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Das Unternehmen pro-beam mit Hauptstandort Gilching produziert mit mehr als 400 Mitarbeitenden kundenspezifische Maschinen und anspruchsvolle Bauteile in Auftragsfertigung. Für eine automatisierte Qualitätsprüfung, bei der mit dem Elektronenstrahl erzeugte Schweißnähte überprüft werden sollen, plant das Unternehmen, eine auf Elektronenstrahloptik basierte KI-Lösung direkt während des Schweißprozesses einzusetzen. Ein schneller Proof of Concept zeigt, ob sich die vorhandenen Daten eignen und wie verlässlich die KI-Lösung Anomalien erkennen kann.
Das Unternehmen pro-beam fertigt Bauteile vor allem für die Luft- und Raumfahrt oder Medizintechnik. Die Anforderungen an die Qualität sind entsprechend hoch. Bislang erfolgt die Qualitätssicherung manuell, unter anderem durch eine Sichtprüfung durch Mitarbeitende. Eine automatisierte Prüfung könnte die Mitarbeitenden entlasten. Die dafür benötigte elektronenoptische Aufnahmemöglichkeit (ähnlich eines Mikroskops, nur dass die Bildaufnahme hier mithilfe eines Elektronenstrahls erfolgt) ist bereits vorhanden und wird bei der Justage des Elektronenstrahls genutzt. In einer Potenzialanalyse mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg wurde dieser Use Case als vielversprechend für die Anwendung eines KI-Modells identifiziert. Im anschließenden Projekt mit dem Zentrum ging es an die Umsetzung eines Proof of Concept und die damit verbundenen zentralen Fragestellungen: Sind die Bilddaten für den Einsatz eines KI-Tools geeignet? Wie gut kann das Modell Fehler erkennen? Und lässt sich der Use Case auf andere Bauteilgruppen übertragen?
Firmenstandort in Gilching
Welcher Use Case eignet sich für einen schnellen Proof of Concept?
Für einen ersten Workshop besuchten die Mittelstand-Digital Experten Mario Luber vom Fraunhofer IGCV und Christopher Sobel vom Fraunhofer IIS das Team von Sachin Patel, Head of R&D Beam bei pro-beam. Zunächst ging es darum, einen passenden Use Case auszuwählen und zu konkretisieren. Bilder sind nicht die einzigen Daten, mit denen das Unternehmen bereits arbeitet oder die in Frage kommen. Auch Sensordaten könnten beispielsweise für eine automatisierte Qualitätsprüfung oder eine automatisierte Zustandsüberwachung der Maschine und deren Komponenten wie Verschleißteile, z. B. die Kathode, genutzt werden. Die Daten sind dafür zwar größtenteils bereits vorhanden, müssten allerdings erst noch umfassend gelabelt, d. h. um Zustandsinformationen erweitert werden. Die Auswahl fiel auf die bildbasierte Qualitätsprüfung, da hier der größte Nutzen (Sicherstellung einer hohen Qualität bei gleichzeitiger Zeitersparnis durch weniger manuelle Tätigkeiten sowie die Möglichkeit einer Prüfung im Vakuum-Bauraum) und eine schnelle Umsetzung eines Proof of Concept (Vorhandensein der Ausstattung für die Bilderzeugung und eine schnelle Test-Datenerfassung) in Aussicht standen.
Obwohl die elektronenoptische Bildaufnahme bereits für die Positionierung und Erkennung der zu schweißenden Fuge im Einsatz ist, wird diese bisher nicht genutzt, um Bilder der Schweißnaht aufzunehmen und zu speichern. Daher musste im ersten Schritt in die Maschinensteuerung integriert werden, dass Bilder nach dem Schweißvorgang aufgenommen und in einer Datenbank mit Zeitstempel und Auftragsnummer abgespeichert werden. Danach startete die Phase der Trainings- und Testdatensammlung. Innerhalb von zwei Monaten konnten 135 Bilder baugleicher Bauteile für das Training des KI-Modells gesammelt werden. Da allerdings kein Fehler dabei war, mussten für den anschließenden Test der KI-Modelle noch zusätzlich synthetische Fehlerbilder, die möglichst realistisch sind, erzeugt werden. Diese künstliche Erweiterung des Trainingsdatensatzes wird auch Data Augmentation (Datenerweiterung) genannt.
Test unterschiedlicher KI-Verfahren
Im Anschluss ging es an die Datenauswertung der Trainingsdaten mithilfe von drei verschiedenen KI-Verfahren: Autoencoder, PADIM und EfficientAD. Der Fokus lag auf der Anomalie-Erkennung, nicht auf der Klassifikation des Fehlerbilds. Bei der Anomalie-Erkennung wird das Modell mit Bildern von Bauteilen trainiert, die keine Fehler aufweisen (i.O.). Bei einer Klassifikation werden hingegen auch Fehlerbilder im Training verwendet.
Mithilfe der Trainingsdaten wurde das KI-Modell trainiert und im Anschluss auf den Testdatensatz angewendet. Durch Bewertung der KI-ermittelten Prüf-Ergebnisse anhand von Testdaten ließen sich die Modelle hinsichtlich ihrer Genauigkeit (Accuracy) im Detektieren von Anomalien bewerten. Das Ziel neben einem hohen Accuracy-Wert war außerdem, die Rate von falsch positiven – sprich fehlerhaften Bauteilen, die fälschlich als i.O. erkannt werden – möglichst gering zu halten. Es zeigte sich: Während der Autoencoder in diesem Fall kein geeignetes Verfahren darstellte, da er die Anomalien nicht ausreichend erkennen konnte, erwiesen sich die anderen beiden, vor allem EfficientAD, im Rahmen des Proof of Concept als zuverlässig, um Bilder mit Fehlern zu identifizieren. Die Werte zeigten außerdem, dass die 135 Bildaufnahmen ausreichend für ein valides Training mit anschließendem Test der KI-Verfahren waren.
Schließlich lässt sich festhalten: KI eignet sich für die automatisierte bildbasierte Qualitätsprüfung und kann den Aufwand einer manuellen Sichtprüfung reduzieren. Nach Überführung in den produktiven Einsatz müssen Mitarbeitende künftig nur noch Bauteile mit unsicherem Anomaliewert manuell prüfen.
Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfälle
Das KI-Tool ließe sich damit erfolgreich auf eine Großserie anwenden. Im nächsten Schritt musste das Modell mit echten Fehlerbildern getestet werden, um valide Ergebnisse sicherzustellen. Hierzu arbeitet pro-beam aktuell in einem Projekt mit Christopher Sobel aus dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg zusammen. Danach stellt sich die Frage der Übertragbarkeit auf andere Bauteile, insbesondere auf Kleinserien und „Exoten“, für die kein spezifisches vorheriges Training möglich ist. Hier muss also getestet werden, wie zuverlässig durch das bereits trainierte KI-Modell auch dort Anomalien erkannt werden können. Außerdem steht auf dem Plan, die Mitarbeitenden von pro-beam darin zu schulen, die KI-Verfahren selbst anzuwenden und beispielsweise Bilddaten entsprechend vorzubereiten, um künftig in möglichst vielen Bereichen selbstständig ähnliche KI-Tools einsetzen zu können.
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Firmenstandort in Gilching © pro-beam GmbH & Co. KGaA
Mit seiner eigenen Marke Sole Runner vertreibt Inhaber Thorsten Ludwig seit 2011 erfolgreich Barfußschuhe, mittlerweile über mehrere E-Commerce-Kanäle. In den Online-Shops und auf ausgewählten Online-Marktplätzen sind die eigenen Schuhe erhältlich, die ausschließlich in Indien produziert werden. Die Geschäfte mit dem Hersteller in Indien werden aktuell über ein deutsches Bankinstitut abgewickelt. Dabei entstehen vergleichsweise hohe Transaktionsgebühren. Eine Abwicklung über einen Dienstleister, der auf ausländische Geldtransaktionen spezialisiert ist, verspricht deutliche Einsparungen – ein passender Anbieter muss aber erst einmal gefunden werden und ein Wechsel ist nicht immer ohne Risiko und Aufwand.
Thorsten Ludwig beschäftigt drei feste und sieben freie Mitarbeitende, die den Online-Handel abwickeln und das Ladengeschäft in Dießen am Ammersee betreuen. In Sachen Digitalisierung allgemein sind sie schon recht weit fortgeschritten. 2020 wurde Sole Runner für den Multi-Channel-Vertrieb über mehrere Online-Shops und -Plattformen, das integrierte Warenwirtschaftssystem sowie das weitestgehend papierlose Büro mit der Auszeichnung „Digitaler Champion im bayerischen Einzelhandel“ geehrt. Auf das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg ist Gründer und Inhaber Thorsten Ludwig über das Thema Finanzen 4.0 aufmerksam geworden. Hier gibt es noch Handlungsbedarf, da finanzielle Transaktionen in das nicht-europäische Ausland nach wie vor über das deutsche Bankinstitut getätigt werden, was hohe Kosten verursacht.
Auslandstransfers über das deutsche Bankinstitut sind deshalb teuer, da auf dem traditionellen Weg bis zur indischen Ziel-Bank oftmals sogenannte Korrespondenzbanken dazwischengeschaltet sind, die alle eigene Gebühren für die Weiterleitung des Geldes verlangen. Besser wäre es, einen Dienstleister zu finden, der beispielsweise über kürzere und intelligente Routen Gebühren einspart oder über Multiwährungskonten direkt in indischen Rupien nicht nur Wege, sondern auch Wechselgebühren spart. Besonders wichtig sind dabei für Sole Runner neben den Kosten die folgenden Faktoren: Schnelligkeit, Transparenz und Sicherheit.
Ein Kriterienkatalog zur Orientierung im Anbieterdschungel
Mit dem Ziel, Anbieter zu identifizieren, die diesen Faktoren gerecht werden, entwickelten die Mittelstand-Digital Expert:innen Dr. Stephan Weber und Simone Sauerwein von ibi research gemeinsam mit dem Sole-Runner-Inhaber Thorsten Ludwig einen detaillierten Kriterienkatalog. Die Leitfragen „Welche Informationen sind notwendig, um eine Bewertung durchführen zu können?“ und „Was ist besonders wichtig?“ führten zu einer langen Liste an Faktoren, die wiederum in die Kategorien „zwingend“ und „optional“ eingeteilt wurden. Für Herrn Ludwig ist zum Beispiel von zentraler Bedeutung, einen direkten persönlichen Kundensupport – keinen Online-Chat-Bot – zu haben, ein geringes Risiko einzugehen und möglichst transparent über die Vorgänge und damit verbundenen Kosten des Dienstleisters informiert zu werden.
Aus über 40 identifizierten potenziell in Frage kommenden Anbietern filterten die Expert:innen in einem ersten Durchgang alle heraus, die beispielsweise nur Privatkunden betreuen, Indien als Zielland nicht im Portfolio haben oder keinen deutschsprachigen Kundensupport bieten. Im nächsten Schritt wurde weiter aussortiert: Welche weisen genügend Auskunft über die anfallenden Kosten aus? Wie sind die geschätzten Ausführungszeiten? Wo ist der Sitz des Anbieters, wie alt ist dieser und wie viele Kunden werden betreut? Werden Multiwährungskonten angeboten und wann fallen Umrechnungskosten an? So blieben am Ende sechs Dienstleister übrig, die es sich nun lohnt, noch genauer unter die Lupe zu nehmen und beispielsweise Termine mit Vertreter:innen des Anbieters zu vereinbaren oder die AGB genauer zu studieren.
Erste Schritte zum Erfolg – Test-Transaktionen
Im finalen Schritt folgt dann der Test. Das bedeutet, bei einem oder zwei der ausgewählten Anbieter einen Account bzw. ein Konto zu eröffnen und mit kleineren Beträgen Transaktionen durchzuführen, um überprüfen zu können, ob Geschwindigkeit, Transparenz und vor allem Kosten den Erwartungen entsprechen. In diesem Zuge kann Herr Ludwig auch direkt den Kundensupport, der ihm besonders wichtig ist, auf Herz und Nieren prüfen.
Es ist aus Risiko- und Sicherheitsgesichtspunkten sinnvoll, den neuen Anbieter erst einmal für kleinere Beträge zu nutzen und größere Transaktionen wie bislang über das deutsche Bankinstitut abzuwickeln. Thorsten Ludwig ist bereit das Thema anzupacken: „Auch wenn dieser Schritt erst einmal Aufwand bedeutet, ist er angesichts steigender Produktionskosten und einer volatilen Marktsituation in der heutigen Zeit ein wichtiger Faktor für die Zukunftsfähigkeit unseres Unternehmens.“
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Die ModellTechnik Rapid Prototyping GmbH mit ca. 190 Mitarbeitenden in Thüringen fertigt Prototypen für unterschiedliche Branchen wie Automobilbau, Medizintechnik, Industrie oder Luft- und Raumfahrt. Dafür sind vom Spritzguss über Zerspanung bis hin zur CNC-Bearbeitung unterschiedliche Fertigungstechniken und Anlagen im Einsatz. Eine wichtige Rolle dabei: der Energieverbrauch und -bezug. Nicht nur als Kostenfaktor, sondern künftig auch als relevante Kennzahl für Kunden. Unser Praxisbeispiel zeigt, wie Transparenz geschaffen werden kann und die gewonnenen Daten zur Reduktion dienen.
Im Jahr 2022 erlangte MODELLTECHNIK bereits die Zertifizierung des Energiemanagements nach DIN EN ISO 50001:2018. Obwohl mit externer Hilfe bereits ein Energiebericht erstellt wurde und intern ein Energiemanager ausgebildet wird, steht das Unternehmen beim Ausbau der kontinuierlichen Erfassung von Energieverbräuchen noch recht am Anfang. Stromverbräuche werden beispielsweise bislang erst über die viertelstündliche Aufgliederung in der Abrechnung vom Lieferanten erfasst, was keine detaillierten Schlussfolgerungen zu den genauen Verursachern von Energieverbräuchen zulässt.
Energieverbräuche nicht nur überwachen, sondern auch managen
Im ersten Schritt stehen erst einmal das Konzept und die Planung eines Energiemonitorings und Energiemanagement-Systems an. Mit diesem Vorhaben wandte sich Dominik Völzke, Leiter Qualitätsmanagement und Beauftragter für das Energiemanagement bei MODELLTECHNIK, an das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg. Zum Start der Potenzialanalyse besuchten die Mittelstand-Digital Expert:innen Dr. Andrea Hohmann, Stefan Roth und Vincent Kalchschmid vom Fraunhofer IGCV das Unternehmen für einen ersten Workshop vor Ort. Dabei wurde dem Team – bestehend aus Verantwortlichen aus Produktion, IT und Marketing – erklärt, was es mit einem Energiemanagement-System auf sich hat, welchen konkreten Nutzen es liefert und welche Fragestellungen am Anfang relevant sind. Beispiele dafür sind:
- Welche Reportingfunktionen – beispielsweise für das Erstellen von Berichten – sollen integriert werden? Geht es rein um das Monitoring der Energieverbräuche oder auch um das Managen der Prozesse und das Steuern von Lastgängen?
- Sollen „Alarmfunktionen“ eingebaut werden, bei denen beispielsweise die Instandhaltung benachrichtigt wird, wenn erhöhte Verbräuche oder atypische Verbrauchsmuster auf Defekte oder zunehmenden Verschleiß von Anlagenkomponenten hinweisen?
- Welche technischen Anforderungen (z. B. IT-Anbindung, Cloud) entstehen daraus? Werden softwareseitig Lizenz- oder Open-Source-Modelle bevorzugt?
- Wie sieht der Budgetrahmen aus? Welche Einsparungen sind grob zu erwarten? Was ist durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) förderfähig?
- Wie kann die Umsetzung im Unternehmen erfolgen (Stichwort: Changemanagement)?
Verschiedene Ziele unter einen Hut bringen
In den Workshops mit dem Zentrum wurden drei wesentliche Vorhaben identifiziert. Einmal soll der jährliche Audit-Bericht künftig mit konkreten und verlässlichen Messwerten untermauert werden. In diesem Zuge soll auch ein detailliertes, laufendes Reporting erfolgen, das wiederum die Ermittlung von produktspezifischen Treibhausgas-Emissionswerten ermöglicht. Und schließlich – der voraussichtlich größte Teil des Vorhabens – sollen Maßnahmen zur Reduktion ergriffen werden. Zusammen kommen all diese Vorhaben in einem zentralen Energiemanagement-System. Hier werden Verbräuche sowie eine geplante Eigenerzeugung von Strom erfasst, analysiert, für Berichte aufbereitet und als Basis für Reduktionsmaßnahmen genutzt.
Beispiel für ein Dashboard eines Energiemonitoring-Systems
Kosten sparen durch gezielte Reduktionsmaßnahmen
Einer der ersten Ansatzpunkte, wenn es um die Reduktion von Verbräuchen geht, ist das Senken der Grundlast. Das bedeutet, dass der maximale konstant anliegende elektrische Leistungsbedarf, also der Grundstock des Stromverbrauchlastgangs, durch geeignete Maßnahmen reduziert wird. Die Vermeidung unnötiger Verbräuche wie das Heizen und Lüften am Wochenende oder über Nacht durchlaufende Aggregate und die Umstellung der Beleuchtung auf effiziente LED-Technologie sind erste Ansatzpunkte, die viel Wirkung zeigen.
Als einer der größten Kostenfaktoren wurden außerdem Lastspitzen identifiziert. Bei der vielfältigen Anlagen-Landschaft, die sich durch die Breite des Technologieportfolios bei MODELLTECHNIK ergibt, können durch gleichzeitigen Abruf großer elektrischer Leistungen Lastspitzen entstehen. Auch wenn es nur selten dazu kommt, sind diese aufgrund der Leistungspreiskomponente des Strompreises teilweise mit hohen Kosten verbunden, denn an ihnen orientieren sich die Netzentgelte für die gesamte Abrechnungsperiode. Ein Energiemanagement-System hilft in erster Linie zu verstehen, warum es zu einer Lastspitze kommt. Wurden große Anlagen nicht ausreichend koordiniert genutzt? Wann und warum kam es dazu? Im nächsten Schritt unterstützt es bei der strategischen Planung, um die Nutzung dieser Anlagen optimiert zu planen.
Im Formenbau sind neben CNC-Fräsmaschinen auch weitere unterschiedliche Anlagen im Einsatz.
Schließlich ist die Erhöhung der Eigenerzeugungsquote ein erfolgsversprechender Faktor. Eine Photovoltaik-Anlage auf dem Dach der Produktionshalle, deren Strom gezielt genutzt wird, bietet mehrere Vorteile: Beispielsweise können energieintensive Anlagen vor allem dann betrieben werden, wenn die Sonne scheint und die Eigenerzeugungsquote hoch ist – natürlich sofern das Auftragsvolumen dies zulässt. Außerdem handelt es sich dabei dann um grünen Strom, der gegenüber konventionellem Netzstrom (gemäß deutschem Strommix) bessere Emissionswerte aufweist. Dominik Völzke sieht hier auch einen Trend bei den Kunden: „Ich gehe davon aus, dass vor allem der Automobilbau in den nächsten Jahren in seiner Lieferkette konkrete Kennzahlen erwartet. Wenn wir die Zahlen dann nicht nur stichhaltig ausweisen können, sondern diese auch noch nachhaltig sind, bringt uns das am Markt natürlich einen Vorteil. Weitere Branchen werden bestimmt folgen“.
Erste Schritte im Planungsprozess – messen, messen, messen
Sobald die Ziele und Anforderungen an das System definiert sind, geht es an die Entwicklung oder Beauftragung des Systems und die Integration der Messstellen. In einem Produktionsrundgang wurde die Infrastruktur auf erste Ansatzpunkte für Messstellen begutachtet. Je umfangreicher die Analysen innerhalb eines Berichts sein sollen, desto mehr Messstellen werden benötigt. Messungen können beispielsweise über Direktmessungen in den Kabeln erfolgen, was allerdings das Trennen der Stromversorgung erforderlich macht und dementsprechend im laufenden Betrieb nicht immer möglich ist, oder über eine sogenannte Wandlermessung außen am Kabel. Je nach Stromstärke (gemessen in Ampere) sind dafür unterschiedliche Komponenten nötig.
Die verbauten Zähler müssen dann wiederum mit dem System kommunizieren. Viele der geplanten Messstellen sind im Unternehmen bereits über LAN-Buchsen erschlossen und können so über bestimmte Protokolle kommunizieren. Das erleichtert die Anbindung ans System später enorm. Hier wird MODELLTECHNIK nun ansetzen, um in naher Zukunft ein Energiemanagement-System an den Start zu bringen, das gleich mehrere Potenziale mit sich bringt und die erstrebten Nachhaltigkeits- und Umweltziele im Energiemanagement greifbar macht.
Sie möchten in Ihrem Unternehmen auch ein Energiemanagement-System einführen? Im Rahmen der Initiative Mittelstand-Digital entwickeln die Partner der beiden Mittelstand-Digital Zentren in Augsburg und Chemnitz im Projekt EILE (Energiewissen und InteLligente AnwEndung) ein generisches Vorgehensmodell für die Einführung und Nutzung eines nachhaltigkeitsorientierten Energiemanagement-Systems.
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Beispiel für ein Dashboard eines Energiemonitoring-Systems © Fraunhofer IGCV
Im Formenbau sind neben CNC-Fräsmaschinen auch weitere unterschiedliche Anlagen im Einsatz. © ModellTechnik Rapid Prototyping GmbH
Die STENDER GmbH mit 90 Mitarbeitenden bietet Dienstleistungen und Software für die technische Dokumentation zum Beispiel für Maschinen- und Anlagenhersteller an. Über die Jahre ist durch zahlreiche Kundenprojekte eine Vielzahl an strukturierten Datensätzen zusammengekommen. Diesen Datenschatz möchte das Unternehmen nutzen, um zukünftig mithilfe von Künstlicher Intelligenz Arbeitsprozesse beim Erstellen der Dokumentationen zu unterstützen und die Qualität für die Kunden noch weiter zu erhöhen.
Das Unternehmen STENDER aus Wangen im Allgäu übernimmt als Dienstleister die technische Dokumentation gemäß Standards und Normen zum Beispiel für Maschinen, Anlagen und technische Produkte. Beispielsweise werden bestehende Anleitungen von Maschinen überarbeitet, neu recherchiert, vor Ort überprüft und als normierte, digitale Dokumentation – oder auch als interaktive Hilfe z. B. für Tablets – neu erstellt.
Christian Wallner, Leiter Operations bei STENDER, hat Künstliche Intelligenz schon länger auf dem Fahrplan. Die Mittelstand-Digital Experten Martin Gottwald und Alexandros Tsakpinis von fortiss unterstützen bei der Konkretisierung, also was jetzt schon umgesetzt werden kann und wo der Start sinnvoll ist. Dabei soll als erster Schritt der Schreibprozess der Technischen Redakteur:innen von einer KI unterstützt werden.
KI-Anwendung als Unterstützungstool für die Mitarbeitenden
Aufgrund der über 80-jährigen Firmengeschichte ist schon eine große Datenbasis an technischer Dokumentation intern vorhanden: historische Datensätze, die aufgrund der Normung bereits ähnlich in Kategorien und thematischen Textblöcken aufbereitet sind.
Dass die Künstliche Intelligenz die Texte zu neuen Produkten von Kunden komplett selbst erstellt, ist in näherer Zukunft nicht realisierbar. Dafür sind die Produkte viel zu speziell, zu komplex und deren Eigenschaften sehr herstellerabhängig. Dafür ist ein umfangreiches Wissen und Expertise nötig.
Was aber jetzt schon geht: Die KI kann über eine intelligente Suchfunktion die Anforderungen der neuen Dokumentation erkennen und Textblöcke vorschlagen, indem sie für eine neue Aufgabe mithilfe eines sogenannten Clustering-Algorithmus ähnliche Inhalte und Formulierungsvorschläge für die Neuerstellung liefert.
Der Vorteil von einem solchen semi-automatisierten Tool: Technische Redakteur:innen erhalten Inspiration und Beispielabsätze aus vorhandenen Anleitungen und können selbst entscheiden, welche Vorschläge aus dem Tool geeignet sind, also welche sie verwenden und anpassen wollen. Die Suche wird damit effizienter und deutlich erleichtert. Die Kontrolle und schöpferische Tätigkeit liegt aber weiter bei den Mitarbeitenden, betont auch Christian Wallner.
In drei Schritten zum ersten KI-Tool
In Workshops von den Mittelstand-Digital Experten gemeinsam mit Herrn Wallner, Mitarbeitenden aus der Software-Entwicklung und Technischen Redakteur:innen wurden folgende Schritte für die Umsetzung festgelegt:
Schritt 1: Infrastruktur aufbauen
- Die Basis-Software – eine hauseigene Entwicklung – in die das neue Tool integriert werden soll, ist schon vorhanden. Das Tool kann als neues Plugin in den Texteditor integriert werden und die bisherige Anwendung so um die KI-basierte Vorschlagsfunktion erweitert werden.
- Ein ausreichend gut ausgestatteter Computer mit Grafikkarte muss zum Trainieren der KI-Modelle beschafft werden.
- Außerdem gilt es, die umfangreichen Daten strukturiert zusammenzuführen.
- Immer zu beachten sind die rechtlichen Rahmenbedingungen beim Umgang mit Daten sowie der Datenschutz.
Schritt 2: Erstellung des KI-Tools und Test
- Die Programmierung des KI-Tools, die Integration in die bestehende Software und das Anwenden auf die Datengrundlage werden nach Abschluss von Schritt 1 nach und nach umgesetzt.
- Anschließend oder während der Programmierung in einem iterativen Prozess testen die Technischen Redakteur:innen das KI-Tool ausgiebig: Machen die Vorschläge Sinn? Sind diese hilfreich? Was muss verbessert werden?
Schritt 3: Dokumentation und Roll-Out
- Integration einer KI-Dokumentation: Um den Erstellungsprozess später nachvollziehen zu können (z. B. für Tests) sollte ersichtlich sein, wie die KI auf ihre Vorschläge kam. Dafür sollen konkrete Themen aus dem Bereich MLOps implementiert werden, wie z. B. Datenversionierung, Experiment Tracking und allgemeine Automatisierung des Lernprozesses.
- Nach Test und Fertigstellung des Systems geht es an die Einführung: Hier kommen Themen wie Schulung der Mitarbeitenden, Feedbackrunden und die stetige Weiterentwicklung ins Spiel.
Die STENDER GmbH hat an der Konkretisierung der Konzepte gearbeitet und parallel die erforderlichen organisatorischen Voraussetzungen weiter angepasst. Inzwischen sind die Schritte zusammen mit den Mittelstand-Digital Experten in einem Projekt angegangen worden.
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Ein Hersteller elektronischer Baugruppen aus Nördlingen hat bereits vor einigen Jahren mit der Digitalisierung begonnen und beispielsweise ein Energiemanagement-System und ein ERP-System mit Lagersoftware eingeführt. Für die nächsten Schritte fehlt dank sehr guter Auftragslage jetzt vor allem die Zeit. Wie kann es trotzdem in Sachen Digitalisierung weitergehen?
In zwei Produktionshallen fertigen insgesamt 80 Mitarbeitende der Firma Matulka electronic GmbH teils automatisiert, teils manuell Elektronikkomponenten und Platinen beispielsweise für große Automobilhersteller. Seit einigen Jahren zum Teil auch digital unterstützt: Arbeitsplätze wurden mit PCs ausgestattet, an denen technische Zeichnungen abgerufen, Auftragszeiten gebucht und Informationen zu Aufträgen hinterlegt werden können.
Mitarbeitende der Matulka electronic GmbH
Für die nächsten Schritte wandte sich die Produktionsleiterin Martina Schur-Reinhold an das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg. Schnell war klar: Aufgrund der guten Auftragslage besteht nur sehr wenig Zeit, um Änderungen einzupflegen. Die Mittelstand-Digital Expertinnen Maria Maier und Olivia Bernhard vom Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München entwickelten deshalb nach einem Vor-Ort-Besuch und Workshops mit der Geschäftsführung und Produktionsleitung einen Quick-Wins-Plan, bei dem kleine Veränderungen ohne großen Aufwand, aber mit großer Wirkung, Schritt für Schritt mehr Zeit für tiefgreifendere Änderungen frei räumen.
Mit Quick Wins Zeit gewinnen
Zu diesen Quick Wins gehört vorneweg das Einführen der 5S- oder auch 5A-Methodik. Die aus dem japanischen Toyota-Produktionssystem stammenden fünf Maßnahmen schaffen Ordnung und Struktur an Arbeitsplätzen, um störungsfreie Arbeitsabläufe zu ermöglichen – und dadurch Transportwege, Warte- und Suchzeiten einzusparen oder auch Fehler zu reduzieren. Dazu gehören: Aussortieren, Aufräumen (Arbeitsmittel anordnen), Arbeitsplatzsauberkeit, Anordnung standardisieren und alle Regeln dauerhaft einhalten und verbessern. Bei Matulka können mithilfe der Methodik Arbeitsplätze zeitsparend umorganisiert werden – und das in kleinen Schritten.
Ein weiterer Quick Win ist die Strukturierung der Kommissionierwägen. Hier kommt es oft zu Suchzeiten beim Rüstvorgang, wenn passendes Material auf dem Wagen gesucht werden muss. Idealerweise werden die Rüstpläne digitalisiert und im Lager dazu genutzt, die Rollwägen nach den Bedarfen der Rüster:innen strukturiert in festgelegten Ebenen und Fächern zu bestücken. In einem nächsten Schritt sollten die Rollwägen in der schon vorhandenen Software als Lager mit definierten Plätzen angelegt werden und damit jedem Stück ein fester Platz gegeben werden. Die Rüster:innen können dann mit einer digitalen Anzeige der Artikel noch besser unterstützt werden.
Entwurf eines strukturierten Rollwagens
Was passiert nach den Quick Wins?
Die beiden Quick Wins sind darauf ausgelegt, mit relativ wenig Aufwand Potenziale zu heben und so Zeit einzusparen. Als größere Digitalisierungsprojekte bieten sich danach vor allem zwei Bereiche an: ein visuelles Shopfloor Management für die Produktionsorganisation und ein digitales Fehlermanagement für die Qualitätskontrolle.
Was in der Produktionsplanung bisher vor allem zu Beginn der Schicht über Sichtkontrolle und Excel-Pläne geschieht, sollte für mehr Transparenz über Status und Ort aller Aufträge in einem digitalen System gesammelt und visuell dargestellt werden. Aufträge können so passgenauer priorisiert und damit die Liefertermintreue erhöht werden. Sie können mit ihrer Auftragsnummer in einem digitalen Hallenlayout einem Bereich wie „Manuelle Fertigung“ oder „Qualitätskontrolle“ räumlich zugeordnet werden, ihr Fortschritt in kleinen Kreisdiagrammen (sogenannten Harvey Balls) angezeigt und ihre Priorität z. B. über farbliche Markierung angegeben werden.
In der Qualitätskontrolle kann es zu Liegezeiten kommen, denn jedes Teil wird getestet. Aufträge können auch mal mehrere Tausend Stück umfassen und hier geht aktuell alles nach dem FIFO-Prinzip: Aufträge werden in der Reihenfolge abgearbeitet, in der sie dort ankommen. Eine digitale Übersicht über die Aufträge könnte helfen, anzuzeigen, wie viele Tage der Auftrag bereits dort wartet, wie viele Teile zu bearbeiten sind und wie viele Tage bis zur Auslieferung bleiben. Aufträge, die beispielsweise weiter hinten eingereiht sind, aber nur wenige Teile umfassen und gleichzeitig Zeitdruck zur Auslieferung haben, könnten dann vorgezogen werden. Auch würde es langfristig Sinn machen, Fehlerbilder strukturiert zu erfassen und so beispielsweise Muster aufzudecken, um die Ursachen gezielt beheben zu können.
Mock-up Fehlermanagement – Entwurf einer Tablet-Darstellung zum Auftragstracking in der Qualitätsabteilung
Für Matulka steht nun zuerst auf dem Plan, die Quick Wins anzugehen und sich auf die größeren Projekte vorzubereiten. Der Start selbst kann schnell zur größten Herausforderung werden, wenn das Tagesgeschäft boomt. Dennoch lohnt es sich: Das Identifizieren von Quick Wins bringt, wie der Name schon sagt, sehr schnell sichtbare Ergebnisse, wenn auch erst im Kleineren.
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Mitarbeitende der Matulka electronic GmbH © Matulka electronic GmbH
Entwurf eines strukturierten Rollwagens © Maria Maier - TUM iwb
Mock-up Fehlermanagement – Entwurf einer Tablet-Darstellung zum Auftragstracking in der Qualitätsabteilung © Maria Maier - TUM iwb
Die iPEK International GmbH entwickelt und produziert mit 220 Mitarbeitenden Kanalroboter, die für die Inspektion von Kanal- und Rohrsystemen eingesetzt werden – und das weltweit. Der Hersteller aus Sulzberg im Oberallgäu ist Weltmarktführer mit Kunden in mehr als 50 Ländern. Wie viele andere Unternehmen auch, arbeitet iPEK an einer Digitalisierungsstrategie und steht dabei vor der Herausforderung, welche Maßnahmen zuerst angegangen werden sollen. Ganz oben auf der Liste: eine digitale Auftragsverfolgung und ein digitales Prüfprotokoll.
Nach der Teilnahme an einem Webinar zu Industrie 4.0 wandte sich der Lean- und Digitalisierungs-Manager Udo Dentler an das Projekt-Team des Mittelstand-Digital Zentrums Augsburg. Die Mittelstand-Digital Expert:innen Annemarie Raber und Florian Karg vom Fraunhofer IGCV besuchten iPEK vor Ort. Im Rahmen einer Potenzialanalyse wurden in einer Werksführung, in Gesprächen und Workshops mit dem Ansprechpartner und Fachkräften aus der Produktion verschiedene Ansatzpunkte identifiziert. Zwei vielversprechende Anwendungsfälle: die Auftragsverfolgung und das Prüfprotokoll.
Klassische Fertigung mit Auftragszetteln
Aktuell läuft ein Auftrag mit mitlaufendem Auftragszettel durch die Produktion. Die acht- bis 16-stelligen Seriennummern der einzelnen Komponenten werden auf dem Zettel handschriftlich notiert und später vom Meister abgetippt. Sobald Informationen handschriftlich auf Papier notiert werden, kann es passieren, dass Zahlen falsch aufgeschrieben oder später fehlerhaft abgetippt werden, ein Zettel verschmutzt oder in Ausnahmefällen verloren geht.
Teilweise werden Prüfwerte auch auf Haftnotizzetteln festgehalten.
Digitale Auftragsverfolgung bringt viele Vorteile
Eine digitale Auftragsverfolgung kann Abhilfe schaffen. Ein großer Vorteil für iPEK: Das Unternehmen arbeitet bereits mit einem ERP-System und auch die einzelnen Bauteile verfügen größtenteils schon über Barcodes vom Lieferanten, die im ERP-System hinterlegt werden können. Mittels eines „digitalen Auftragszettels“ – also einer digitalen Auftragsakte – kann dann jeder Auftrag digital mit Auftragsnummer und mit Infos wie Seriennummern einzelner Komponenten oder dem nächsten auszuführenden Arbeitsschritt hinterlegt werden. Auch das fertige Endprodukt verfügt schließlich durch die systematische Zusammenführung hinter einem Code über alle relevanten Infos.
Beim Prüfprotokoll verhält es sich ähnlich: Einzelne Prüfwerte werden an den verschiedenen Stationen handschriftlich im Prüfprotokoll oder vereinzelt auf Klebezetteln vermerkt. Aktuell wird schon an einem digitalen Prüfprotokoll gearbeitet. Wenn dann später auch die Zusammenführung der Komponenten durchgehend digital abgebildet wird, kann das Prüfprotokoll direkt integriert werden und die Informationen auch über den Produkt-Barcode oder -QR-Code ausgelesen und beschrieben werden.
Die Digitalisierung bietet an dieser Stelle noch weitere Vorteile: Die gesammelten Informationen zum Produkt wie verbaute Komponenten oder Prüfwerte sind auch später noch aufrufbar und an einem Ort gebündelt, falls Fragen auftauchen oder im Falle einer Reklamation. Durch das Hinzufügen von Zeitstempeln können außerdem viele Daten über Aufträge gesammelt werden, die später für eine Optimierung der Auftragsplanung herangezogen werden können. Gerade wenn das Unternehmen weiterwachsen wird, wird eine effiziente Produktionsplanung immer wichtiger.
Mitarbeitende ins Boot holen
Generell ist die Belegschaft von iPEK offen gegenüber Neuerungen. In regelmäßigen Workshops werden bereits kleinere Arbeitsplatzveränderungen beschlossen und umgesetzt. Trotzdem ändert die Einführung einer digitalen Auftragsakte einige gefestigte Prozesse, weshalb auch das Thema Changemanagement in den Fokus rückt. Frühzeitig sollte daher über das Vorhaben informiert werden und die Anforderungen der Mitarbeitenden stets einbezogen werden, wenn es um die Umgestaltung der damit verbundenen Prozesse geht. Udo Dentler ist sich sicher: „Ich vertraue hier auf meine Kolleginnen und Kollegen. Bei allen unseren Projekten wurden immer großartige Ideen eingebracht. Bestimmt können wir in diesem Projekt gemeinsam viele Potenziale heben und so den nächsten Schritt in die Zukunft gehen!“.
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Teilweise werden Prüfwerte auch auf Haftnotizzetteln festgehalten. © iPEK International GmbH
Der Sondermaschinenbauer Frey & Co. GmbH fertigt kundenindividuelle Pulverpressen mit insgesamt 35 Mitarbeitenden in Lenggries. Die Auftragslage ist gut, doch das Unternehmen steht vor einer Herausforderung: Lager- und Montageflächen bieten dafür nicht immer genug Platz. Ein digitales Flächenmanagement soll Platz auf bestehenden Flächen schaffen und damit die Produktivität steigern und die Prozesse optimieren.
Die Frey & Co. GmbH stellt große Industrie-Pressen zur Verarbeitung von Keramik- und Metallpulver her. Die Herstellung der Pressen ist kundenindividuell und die Montage kann je nach Maschine bis zu 16 Wochen dauern. Doch der Platz dafür ist begrenzt: Die Halle platzt bereits aus allen Nähten und das Grundstück lässt durch die Lage direkt an der Isar keine baulichen Erweiterungen zu. Bleibt also nur der vorhandene Raum für Verbesserungen. Die aktuelle Aufteilung der Flächen für Lager und Montage hat sich im Laufe der Jahre durch die Erweiterung der Produktpalette ergeben. Ein spezifisches Lager- und Logistikkonzept soll nun Entlastung schaffen.
Im Lager der Frey & Co. GmbH wird es eng: Die gute Auftragslage verlangt nach mehr Platz, den das Unternehmen nicht schaffen kann. Vorhandener Raum muss also klug genutzt werden.
Ein Flächenkonzept organisiert den Raum für Prozesse
Dieter Lauber, Geschäftsführer der Frey & Co. GmbH, wandte sich mit dieser Herausforderung an das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg. Jona Rief und Philipp Wuddi vom Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss Logistik der Technischen Universität München besuchten das Unternehmen und erarbeiteten gemeinsam mit Frey ein Flächenkonzept für Lager und Montage: einerseits, um mehr Platz zu schaffen und so auf Dauer mehr Pressen fertigen zu können und andererseits, um die Montage-Prozesse zu verbessern.
In Workshops mit Geschäftsführer und Werkstattmeister verschafften sich die Mittelstand-Digital Experten zunächst einen Überblick über die Montage der Pressen und die Besonderheiten, die damit einhergehen, wie Flächenbedarf und Produktspezifika. In einer anschließenden Befragung der Mitarbeitenden konkretisierten sie dann, welche Materialien und Werkzeuge wann und wie oft verwendet werden, und was weggeworfen oder ausgelagert werden kann. Die Elemente, die eine geringere Zugriffsgeschwindigkeit und -häufigkeit erfordern, können beispielsweise auch in ein externes Lager gebracht und je nach Auftrag ereignisbezogen beschafft werden.
Im Anschluss vermaßen die Logistik-Experten die Halle und fertigten mithilfe dieser Daten und der CAD-Dateien der Pressen digital ein Flächenkonzept an, in dem die Lagerflächen für Teile und Werkzeuge festgelegt und die Montageflächen in ein Raster eingeteilt wurden.
Im digitalen Flächenkonzept wurde die Halle gerastert und die jeweiligen Flächen bestimmten Funktionen zugeordnet.
Ein Flächengewinn kann vor allem dann entstehen, wenn der Montageprozess in Bezug auf den benötigten Platz einkalkuliert wird. Eine bestimmte Presse kann beispielsweise in den ersten zwei Wochen drei Quadratmeter und in den letzten vier Wochen 15 Quadratmeter beanspruchen. Wird das berücksichtigt, kann der leere Raum in den ersten zwei Wochen noch für einen anderen Auftrag oder beispielsweise für Reparaturarbeiten verwendet werden, für die sonst oft kein Platz übrig ist. Werden also Aufträge gezielt anhand ihres Zeit- und Platzbedarfes eingeplant, muss später nicht mehrfach aufwändig umgeräumt oder länger auf freie Flächen gewartet werden.
Platzzuweisung für Aufträge einfach automatisiert
Die Grundlage dafür ist die Ermittlung aller verfügbaren und benötigen Flächen je nach Auftrag und die Rasterung am Computer. Im nächsten Schritt kann eine automatisierte, dynamische Platzzuweisung erfolgen: Dann ermittelt das System selbst, welche Presse wann und in welchem Raster stehen sollte und welcher Auftrag gut in welches Zeitfenster passt, um den Platz optimal zu nutzen und gleichzeitig so wenig Umbau wie möglich zu erfordern. Der Vorteil: Auch wenn meist nur drei bis vier Pressen parallel montiert werden, wird das Unternehmen durch geschicktes Einplanen den vorhandenen Platz besser nutzen und die Produktivität steigern können. Dafür wird neben dem gerasterten Plan noch eine Software benötigt, die den Platzbedarf optimiert. Das kann beispielsweise in rudimentärer Form in Microsoft Excel oder in einer speziellen Planungssoftware erfolgen.
Das ist nicht der einzige Vorteil: Durch weniger Umzüge der großen, schweren Pressen ist die Arbeit körperlich nicht mehr so anspruchsvoll und insgesamt wertschöpfender. Auch die Durchlaufzeit einzelner Pressen senkt sich somit, weil Warte- und Umbauzeiten vermieden werden. Wenn Lagerflächen strukturiert, gezielt genutzt und ausgemistet werden, verringern sich außerdem die Suchzeiten für Material und Werkzeug. Hinzu kommen sicherheitsrelevante Aspekte: Ordentlichere Gänge und weniger Hebetätigkeiten senken das Risiko für Arbeitsunfälle.
Nachdem die Grundlagen geschaffen wurden, geht es nun in die Beschaffung oder Konfiguration eines geeigneten Planungstools. Dann steht einer Optimierung der Flächen und Aufträge nichts mehr im Wege.
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Im Lager der Frey & Co. GmbH wird es eng: Die gute Auftragslage verlangt nach mehr Platz, den das Unternehmen nicht schaffen kann. Vorhandener Raum muss also klug genutzt werden. © TUM fml
Im digitalen Flächenkonzept wurde die Halle gerastert und die jeweiligen Flächen bestimmten Funktionen zugeordnet. © TUM fml
Was in der Industrie längst Standard ist, wird für die Hotellerie und Gastronomie gerade erst entdeckt: Automatisierung. Die Expert:innen des Mittelstand-Digital Zentrums Augsburg führten das Ansbacher Hotel „Das Hürner“ damit auf neue Wege, um dem anhaltenden Personalmangel zu begegnen, die ergonomische Situation der Mitarbeitenden zu verbessern und die Kapazitäten des Personals in dem Bereich einzusetzen, in dem sie unschlagbar sind: im Service und Umgang mit Gästen.
Das Hotel „Das Hürner“ in Ansbach hat wie so viele Unternehmen im Gastro-, Service- und Dienstleistungsbereich mit Personalmangel zu kämpfen. Im Housekeeping ist die körperliche Belastung unter hohem zeitlichen Druck zwischen Check-out und Check-in der Gäste sehr herausfordernd. Die Wägen mit hauswirtschaftlichen Materialien wie Wäsche und Reinigungsmitteln sind sehr schwer und müssen aufwändig von Zimmer zu Zimmer manövriert werden – eine wenig ergonomische und wertschöpfende Tätigkeit. Zudem wird viel Zeit aufgewendet, um die Zimmer und Flure zu saugen sowie nass zu wischen.
Auch im Tagungsgeschäft gibt es einige mühevolle Aufgaben zu bewältigen: Da der große Multifunktionsraum morgens für das Frühstück und danach für Tagungen und Veranstaltungen zum Teil bis zum späten Abend genutzt wird, müssen die Bestuhlung und schwere Tische öfter am Tag umgestellt werden. Teilweise ist das auch spätnachts und unter hohem Zeitdruck erforderlich. Dazwischen muss zudem die Reinigung der Räume erfolgen.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, führten die Mittelstand-Digital Expert:innen Klaus Fink und Shuang Lu vom Fraunhofer IGCV mit Hotel-Geschäftsführer Jens Blank und dessen Team eine Potenzialanalyse durch, in der verschiedene Lösungsansätze erarbeitet wurden. Begleitet wurde das Projekt außerdem von Rüdiger Busch vom Digitalen Gründerzentrum ANsWERK, der den Kontakt zum Zentrum herstellte.
Das Projektteam im Hoteleingang (v. l.): Shuang Lu und Klaus Fink vom Fraunhofer IGCV, Rüdiger Busch von ANsWERK, Jens Blank und Maria Arsentjew vom Hotel DAS HÜRNER.
Mobile Roboter für unterschiedliche Szenarien
Im Housekeeping können mobile Roboter eingesetzt werden, so wie das in der Industrie bereits häufig zum Transport von Bauteilen und Produkten geschieht. Diese könnten die Mitarbeitenden bei schweren Schiebe- und Zug-Tätigkeiten der Wäsche- und Zimmerservice-Wägen auf den Wegen zwischen den Zimmern unterstützen oder beispielsweise Saug- und Wischtätigkeiten übernehmen. Dafür wird im Roboter ein Grundriss mit den Zimmern eingespeichert. Durch Lasertechnik kann sich das System anhand von natürlichen Markern wie Wänden orientieren und sowohl Menschen als auch ungewohnten Gegenständen wie Koffern und Tischen ausweichen.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit für mobile Roboter ist das Transportieren und Aufstellen der Tische und Stühle in den Tagungsräumen. Mit den passenden Aufbauten könnten diese hochgehoben und gemäß verschiedener Raumnutzungspläne platziert werden. Auch Reinigungs-Roboter finden hier wieder eine Verwendung. Dabei spielen Größe und Wendigkeit eine Rolle, damit diese auch um Stuhlbeine und unter Tischen gut manövrieren können.
Auswahl vielversprechender Marktlösungen
Nachdem erste Use Cases identifiziert wurden, ging es an die Recherche von Marktlösungen und deren Bewertung hinsichtlich Kosten und Nutzen für das Hotel Hürner. Beispielsweise der Multifunktionsraum, in dem Tagungen, Hochzeiten oder Firmenevents stattfinden, wird ca. 250 mal pro Jahr umgeräumt. Dabei werden erst alle Möbel in einem Bereich abgestellt, um den Großteil des Raumes zu reinigen. Danach werden die Möbel gemäß Bestuhlungsplan neu platziert und der Rest des Raumes geputzt.
Der Multifunktionsraum wird etwa 250 Mal pro Jahr umgestellt. Dafür werden alle Tische und Stühle in den Bereich 1 gebracht, der Boden gesäubert und der Raum neu eingerichtet. Die Personenstunden summieren sich dadurch.
Zur Unterstützung der Mitarbeitenden im Tagungsgeschäft kämen beispielsweise mobile Robotersysteme in Frage, die um Hebeeinheiten ergänzt werden (s. Grafik). Da ein solches Konzept bisher allerdings nicht auf dem Markt verfügbar ist, wurde im nächsten Schritt das Thema Reinigung fokussiert.
Eine Hebevorrichtung, die auf einer mobilen Robotereinheit integriert wird, könnte schwere Tische gemäß Raumnutzungsplan neu platzieren.
Für die Reinigung existieren bereits verschiedene Systeme, die für den Großeinsatz im Gastronomie- und Event-Gewerbe gestaltet wurden und in ihren Grundfunktionen den aus dem Privaten bekannten Saugrobotern ähneln. Als Anforderungen für die Auswahl passender Systeme wurde beispielsweise aufgenommen, dass die Roboter Teppiche, Fließen und Parkett in den Zimmern, Fluren und Tagungsräumen, aber auch stärker beanspruchte Böden in der zugehörigen Brauerei und im überdachten Außenbereich zwischen Parkplätzen und Hotellobby reinigen sollen. Außerdem werden sowohl schnellere Systeme für große Flächen als auch kleine, wendige Roboter für enge Bereiche unter den Stühlen und Tischen benötigt.
Auch wenn nicht jede Roboter-Lösung gleich schnell wie die Mitarbeitenden arbeitet, wird dennoch Zeit frei für andere Tätigkeiten – beispielsweise für die parallele Zimmerreinigung oder Platzierung von Tischen, oder natürlich für den Service und direkten Austausch mit den Kund:innen.
Erste Schritte Richtung Teil-Automatisierung
Die genannten Anforderungen wurden in Workshops mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg erfasst und als Basis für eine Anbietervorauswahl genutzt. Im nächsten Schritt wird das Hotel Hürner gegen geringe Kosten verschiedene Systeme testen, um die Erfüllung der Anforderungen und Mehrwerte sicherzustellen, bevor es in die Beschaffung geht.
Geschäftsführer Jens Blank fühlt sich bereit: „Das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg hat uns im Hotel mit technologischem Wissen und Professionalität erfolgreich Richtung Automatisierung begleitet und wir sind für die Zukunft gut gerüstet.“ Die Mitarbeitenden freuen sich auf die Unterstützung durch die Systeme, gerade in Zeiten eines starken Personalmangels. Vor allem der persönliche Kontakt soll aufrechterhalten werden, denn nach wie vor stehen die Gäste und ein herzlicher Service an erster Stelle.
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Das Projektteam im Hoteleingang (v. l.): Shuang Lu und Klaus Fink vom Fraunhofer IGCV, Rüdiger Busch von ANsWERK, Jens Blank und Maria Arsentjew vom Hotel DAS HÜRNER. © Fraunhofer IGCV
Der Multifunktionsraum wird etwa 250 Mal pro Jahr umgestellt. Dafür werden alle Tische und Stühle in den Bereich 1 gebracht, der Boden gesäubert und der Raum neu eingerichtet. Die Personenstunden summieren sich dadurch. © Fraunhofer IGCV
Eine Hebevorrichtung, die auf einer mobilen Robotereinheit integriert wird, könnte schwere Tische gemäß Raumnutzungsplan neu platzieren. © Fraunhofer IGCV
Das Unternehmen GP JOULE bietet ganzheitlich regenerative Energielösungen und erarbeitet aktuell digitale Lösungen entlang der Wasserstoff-Wertschöpfungskette, um zum Aufbau einer nachhaltigen H2-Wirtschaft beizutragen. In einer Potenzialanalyse stellte sich die Frage, ob und wie sich die Produktion von Wasserstoff (H2) mithilfe von digitalen Lösungen angepasst an Kundenbedarfe optimieren lässt.
Das 2009 gegründete Unternehmen GP JOULE aus Reußenköge in Schleswig-Holstein ist ein ganzheitlicher Anbieter für regenerative Energieerzeugung aus Sonne, Wind und Biomasse mit langjährigen Erfahrungen auf der Versorgungsebene für Mobilität, Wärme und Industrie. In mehreren Geschäftseinheiten bietet das Unternehmen teilweise oder komplette Energielösungen an und unterstützt in allen Projektphasen von der ersten Idee bis zur Realisierung und auch bei der Betriebsführung danach.
Ein immer wichtigerer Teil der Wertschöpfung von GP JOULE nimmt dabei die Speicherung von erzeugter regenerativer Energie in Form von Wasserstoff und dessen Vermarktung für unterschiedliche Versorger ein. Um ihren Kunden beim Markthochlauf von Wasserstoff auch zukünftig ein wertvoller Partner zu sein, werden bereits heute zukunftsweisende digitale Lösungen für eine professionelle Betriebsführung der Anlagen entwickelt.
Potenziale von digitalen Lösungen in einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft
In einer Potenzialanalyse mit dem Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Augsburg wurden verschiedene Anwendungsfälle von digitalen Lösungen entlang der Wertschöpfungskette einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft erarbeitet und deren Potenzial abgeschätzt.
Wertschöpfungssystem für die nachhaltige Wasserstoffwirtschaft
In fünf Online-Workshops arbeiteten Führungskräfte, Produktmanager und Betriebsführer von GP JOULE mit den Mittelstand 4.0-Experten PD Dr. Tassilo Schuster, Dr. Henning Frechen und Simon Klose (Fraunhofer IIS) an dieser Fragestellung. Das Projektteam nutzte dazu Methoden wie Value Proposition Models, Ecosystem Pie Models, Data Canvas, Kosten-Nutzen-Analysen und Marginal Cost Analysis, um die Anforderungen von GP JOULE und deren Kunden zu definieren und die Mehrwerte bei Umsetzung der Anwendungsfälle zu evaluieren.
Digitale Lösungen und ein plattformbasiertes Geschäftsmodell für grünen Wasserstoff
Die erarbeiteten digitalen Lösungen, die perspektivisch in ein plattformbasiertes Geschäftsmodell eingebracht werden können, unterstützen GP JOULE bei einer optimierten Erzeugung, Distribution und Vermarktung von grünem Wasserstoff und wie diese drei Schritte gesamtheitlich aufeinander abgestimmt werden können.
Beispiel für eine solche digitale Lösung ist eine bedarfsgerechte Produktion von Wasserstoff mithilfe von Elektrolyseuren. Dabei soll einmal der Bedarf von Wasserstoff prognostiziert werden und dieser mit der voraussichtlichen Verfügbarkeit von Windenergie abgeglichen werden, welche es für die Wasserstoffproduktion benötigt. Dieser Abgleich von Bedarf und Verfügbarkeit erfolgt mittels Data-Analytics-Methoden und ermöglicht es, Wasserstoff kostengünstig und versorgungssicher an den Tankstellen anzubieten.
Insgesamt wurden drei digitale Lösungen aus den Bereichen H2-Erzeugung, H2-Trailer-Logistik und H2-Tankstellen näher betrachtet. Durch die Abschätzung der Kosten für die Entwicklung der digitalen Lösung und die möglichen Einsparungspotenziale, die durch diese entstehen, konnte eine Entscheidungsgrundlage für die Umsetzung dieser Anwendungsfälle geliefert werden.
Das Ergebnis der Potenzialanalyse hat nicht nur gezeigt, unter welchen Umständen die Investitionen für die Umsetzung der digitalen Anwendungsfälle vorteilhaft sind, sondern auch, welche weiteren Anwendungsfälle durch deren Umsetzung ermöglicht werden.
Die Potenzialanalyse stellte für GP JOULE einen wichtigen Schritt für eine zukunftsweisende digitale Wertschöpfung des Unternehmens in der Wasserstoffwirtschaft dar.
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Wertschöpfungssystem für die nachhaltige Wasserstoffwirtschaft © Fraunhofer IIS