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Anwendungsfelder für das digitale Produktgedächtnis

Industrielle Produktion

Im geplanten Technologieverbundprojekt soll untersucht werden, wie ein Umfeld modularer Prozesse und Produktionsausrüstungen dazu genutzt werden kann, um Produktgedächtnisse schritthaltend mit dem Produktionsprozess automatisch aufzubauen. Dabei sollen Konzept und Realisierung deutlich über den Stand der Technik hinausgehen

Durch die Dezentralisierung auftragsbezogener Daten auf die Produkte selbst wird ermöglicht, dass einzelne Produkte direkt den Fertigungsprozess beeinflussen. Eine Maschine kann beispielsweise selbsttätig den Zustand eines Zwischenprodukts prüfen, sich diesem entsprechend einstellen, und Abweichungen von der Norm einem Leitstand melden.

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Invididualisierte Produktion: Bedingt durch eine erhöhte Nachfragedifferenzierung und kürzere Produktlebenszyklen rücken kundenorientierte Ziele in den Mittelpunkt der Produktion. Damit verbunden ist ein Trend zur Produktindividualisierung, der zu einer größer werdenden Anzahl von kundenspezifischen Produktvarianten führt, die mit einer Erhöhung der Planungskomplexität des Produktionsprozesses einhergeht. Um zukünftige Fertigungsanlagen mit Hinblick auf diese Anforderung flexibler und gleichzeitig zuverlässiger zu gestalten, bedarf es neuer Ansätze im Bereich der adaptiven Produktion. Die produktindividuelle Speicherung auftrags- bzw. produktionsbezogener Daten in eng mit dem Produkt verknüpften digitalen Gedächtnissen bietet hier die Möglichkeit, dass Produkte bzw. deren Bestandteile Einfluss auf die Konfiguration einer Produktionsanlage nehmen.

Transparenz: Die Rückverfolgbarkeit und Nachverfolgbarkeit von Produkten ist für Fertigungsunternehmen ein Thema von strategischer Bedeutung. Das digitale Produktgedächtnis unterstützt diesen Bedarf durch ein detailliertes Bild der Produkt- und Produktionshistorie, beispielsweise über die verwendeten Ausgangsmaterialen (wie z.B. welche Chargen oder Lose in ein bestimmtes Produkt eingegangen sind) sowie den Weg, den das Produkt durch die Produktion genommen hat. Mit Kenntnis dieser Daten lassen sich notwendige Rückrufaktionen (z.B. geschuldet durch die späte Identifikation eines Maschinenproblems) auf individuelle Produkte beschränken (z.B. diejenigen die von dieser Maschine bearbeitet worden sind). Damit können Kosten für die Logistik, Nacharbeit und Vertragsstrafen reduziert werden.

Komponenten einer projektierten industriellen Reinraumproduktion von individuellen Wochenblistern
mit digitalem Produktgedächtnis im Partnerunternehmen 7x4 Pharma der Kohl-Gruppe.

Logistik

Die Qualität logistischer Abläufe ist stark an das Wissen gebunden, wo und in welchem Zustand sich eine zu transportierende Ware gerade befindet sowie auf welche Weise sie während eines Transports behandelt werden muss. Diese Information steht heute oft noch nicht durchgängig zur Verfügung, was bei komplexen Transportprozessen mit wechselnden Auftragnehmern zu Verzögerungen oder gar Beschädigungen der Ware führen kann. Das Digitale Produktgedächtnis eröffnet einen Weg zur Behandlung derartiger Probleme: Hier kann die zum Transport notwendige Information direkt mit dem Produkt verbunden werden. Zudem ermöglichen Sensoren am zu transportierenden Produkt den Einsatz von Ortungstechnologien zur Bestimmung seines genauen Aufenthaltsorts – unabhängig vom eigentlichen Transportmittel.

Produktverfolgung: Für logistische Abläufe sind die Nahtstellen zwischen einzelnen Prozessen von besonderer Bedeutung: Hier werden Waren verpackt, an andere Transporteinheiten weitergereicht oder vom Endkunden entgegengenommen. Die konsequente Aufzeichnung aller transportbezogenen Beobachtungen eines Produkts im Digitalen Produktgedächtnis vereinfacht zum einen die Übergabe von Produkten an derartigen Nahtstellen, und ermöglicht zum anderen zu jedem Zeitpunkt des Transports eine genaue Kontrolle der bisher durchlaufenen Transportschritte.

Intelligente Verpackungen: Mittels des Digitalen Produktgedächtnisses können Prozesse im Feld der Transportlogistik weiterentwickelt und unterstützt werden. So bildet der Einsatz von Sensorik und Produktgedächtnissen in Transportverpackungen beispielsweise die Grundlage neuartiger Dienstleistungen – etwa der Garantieleistung, dass ein empfindliches Produkt ohne eigene Sensorik während des Transports keinen starken Erschütterungen ausgesetzt war.

Automatisierte individuelle Behandlung von Produkten: Im Digitalen Produktgedächtnis kann Information über die Handhabung eines Produkts in einer für Maschinen verständlichen Weise abgelegt werden. Derartige Information erlaubt die Realisierung innovativer Logistikprozesse, die sich automatisch an die im Gedächtnis vorliegenden Charakteristika eines Produkts anpassen. Davon profitieren vor allem robotergestützte Prozesse, etwa das Be- und Entladen von nicht uniformen Stückgut. Der Robotermanipulator stellt hier automatisch sein Greifen auf Größe, Gewicht und Aufnahmepunkte des zu manipulierenden Produkts ein – Information, die vom Produktgedächtnis bereitgestellt wird.

Beispiel der Manipulation von komplexen und variablen Produktverpackungen mit Smart Labels und
digitalen Gedächtnissen durch Roboter. Der Roboter entnimmt dem Gedächtnis des Produkts Daten
zur Handhabung. Die Manipulation wird anschließend im Produktgedächtnis abgelegt.

Handel

Das digitale Gedächtnis eines Produkts wird über Unternehmensgrenzen hinweg mit Information gefüllt. Damit bietet es einen Weg, bestehende Closed-Loop-Anwendungsfälle in Handel und Logistik aufzubrechen und branchenübergreifende Ansätze zu realisieren. Die durchgängige Verfügbarkeit der Produktinformationen in einem für alle Parteien verständlichen Format unterstützt die Synchronisation der Versorgung mit dem Bedarf („Lagerhaltung im Regal des Ladens“), eine flexible und bedarfsgerechte Produktion sowie den Bestandsabbau entlang der Wertschöpfungskette.

In den letzten Jahren hat das Thema Compliance stark an Bedeutung gewonnen, ein Trend, der mit hoher Wahrscheinlichkeit auch weiter anhalten wird – man denke nur an die Diskussionen um den Klimaschutz. Dabei geht es um die Einhaltung von gesetzlichen Vorschriften (z.B. Dual Use Guideline (EU) No. 1334/2000 für den Export, Food and Drug Administration (FDA) im Lebensmittel- und Pharmabereich), Umweltschutzvorschriften (z.B. WEEE EU Richtlinie) oder sozialen Bestimmungen (z.B. Business Code of Conduct, Fair Trade).

Item Integrity: Dieses neue Konzept basiert auf dem Gedanken, dass Digitale Produktgedächtnis zu nutzen, um einerseits die Einhaltung externer und interner Richtlinien und Bestimmungen sicherzustellen und andererseits dem Konsumenten eine Vielzahl verlässlicher Produktinformationen direkt „am Produkt“ zur Verfügung zu stellen. Dabei ist eine Kernanforderung die Vielzahl unterschiedlicher Informationen in einer vereinheitlichten und sicheren Art und Weise abzulegen und dem Händler oder Konsumenten zugänglich zu machen. Das Spektrum der relevanten Informationen schließt u.a. folgende Aspekte ein: Herkunft/Hersteller, Qualität (z.B. Bioprodukte), Produktzusammensetzung, Haltbarkeitsdauer, Transport-/Lagerbedingungen (Temperatur, Erschütterungen etc.), Echtheit, Transportroute/Zwischenhändler (z.B. Transportdauer, beteiligte Länder, CO2 Emissionen u.a.), Zertifikate (Fairer Handel, Ausschluss von Kinderarbeit u.ä.).

Beratung: Im Digitalen Produktgedächtnis verzeichnete Daten zu Herkunft und Transportweg bilden die Grundlage eines individuell auf den Kunden zugeschnittenen IT-basierten Beratungsprozesses: Der Konsument kann schnell und verlässlich für ihn relevante Informationen abrufen (z.B. Produktzusammensetzung). Besondere Bedeutung hat dies für Allergiker, die sicherstellen müssen, dass bestimmte Zutaten (Nahrungsmittelallergene), in einem Produkt nicht verwendet wurden (z.B. Milcheiweiss oder Nüsse).

Wartung für hochwertige technische Produkte

Eine weltweit anerkannte Stärke der deutschen Industrie ist die Entwicklung und Produktion komplexer, hochwertiger technischer Systeme. Beispiele hierfür sind der deutsche Automobil- und Maschinenbau sowie deutsche Kraftwerks- und Medizintechnik. Die Produkte dieser Branchen setzen sich aus zahlreichen Anlagenteilen zusammen, die im Allgemeinen von verschiedenen Zulieferern erstellt und in einem komplexen Prozess zusammengefügt werden. Dieser ist oft nur wenig transparent, was Wartung und Pflege dieser Systeme zu einer schwierigen Aufgabe macht.

Simulation des Abrufs von Informationen aus dem digitalen Produktgedächtnis komplexer Produkte
auf ein mobiles Endgerät, links im Heimbereich, rechts in einer Fabrikationsstraße.

Sowohl Anlagenteile als auch die Anlagen selbst können aber als Produkte aufgefasst und dementsprechend mit digitalen Produktgedächtnissen verknüpft werden. Die dort enthaltenen Aufzeichnungen können hier Fragen unterschiedlichster Beteiligter (Endkunde, Hersteller des Produktes, Wartungstechniker, Anbieter zusätzlicher Services) in hoher Qualität, schnell, reproduzierbar und unabhängig von sonst notwendiger subjektiver Individualexpertise beantworten.

Kontrolle: Durch eine Rückverfolgung die Echtheit von Teilen geprüft werden, was mit Hinblick auf die verstärkt aufkommende Problematik der Produktpiraterie bei Ersatzteilen zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Konfiguration: Durch das Austauschen ihrer digitalen Gedächtnisse können Einzelteile eines komplexen Produkts eigenständig synchronisieren und sich so automatisch konfigurieren oder Wartungspersonal über mögliche Konflikte informieren.

Inbetriebnahme: Sicherheitskritische Funktionen, Bauteile oder Systeme dürfen nur von autorisiertem Personal in Betrieb genommen oder verändert werden. Entscheidend für die sichere Nutzung solcher Produkte bzw. die sichere Interaktion mit ihnen ist ein lückenloser Nachweis über mögliche unautorisierte Veränderungen oder Manipulationsversuche am Produkt selbst oder kritischen Umgebungsparametern.

Dokumentation: Durch die konsequente automatische Aufzeichnung von Wartungsarbeiten im Gedächtnis eines komplexen Produkts entsteht eine Dokumentation, welche dem menschlichen Anwender ermöglicht, vorherige Wartungsprozesse anhand des Produktgedächtnisses zu prüfen und nachzuvollziehen – ein Aspekt, der nicht nur für die Durchführung der Wartung von Interesse ist, sondern auch dem Endkunden bei der Geltendmachung von Garantieansprüchen helfen kann.

Intelligente Produktnutzung für den Konsumenten

Die Auslesbarkeit von Informationen durch Konsumenten, aber auch die Interaktion von entsprechend intelligenten Produkten ermöglicht neue Komfort- und Sicherheitsfunktionen. Von vielen Routineaufgaben können Nutzer durch semantische Intelligenz der Produkte entlastet werden. Authentische Informationen ermöglichen eine vertrauensvolle Nutzung auch sicherheitsrelevanter
Funktionen, die auf aktuellen Produkt- und Umgebungsdaten basieren. Dem entsprechend bietet auch der Heimbereich eines Endverbrauchers zahlreiche Möglichkeiten zum Einsatz digitaler Produktgedächtnisse. So ist es im Rahmen der alternden Gesellschaft von großer Bedeutung, dass die Betroffenen auch im Alter in ihrem eigenen Heim bleiben können – was nicht nur der Verbesserung der Lebensqualität dienen kann, sondern auch der Senkung der Kosten der gesundheitlichen Versorgung. Ein Teilaspekt dieses Problemfeldes kann mittels digitaler Produktgedächtnisse und intelligenter Umgebungen angesprochen werden: die Medikamentenversorgung. Ein mit eigenen Sensoren ausgestatteter Medikamentenschrank in einem Privathaushalt kann sich der Gedächtnisse der eingelagerten Medikamente bedienen, um für deren Gebrauch wichtige Informationen zu extrahieren (etwa Zeitpunk der Einnahme, Verfallsdatum, Lagerbedingungen) und darauf aufbauend seinen Benutzer über notwendige Schritte informieren.

Lagerung empfindlicher Produkte: Die bereits angedeutete Einbettung in eine „intelligente“ Wohnung eröffnet ein Feld neuartiger Anwendungen im Heimbereich. So ist es beispielsweise bei hochwertigen Lebensmitteln von Interesse (etwa Pralinen oder Champagner), deren Umgebung auch nach dem Kauf weiter zu überwachen. In Verpackungen von Produkten eingebettete Sensoren können hier einen neuartigen Dienst ermöglichen, der in Verbindung mit einer entsprechenden Umgebung auch Endkunden eine semi-professionelle Lagerhaltung gestattet.

Interaktion mit digitalen Gedächtnissen im Haushalt, hier am Beispiel einer Küche.
Links wird ein digitaler Kochassistent gezeigt, rechts der automatisch eingeblendete
Temperaturverlauf eines verderblichen Produkts.

Intelligentes Wohnen: Besonderes Potenzial liegt in der Anbindung digitaler Produktgedächtnisse an Dienste einer intelligenten Wohnung. Die zuvor beschrieben Lagerdaten sollten bei Bedarf – wenn beispielsweise baldiger Verzehr angeraten ist – von einer intelligenten Küche automatisch dem Koch vermittelt werden. Darüber hinaus kann die Sensorik der Produkte und der instrumentierten Umgebung auf noch weiter gehende Weise verwertet werden. Durch die Kombination aller in einer Küche beobachteten Produktdaten kann beispielsweise ein digitales Gedächtnis der Küche erzeugt werden, welches seinem Benutzer – ohne den natürlichen Handlungsablauf zu stören – beim Kochvorgang assistiert.

Intelligente Assistenten: Durch die instrumentierten Objekte wird eine probabilistische Erkennung von Handlungsplänen und Nutzerintentionen möglich, die selbst wieder automatisierte Mehrwertdienste wie die proaktive Erinnerungen und Warnungen („Bitte vor dem Mittagessen noch das Medikament einnehmen“ oder „Bitte jetzt aber keinen Alkohol trinken, da sonst die Wirkung des Schmerzmedikaments unzulässig verstärkt wird“) auslösen können. Semantische Interaktion von Produkten ermöglicht eine neue Qualität in der Umgebungsintelligenz, in der verfügbare Funktionen erkannt und deren intelligente Verknüpfung die Nutzung z.B. durch Handlungsempfehlungen und kontext-abhängig gefilterte Informationsdarstellung erheblich vereinfachen können.