereich Cloud tätig.

Intuitive Surgical Aktie Analyse Trends
Abb. 10: Trendeinordnung für Microsoft

Internet of Things

Das Internet of Things (kurz auch IoT) bezeichnet ein Netzwerk von Gegenständen und Maschinen, die sich untereinander vernetzen und Daten austauschen. Im Alltag sind das Beispielsweise Smartphones, Smartwatches, Kopfhörer, Autos, Beleuchtung, Thermostate usw… Die Geräte sind dabei mit intelligenten Sensoren, Chips und Software ausgestattet, ihre Kommunikation erfolgt daher intelligent. Daher leitet sich auch der Begriff Smart Device für die Geräte bzw. Smart Home für den Verbund ab. Beispiele sind zum Beispiel ein Öffnungssensor am Fenster, der mit dem Thermostat der Heizung kommuniziert, aber auch die “klassische Kombination” aus Smartphone, Smartwatch und kabellosen Kopfhörern oder die Videotürklingel, die “Anrufe” aufs Handy weiterleitet.

Abb. 11: Das Internet of Things ist eine neue Form der intelligenten Kommunikation von Geräten untereinander

Im Rahmen der Smart Factory ist das Internet of Things essentiell. Alle Prozessteilnehmer müssen miteinander vernetzt sein um einen flüssigen Prozessablauf zu gewährleisten und gleichzeitig um die Selbstorganisation sicherzustellen. Anwendungsbeispiele sind hier beispielsweise Transportroboter in der Material- oder Paketlogistik die ihre Ladung selbstständig an den Zielort bringen.

Software AG

Die Software AG ist ein deutsches Softwareunternehmen. Sie wurde 1969 gegründet. Der Börsengang erfolgte 1999. Die Software AG gehört zu den 3 größten Softwareanbietern Deutschlands und zur Top 10 der EU.

Nach zwei Jahren der Partnerschaft übernahm die Software AG Cumulocity. Bei Cumulocity handel es sich um eine Internet of Things Cloud Plattform zum Vernetzen von Geräten. Cumulocity ist eine funktional umfassende IoT-Cloud-Plattform für das Vernetzen von Geräten. Durch die Übernahme hat die Software AG strategische IoT- und Smart Factory Partnerschaften mit großen Unternehmen, wie Bosch, Octo, Dell, der deutschen Telekom und Huawei geschlossen. Schwerpunkte der Plattform sind Produktüberwachung, Zustandsbasierte Wartung oder allgemein die Prozessoptimierung. Die Software AG bietet dabei spezielle Lösungen für Fertigungs- und Logistikunternehmen, für die Telekommunikationsbranche, den Einzelhandel und Versorgungsunternehmen an. Neben dem IoT Bereich gehören auch Software und Services für den Entwurf von Prozess-Strategien und Design, SOA-basierte Integration und Datenmanagement, ERP Implementierungen aber auch Prozessberatung und Service-Leistungen zum Portfolio.

Ein bekanntes Beispiel für das Internet of Things ist Amazons Alexa. Amazon haben wir bereits für dich analysiert.

Software AG Aktie Analyse Trends
Abb. 12: Trendeinordnung für Software AG

Abschluss

Die Digitalisierung verändert unsere Lebensart. Hiervon ist auch die Industrie im Rahmen der Industrie 4.0. Ziel dieses Blogs ist es, dir mittels einiger ausgewählter Schlüsseltechnologien der Smart Factory einen Einblick in diese spannende Transformation zu geben. Auffällig dabei ist: Viele der “Zukunftstechnologien” sind bereits mitten unter uns.

Wie siehst du die Digitalisierung der Produktion?

Welches Unternehmen ist für dich ein interessantes Investment?

Ich bedanke mich fürs Lesen und hoffe auf ein baldiges Wiedersehen bei Wir Lieben Aktien.

Liebe Grüße

Sven Klünder

Autor dieses Blogs:

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