Hardware Infrastruktur umfasst in mehreren Bereichen alles das, was im weitesten Sinne physisch installiert werden muss. Hardware funktioniert nur in Kombination mit Software und Programmierung und muss die Akzeptanz der Mitarbeiter berücksichtigen.
Die Bereiche IT-Infrastruktur (Equipments, Netzwerk, Verwaltung, …), Sensorik (einzelne Sensoren zur Datenerfassung) und Automatisierung in Form von Robotern, in der Logistik (z.B. durch autonome Mobilität) oder durch die Implementierung von Lagermanagement betreffen alle die Hardware Infrastruktur.
Die Grenzen zwischen Hardware & Software und Hardware & Daten (und datengetriebene Technologien) sind fließend.
Graphische Zusammenfassung
Hardware Infrastruktur
Infrastruktur Hardware beinhaltet alle physischen Komponenten, die im Unternehmen gebraucht und daher installiert werden. Dazu zählen IT-Infrastruktur genauso wie Sensorik, Aktorik oder Robotik und fahrerlose Transportsysteme - und noch vieles mehr.
Eine technisch optimale Hardware Infrastruktur ist wichtig, um folgendes zu ermöglichen:
Infrastruktur, und damit auch Hardware Infrastruktur, ist eine Grundlage für erfolgreichen Wandel.
Software, Strategie
Denken Sie langfristig (und nicht nur kurzfristig, um das Budget zu schonen)!
Denken Sie erweiterbar (und nicht in Insellösungen)!
Denken Sie Nutzer-zentriert!
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IT-Infrastruktur ist von grundlegender Wichtigkeit bei der Umsetzung von digitaler Transformation. Nur mit der notwendigen und auf die Zukunft ausgerichteten Infrastruktur kann der Wandel langfristig erfolgreich werden.
Zur Infrastruktur im Sinne der IT gehört jegliche Ausstattung bzw. Equipment der Mitarbeiter genauso wie Server- oder Service-Leistungen und IT-Sicherheit. Auch programmierbare Infrastruktur (Stichwort „Software defined…“) ist in diesem Zusammenhang wichtig. IT-Infrastruktur ist daher nicht nur die klassische Hardware im Sinne von physikalischen Servern, sondern ist sehr umfassend zu sehen. Wichtig ist generell die Ausrichtung auf eine Vereinheitlichung von bestehenden Lösungen, um Insellösungen zu verhindern und erweiterbar genauso wie vernetzungsfähig zu sein.
Nutzer-zentrierte Auslegung (Was braucht der/die Nutzer:in, für ein gutes Arbeiten?)
zukunftsfähige Technologien verwenden, die zur Ausrichtung des Unternehmens passen
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Sensorik ist eine grundlegende Infrastruktur, die als Hardware an Maschinen, Prozessen, Abläufen, … angebracht werden kann, um diese zu überwachen. Mit Hilfe von Sensorik kann man frühzeitig reagieren und datenbasiert entscheiden – sofern die Sensorik richtig verwendet wird! Grundsätzlich muss man dafür Sensorik verstehen und auch deren Verwendung.
Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Arten von Sensoren. Dabei muss unterschieden werden:
Diese Unterscheidungen sind wichtig, da jede Art von Sensor genau definierte optimale Einsatzbereiche hat. Grundsätzlich ist nicht jeder Sensor für jede Anwendung geeignet!
Daten
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Retrofit bedeutet das Nachrüsten von bestehenden Maschinen, sodass auch diese Maschinen Daten produzieren und zukunftsfähig gemacht werden können. Dabei wird beispielsweise Sensorik, teilweise aber auch Automatisierung, Aktorik o.ä. nachgerüstet.
Der Einbau von Sensorik will gut durchdacht sein: es muss die richtige Sensorik an der richtigen Stelle angebracht werden, um verlässliche und aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Es gibt unterschiedliche Auswahlkriterien bzw. Spezifikationen für die Auswahl und den Einbau von Sensorik – die grundsätzlich mit dem Einbauort zusammenhängen.
Sensorik, Daten
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Sensorik detektiert Messdaten und liefert ein digitales Signal. Sensoren sind jedoch passiv, d.h. sie geben Werte aus, veranlassen aber keine Reaktion auf Basis der Messwerte. Aktoren werden verwendet, um aktiv Reaktionen auszulösen.
Generell ist immer eine gute Abstimmung von Sensorik und Aktorik gemeinsam mit der Steuerungs- bzw. Regelungstechnik und der Umsetzung von Automatisierung notwendig, um das beste Ergebnis zu erhalten.
Beispielsweise: Der Füllstand von Wasser in einem Stausee wird gemessen (Sensor) und liegt im Normalfall zwischen 80-90% vom maximalen Wert. Der Sensor detektiert: signifikanter Abfall des Füllstandes, nur noch 75% sind vorhanden. Die Aktorik sorgt (über eine Steuerungs- bzw. Regelungstechnik), dass ein Ventil geöffnet wird (Aktor), um den Füllstand wieder auf das Soll anzuheben.
Sensorik, Daten, Automatisierung
Abstimmung Sensorik & Aktorik
Genaue Definition dessen, was die Zielgröße ist und wie diese gesteuert/geregelt werden soll - wichtig ist die Entscheidung: Kann die Zielgröße direkt oder nur indirekt gemessen und/oder geregelt werden?
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Identifikations- & Ortungssysteme als Teil der Infrastruktur sind von entscheidender Bedeutung, um Digitalisierung und digitale Transformation erreichen zu können. Diese Identifikation muss eindeutig sein und dadurch jedes Bauteil, Prozess, Maschine, Bearbeitungsschritt, Werkzeug, usw. genau definieren. Dabei wird unterschieden:
Heutzutage gibt es diverse Möglichen von ID-Systemen für Standort und Bauteile. Sehr häufig wird mehr als eine reine Zahlenfolge weitergegeben, d.h. in der Identifikation sind auch schon beispielsweise Eigenschaften (z.B. von Arbeitsplatz oder Werkzeug) oder weitergehende Informationen (z.B. von Produkten) beinhaltet.
Prozess-Automatisierung, Daten
Wählen Sie eine universelle Methode für Ihr ID-System - und das möglichst standardisiert über das gesamte Unternehmen!
Wählen Sie die technologische Methode, die alle Ihre notwendigen Merkmale in einem Schritt übermitteln kann.
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Ortungs-Systeme sind eine Möglichkeit von eindeutiger Identifikation von Standorten - innerhalb des eigenen Unternehmens oder weltweit. Daher sind weiterführende Informationen unter ID-Systeme zu finden.
Passen Sie auf beim Thema Ortung und Datenschutz!
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Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Hardware- oder auch Software-Systemen sind von entscheidender Bedeutung für die Vernetzung von Maschinen, Prozessen, usw. Je einheitlicher die Schnittstellen sind, umso einfacher ist der Umgang damit und umso einfacher können Dinge untereinander kommunizieren und vernetzt werden.
Schnittstellen sind Grundlage einer erfolgreichen Kommunikation zwischen Maschinen und auch zwischen Menschen und Maschinen. Mittlerweile häufig verwendet wird die offene Schnittstelle OPC-UA, die programmierbar die individuell benötigten Informationen verarbeitet bzw. ausgeben kann.
Achten Sie auf eine möglichst einheitliche Schnittstellen-Landschaft (sofern beeinflussbar)
Nutzen Sie bestenfalls offene und gut bekannte Schnittstellen und keine besonderen, proprietären!
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Automatisierung bedeutet die digitale Abbildung von meist stupiden Aufgaben durch Verwendung von Hardware und der notwendigen Programmierung, sodass die Arbeit letztlich nur mehr mit Knopfdruck erledigt werden kann und daher mit weniger manuellem Aufwand für den einzelnen Mitarbeiter verbunden ist.
Dabei können Roboter, Cobots, fahrerlose Transportsysteme usw. im Sinne der Automatisierung genutzt werden. Neben der benötigten Hardware gibt es immer auch Programmierungen, die erledigt werden müssen, damit die Automatisierung funktioniert.
Automatisierung kann gleichzeitig auch noch folgende Bedeutungen haben:
Mensch, Roboter, Cobots, Daten, Organisation,
Überlegen Sie sehr genau, wo Automatisierung einen Sinn macht. Dieser ist nicht immer nur rein monetär zu bewerten, sondern oft auch gesundheitstechnisch (z.B. ergonomisch), sicherheitstechnisch, sozial, ...!
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Hört man Automatisierung kommen klassischerweise im Produktions-Umfeld Roboter in den Sinn. Sehr viele Anwendungen können von Roboter-Unterstützung profitieren! Der Kosten vs. Nutzen muss aber genau kalkuliert werden und vor allem bei der Auswahl ist es wichtig, die richtigen Fragen zu stellen, um den richtigen Roboter für die eigene Anwendung zu erhalten. Je nach Art der Anwendung und nach Auswahlkriterien fallen unterschiedliche Kosten für die Anschaffung und den Betrieb eines Industrie-Roboters an.
Sensorik, Daten, Automatisierung
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Kollaborierende Roboter (sogenannte Cobots) sind spezielle Roboter, die gemeinsam mit dem Menschen arbeiten und die manuellen Tätigkeiten bestmöglich unterstützen. Cobots unterliegen strengen Auflagen, können aber in vielen Situationen eine adäquate technische Unterstützung bieten, um Gesundheit, Ergonomie oder Sicherheit eines Arbeitsplatzes zu erhöhen. Den Nutzen gegenüber der anfallenden Kosten muss jedes Unternehmen selbst evaluieren - nach Kenntnis der notwendigen (sicherheitstechnischen) Auflagen (im besten Fall vor der Anschaffung eines solchen Cobots).
Automatisierung, Daten
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Automatisierung im Bereich Transport und Logistik gehört zum Verständnis von Digitalisierung und dem Begriff Logistik 4.0. Dabei gibt es unterschiedliche Bereiche, in denen die Digitalisierung einen deutlichen Einfluss hat bzw. haben wird:
Gerade mit Blick auf die Intralogistik sind fahrerlose Transportsysteme und schienenlose Fahrzeuge wichtig. Diese können autonom und automatisiert Dinge von einem Ort zu einem anderen bringen - Kapazitäts- & Prozess-gesteuert. Eine weitere neue Art vonTransportsystemen ist die Verwendung von Drohnen für (interne) Logistik. Wichtig ist bei allen autonomen oder automatisierten Fahrzeugen die Beachtung der sicherheitstechnischen Vorgaben des Landes! Hardware-Investitionen für diese Art der Logistik sind die Fahrzeuge sowie die zugehörige Sensorik, die im Weg (oder Luftraum) installiert bzw. programmiert werden muss.
Automatisierung von Logistik und Transport bedeutet auch eine optimale Kapazitätsplanung für die interne und externe Logistik. Wie viele Dinge passen auf den Transporter? Was kann man noch mit dazu packen und gleichzeitig transportiert werden müssen? Diese und viele andere Fragen können mit Hilfe einer automatisierten Kapazitätsplanung erreicht werden, sodass Leerfahrten vermieden und Ressourcen geschont werden. Damit dies funktionieren kann, muss in Hardware investiert werden, d.h. in Sensorik (z.B. zur Gewichts-/Dimensions-Erfassung von Einzelteilen), aber auch in die notwendige Software, damit datenbasiert die beste Lösung gefunden werden kann (wenn alle Daten verlässlich und richtig sind)
Eng einhergehend mit der Kapazitätsplanung ist auch die Optimierung von Transportrouten ein wichtiges Thema der Automatisierung im Bereich Logistik. Welche Routen können wie zusammengelegt oder erweitert werden, damit weniger (Leer-)Fahrten nötig sind - wodurch Ressourcen geschont werden. Automatisierte und situativ optimierte Berechnung von Transportrouten ist ein Thema von optimal genutzter Software (bei verlässlicher Datenlage).
Beim Versand von unterschiedlichen Einheiten ist die Verlässlichkeit von Daten besonders wichtig. Maße und Gewicht von Paket muss übereinstimmen mit der Packungsgröße und dies sollte in möglichst optimierter Weise kombiniert werden - bei häufig gleichzeitiger Standardisierung der Verpackungseinheiten. Daher ist dies häufig mit Hilfe der richtigen Software zu lösen.
Bei allen Punkten ist es wichtig, die Mitarbeiter mitzunehmen und frühzeitig nach Bedarfen zu Fragen. Der Begriff Automatisierung schürt häufig die Ängste der Mitarbeiter. Egal, welche Art der Automatisierung Sie angehen: nehmen Sie die Mitarbeiter mit und fragen Sie frühzeitig nach Bedarfen. Eine Mitwirkung des Einzelnen steigert langfristig die Akzeptanz!
Virtuelle Abbilder von Transport- & Logistik-Themen sind extrem wirksam und steigern die Akzeptanz.
Bedenken Sie frühzeitig die jederweit erweiterbare Möglichkeit der eindeutigen Identifikation aller Dinge im Umlauf (Produkte, Maschinen, Bauteile, ...)
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Automatisierung von Lager und die damit einhergehende Lagerlogistik ist immens wichtig, um zukunftsfähig zu bleiben. Dabei gibt es viele technische Möglichkeiten:
Die Lagermanagement hängt eng zusammen mit den Themen Ersatzteilmanagement und Lieferketten-Management (Supply Chain Management).
Lagerverwaltung erfordert ein hohes Maß an Kenntnissen über den gesamten Betrieb und dessen (logistische) Notwendigkeiten. Erst wenn das bekannt ist, kann mit einer Automatisierung von Lagerflüssen usw. angefangen werden.
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Jegliche Hardware und Automatisierung, sei es mit Roboter, Lagersystemen oder einzelner Sensorik, funktioniert nur mit der notwendigen Programmierung. Alles muss programmiert werden, sei es bezogen auf Schaltpunkte (z.B. Aktorik), Bewegungen (z.B. Roboter), Routen (z.B. fahrerlose Transportsysteme) oder ähnlihes. Dafür gibt es zugehörige Steuerungen und Programme, die auch sicherheitstechnisch den Richtlinien entsprechen müssen. Ohne diese Art der Programmierung wird keine Hardware vernünftig funktionieren.
Beim Programmieren gibt es mittlerweile Baustein-Systeme und Low bzw. No Code-Varianten, wodurch auch weniger eingeschulte Personen damit arbeiten können. Gleichzeitig sind ein grundlegendes Wissen und Interesse für diese Themen unabdingbar.
Mensch, Roboter, Daten, Organisation,
es sollte möglichst auf die Wiederverwendbarkeit von Programm-Bausteinen geachtet werden, um Mehraufwand zu verringern!
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Als Hardware Infrastruktur kann auch jeder Maschinenpark (unabhängig von Art und Größe) gesehen werden. Dieser ist notwendig, um die eigenen Arbeiten zufriedenstellend erledigen zu können. Jeder Maschinenpark und jeder Arbeitsprozess kann modernisiert und digitalisiert werden. Voraussetzung dafür ist: man muss seinen Maschinenpark mit seinen Stärken und Schwächen kennen und muss die Mitarbeiter an den Anlagen mit einbeziehen. Wird dies gemacht, kann Digitalisierung häufig erfolgreich umgesetzt werden – und langfristig in der Vernetzung von Maschinen und teilweise autonomen Reaktionen von Maschinen auf Ereignisse resultieren. Wichtig ist: frühzeitig und zu jedem Zeitpunkt muss das Thema Datensicherheit mitberücksichtigt werden.
Sensorik, Daten, Automatisierung, Retrofit
Achten Sie auf den (langfristigen) Nutzen! Es müssen nur die Änderungen gemacht werden, die tatsächlich einen Effekt haben - und nicht ALLES digitalisiert werden!
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3D Druck ist eine mittlerweile nicht mehr ganz so neue Technologie, mit der Materialien (Kunststoffe, Metalle, Keramiken) in Form von Drähten oder Pulver direkt verarbeitet werden zu einem gewünschten Bauteil. Der Vorteil liegt dabei in der Möglichkeit, Konturen und Formen zu gestalten, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht (oder nur schwer) herstellbar sind. In der Produktion kann dadurch der Ressourcen- & Arbeits-Aufwand verringert und gleichzeitig meist auch die Lagerhaltungskosten reduziert werden. Auch in der Anwendung ergeben sich Vorteile, da gedruckte Teile auch für enge Platzverhältnisse oder in komplexen Formen hergestellt werden können. Nachteile des 3D Druck sind, dass technisch doch nicht immer alles möglich oder sinnvoll ist.
Akzeptanz und auch Denkweise der Mitarbeiter muss gezielt geschult werden!
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Jegliche weitere Hardware, die für das Arbeiten bzw. die vollständige Funktionalität physisch installiert werden muss (z.B. Ladesäulen für E-Autos, Dashboards und Anzeigetafeln, …), fällt auch unter Infrastruktur Hardware. Grundlegende, gut funktionierende Hardware-Infrastruktur ist – unabhängig von ihrer Form und Ausprägung – sehr wichtig, um langfristig weiter arbeiten zu können.
vom Nutzer her denken! Was braucht der Nutzer (Kunde und Mitarbeiter), damit ein Produkt bzw. Prozess Mehrwert liefert und dadurch schneller akzeptiert wird? *
* mit Nutzer, Kunde und Mitarbeiter sind natürlich alle Geschlechter gemeint!
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IO-Link (Input-Output-Link) beschreibt ein Kommunikationssystem bestehend aus einem IO-Link-Master (Steuerung) und IO-Link-Devices (Sensoren, Aktoren). Input-Output beschreibt dabei, dass der IO Link Master die Kommunikation auf automatisierter und standardisierter Basis regelt. Weltweit standardisiert sind das Kommunikations-Protokoll sowie die Anschluss-Details in der Norm IEC 61131-9.
Vorteile von IO-Link Bauteilen sind die universellen Einsatzmöglichkeit (aufgrund der weltweiten Standardisierung), die meist kleine Bauweise und das dadurch einfache Implementieren intelligenter Sensorik & Aktorik. IO-Link kann auch zur Fernwartung von Geräten genutzt werden, da IO-Links eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht.
IO-Link immer in Kombination mit Sensorik & Aktorik betrachten!
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