Fünf zentrale Wege, wie intelligente Fertigung die Kreislaufwirtschaft unterstützt

Von Michael MacKenzie, General Manager Industrial IoT und Edge Services bei Amazon Web Services (AWS)

Überall entlang des gesamten Produktlebenszyklus – von der Lieferkette, über die Fertigung bis hin zu dem, was passiert, wenn ein Produkt die Produktionslinie verlässt – können das „Internet of Things" (IoT) und Cloud-basierte Architekturen einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit und der Umsetzung von Kreislaufwirtschaftskonzepten spielen. Dank hybrider, mit der Cloud verbundener Architekturen können IoT-Systeme schon heute mehr als nur Daten erfassen. Moderne, Cloud-basierte Architekturen können relevante Informationen liefern, die zur Umsetzung einer modernen Kreislaufwirtschaft einen wichtigen Beitrag leisten. Dazu gehören die Verlängerung des Lebenszyklus eines Produktes, dessen Weiterverwendung durch Recycling und Wiederaufbereitung sowie die Steigerung der Energieeffizienz.

Hier sind fünf zentrale Möglichkeiten, wie sich das Konzept der Kreislaufwirtschaft mit Hilfe der Cloud vorantreiben lässt:

1. Die Grundsätze der Produktion hinterfragen
In der traditionellen Fertigungslehre heißt es, dass sich das Risiko eines Anlagenstillstands selten lohnt. Die Produktion ist robuster und effizienter, wenn man sie laufen lässt - und zwar mit voller Geschwindigkeit. Die Sorge um die Ausfallsicherheit schränkt jedoch die Arbeitsabläufe in der Fertigung ein, da alles auf die Aufrechterhaltung der Prozesse optimiert wird. Das verbraucht nicht nur viel Energie, sondern schränkt auch einen großen Teil des Innovationspotenzials ein.

Die Cloud-Fertigung verändert diesen Prozess auf zwei wichtige Arten. Erstens: Durch die digitale Fertigung, wird das Geheimnis um Zuverlässigkeitsprobleme durch die Erfassung und Analyse wertvoller Daten gelüftet. Durch die Cloud-Konnektivität können in der Produktion auftretende Probleme frühzeitig erkannt und eine vorausschauende Wartung durchgeführt werden. Diese Reaktionsfähigkeit hat sich in den letzten Jahren dank Hybrid Edge stark verbessert, wodurch in der Fabrik selbst sofort auf Daten reagiert werden kann, anstatt sie nur in die Cloud hochzuladen. Zweitens bietet die Cloud in der Fertigung eine neue Ebene der Datengranularität, die man für maschinelle Lernmodelle nutzen kann, um die optimale Geschwindigkeit und Laufzeit für ein Gerät zu ermitteln. AWS IoT SiteWise und AWS IoT SiteWise Edge arbeiten mit einer Vielzahl von Partnern zusammen, um datengestützte Erkenntnisse zu gewinnen und diese über Drag-and-Drop-Dashboards und smarte Anwendungen, für die keine Programmierungskenntnisse notwendig sind, leichter zugänglich zu machen.

Die durch diese Art von Anwendungen gesammelten Daten ermöglichen es den produzierenden Unternehmen, detaillierte digitale Abbilder von Fabriken zu erstellen, die als digitale Zwillinge bezeichnet werden. Diese werden mit Tools wie AWS IoT TwinMaker erstellt und ermöglichen es Unternehmen, jeden Aspekt der Produktion in Echtzeit zu überwachen, zu steuern und zu optimieren. Zudem können sie mit verschiedenen Prozessen experimentieren und die Ergebnisse analysieren, ohne reale Auswirkungen auf Produktion, Gewinn oder Qualität. Diese intelligente Fertigungstechnologie ist ein wichtiger Motor für Innovationen.

2. Ein genauerer Blick in die chemischen Prozesse
Produktionsprozesse folgen einer Reihe fester Abläufe und Formeln, die nachweislich die erforderliche Qualität und Haltbarkeit der Produkte gewährleisten. Sie beruhen unter anderem auf der Verwendung bestimmter Materialien mit einem hohen Reinheitsgrad oder spezifischen Temperaturen, weil diese sich bewährt haben – allerdings schränken sie den Spielraum für den Einsatz recycelter Materialien und eine Verbesserung der Energieeffizienz ein.

Daten aus Sensoren und der Cloud helfen die chemischen Prozesse bei der Herstellung in jeder Phase besser zu verstehen und zu erkennen was jeweils erforderlich ist. So können Hersteller in der Zementindustrie beispielsweise mit Hilfe von Daten im Rahmen der intelligenten Fertigung die optimale Zeit für das Aufheizen ermitteln, um zu vermeiden, dass der Klinker (ein wichtiger Bestandteil von Zement) zu wenig oder zu stark gekocht wird. Mithilfe digitaler Zwillinge kann beurteilt werden, wie hoch der Feuchtigkeitsgehalt tatsächlich sein muss, damit die nachgelagerten Prozesse ordnungsgemäß ablaufen können. Dadurch kann der Energieverbrauch und der ökologische Fußabdruck der Zementherstellung erheblich reduziert werden.

Ein weiteres Beispiel für die Bedeutung chemischer Zusammenhänge ist die Analyse der Auswirkungen auf Materialien, die sich von bisher verwendeten Werkstoffen unterscheiden. Mittels Sensoren kann überwacht werden, wie sich die verschiedenen Materialien im Gesamtprozess verhalten, und mit Hilfe der Edge-Technologie je nach Bedarf anpasst werden. AWS unterstützt Fertigungsunternehmen auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft dabei, mehr mit recycelten Materialien zu experimentieren und dabei die Qualität und die betriebliche Effizienz aufrechtzuerhalten. Ein genauerer Blick auf die chemischen Eigenschaften der Materialien, die Unternehmen mit Cloud-Anbindung verwenden, kann hier viel bewirken.

3. Monitoring von immer vielfältigeren Lieferketten
Die Entwicklung digitaler Zwillinge auf Basis von Daten in der Cloud spielt auch eine große Rolle bei der Optimierung von Lieferketten. Die Automobilindustrie ist hier federführend, da sie einen zirkulären Ansatz für das Recycling von Batterien für Elektrofahrzeuge durch Gigafactories wie von Northvolt Ett in Schweden verfolgt. Die Unternehmen nutzen digitale Zwillinge, um ihre gesamte Lieferketten in Echtzeit zu verstehen und zu verfolgen, von woher die Materialien kommen, wie lange die Lieferzeiten sind, wo das Risiko auf einen Lieferengpass besteht und welche Notfallpläne sie umsetzen können. Digitale Zwillinge helfen dabei, alternative Lieferquellen zu visualisieren, verschiedene Szenarien zu testen und geben den Unternehmen die nötige Transparenz und Sicherheit, um zu einem Kreislaufkonzept mit vielfältigeren Lieferketten als in der Vergangenheit überzugehen.

4. Nachverfolgung des gesamten Produktlebenszyklus
Ein weiterer Bereich, in dem die Automobilindustrie führend ist, ist die Nachverfolgung der fortlaufenden Produktleistung und die Möglichkeit, diese mit den genauen Herstellungsbedingungen in Verbindung zu bringen. Da eine Elektroauto-Batterie einen hohen Wert hat, ist es für die Automobilhersteller wichtig, ihre Leistung zu überwachen. Wird im Laufe der Zeit eine Verschlechterung der Leistung festgestellt, können sie dies auf die Produktionsbedingungen zurückführen und feststellen, ob sie diese Batterien zurückrufen oder aktualisieren müssen.

Dies ist wichtig für die Kundenbindung, aber auch im Rahmen der Kreislaufwirtschaft von zentraler Bedeutung. Der Lebenszyklus einer Batterie endet nicht, wenn sie zurückgerufen wird. Sie wird dann zu einer Ressource, die wieder in die Lieferkette zurückgeführt werden kann – und an diesem Punkt wird das Verständnis dessen, was in der Batterie passiert, entscheidend. Dank der Sensordaten und der Rückverfolgbarkeit kann der Grund für einen Rückruf nachvollzogen werden - und dies bietet einen schnellen Weg zum Recycling der Batterie.

Natürlich muss Kreislaufwirtschaft nicht bedeuten, dass Materialien von derselben Organisation wiederverwendet werden, die sie beim ersten Mal verwendet hat. Selbst wenn ein Unternehmen die Komponenten nicht selbst wiederverwendet, schaffen die Daten in der Cloud dennoch die Voraussetzungen dafür, dass andere dies tun können.

5. Signifikante Veränderungen durch Skalierbarkeit
Für den Aufbau einer kreislaufbasierten Wirtschaft, reicht es nicht aus, wenn nur einzelne Bereiche der Fertigung oder der Lieferkette innovativ sind. Für den effizienten Ressourceneinsatz der Unternehmen und ihr Wachstum, ist Skalierbarkeit sehr wichtig – hierfür kann IoT einen wichtigen Beitrag leisten.

Dashboards und digitale Zwillinge ermöglichen es Unternehmen, ihre Leistungsfähigkeit auf der Basis von Informationen aus verschiedenen Bereichen in Echtzeit und remote zu optimieren. Damit können unterschiedliche Verfahren miteinander vergleichen werden, Probleme behoben und dann automatisch auch auf andere Fabriken diese Problemlösungsansätze übertragen werden. Hybride Edge-Technologien sind dabei in der Lage, sofort auf Warnmeldungen und Statusänderungen zu reagieren, was zu großen Effizienz- und Optimierungsvorteilen führt.

Eine moderne, cloudbasierte Architektur verbessert somit die Skaleneffekte, die dafür sorgen, dass aus einer produktiven Gigafabrik, die nach den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft konzipiert ist, eine ganze Reihe von produktiven Gigafabriken werden, die ebenfalls nach diesen Grundsätzen konzipiert sind. Somit verändern IoT und die Cloud in kürzester Zeit unsere Vorstellungen von dem, was machbar ist, wenn es darum geht, Ressourcen optimal für wirtschaftliches Wachstum zu nutzen.