Low-Code als Instrument zur Automatisierung in der Produktion

Philipp Herpich, Startpunkt Digital GmbH und Matthias Pirzer, NXTGN Solutions GmbH

(Titelbild: © Adobe Stock |574226546 | VectorMine)

Gartner prognostiziert, dass bis 2026 etwa 75 Prozent aller neuen Anwendungen mit Low-Code-Technologien entwickelt werden. Forrester schätzt, dass der Markt für Low-Code und digitale Prozessautomatisierung (DPA) bis Ende 2025 auf 13,2 Milliarden US-Dollar gewachsen ist, was einer jährlichen Wachstumsrate von rund 21 Prozent seit 2019 entspricht. Mittlerweile nutzen 87 Prozent der Unternehmensentwickler und -entwicklerinnen Low-Code-Plattformen für Teile ihrer Arbeit.

Was sind die Gründe für den rapiden Anstieg der Adaption von Low-Code und No-Code-Plattformen (LC/NC), der auch bis 2028 weiter anhalten soll? Gerade in Zeiten von Fachkräftemangel und steigendem Wettbewerbsdruck ist die Nutzung von Automatisierungslösungen ein entscheidender Faktor, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben. Im Rahmen des Artikels werden die genannten Prognosen zum Anlass genommen, die Potenziale im Kontext der Produktionsautomatisierung
anhand von Praxisbeispielen zu prüfen und zu erläutern, welche Hürden bei der Einführung zu berücksichtigen sind [1], [2].

Drastisch formuliert ist bei mittelständischen Unternehmen die Produktion oft noch eine Art „Black Box“, aus der sich eine Reihe von Herausforderungen ergeben:

1. Entlastung IT-Ressourcen: Oftmals stehen nicht genügend IT-Ressourcen, sowohl intern als auch extern, zur Verfügung, um zeitnah maßgeschneiderte Lösungen für die Produktion zu entwickeln.
2. Manuelle und ineffiziente Prozesse: Viele Produktionsprozesse werden noch manuell oder mit Excel-basierten Lösungen verwaltet, was zu Fehlern und Ineffizienz führt.
3. Fehlende Transparenz in der Produktion: Echtzeit-Daten des Produktionsfortschritts und der Maschinenstatus sind nicht vorhanden oder nur teilweise integriert.
4. Integration von Altsystemen: Es befinden sich teilweise veraltete Systeme im Einsatz, deren Einbindung in moderne IT-Infrastrukturen schwierig ist.
5. Kosten- und Zeitdruck bei der Digitalisierung: Der Druck, Prozesse zu digitalisieren, ist zwar groß, aber die Budgets sind knapp und die Implementierungszeiten zu lang.
6. Mangelnde Agilität bei sich ändernden Marktanforderungen: Der Markt erfordert flexible Anpassungen von Produktionsprozessen und Produkten, doch Änderungen an bestehenden IT-Systemen sind häufig zeitaufwändig und erschweren eine schnelle Reaktion.
7. Fehlende Analysefähigkeiten: Viele Unternehmen sammeln zwar große Mengen an Daten, aber die Werkzeuge oder das Know-how, um diese zu analysieren und in verwertbare Informationen umzuwandeln, fehlen ihnen.
8. Qualitätssicherung und Compliance: Die Einhaltung und Überwachung von Compliance-Vorgaben sowie die Durchführung von Qualitätssicherungsprozessen sind häufig zeitaufwändig und anfällig für menschliche Fehler. [3], [4]

Ein mögliches Hilfsmittel zur Lösung dieser Themen können LC/NC Plattformen sein. Low-Code-Plattformen erlauben die Erstellung von Software, ohne dass hierfür tiefgehende Kenntnisse über eine bestimmte Programmiersprache oder Softwareentwicklung nötig sind. Die Plattformen bilden ein technisches Grundgerüst und bieten graphische Editoren, die User bei der Erstellung von Programmen unterstützen. Der Editor stellt einen Großteil von fertigen Bausteinen zur Verfügung, mit denen eine Vielzahl von Funktionen direkt in die eigene Software integriert werden kann.

Im Unterschied zu No-Code ist der Ansatz von Low-Code, den Benutzenden den Großteil der Programmierung abzunehmen, aber ihnen weiterhin die Möglichkeit zu bieten, einen eigenen Programmcode zu verwenden, wenn vorgefertigte Bausteine angepasst werden müssen oder es keine passenden Bausteine gibt. Hierfür werden meistens klassische leichtgewichtige Scripting-Sprachen wie Python oder JavaScript benutzt, oder aber die Plattform stellt eine eigene Scripting- oder Makrosprache bereit.

Die Übergänge zwischen Low-Code und No-Code sind fließend und hängen immer von der jeweiligen Plattform ab. So lassen sich erfahrungsgemäß viele Low-Code-Plattformen ohne eine Zeile eigenen Programmcodes verwenden und wiederum einige Tools, die dem No-Code-Ansatz folgen, lassen trotzdem auch eigene Anpassungen zu, wenn der bereitgestellte Werkzeugkasten erschöpft ist [16], [17].

Das Konzept der Softwareentwicklung mit Low-Code bietet viele Vorteile. Auch kleine und mittelständische Unternehmen können hierbei profitieren.

1. Nötige Programmierkenntnisse: Durch die graphischen Editoren und den modellbasierten Ansatz können auch Anwender und Anwenderinnen mit wenig technischer Fachkenntnis Software entwickeln. Innerhalb von Unternehmen haben die Fachabteilungen nun selbst die Möglichkeit, spezifische Software zu erstellen. Die Mitarbeitenden können so aktiv und federführend in den Entwicklungsprozess eingebunden werden, der von ihrer Themenkenntnis profitiert. Gleichzeitig wird der Workload von etwaigen IT-Fachkräften reduziert und so werden deren Ressourcen freigehalten.
2. Geringe Time-To-Market Zeit: Low-Code-Plattformen sind Instrumente für Rapid Application Development (RAD). Durch die vorgefertigten Features und das Anwendungsgrundgerüst müssen Entwickelnde sich nicht mit einer Anwendungsbasis, Schnittstellen zum Betriebssystem oder sonstigen Basisimplementierungen auseinandersetzen. Sie starten direkt beim Kernpunkt der zu entwickelnden Software. Die Zeitspanne zwischen Entwicklung und Einsatz wird im Vergleich zur klassischen Softwareentwicklung mit Hochsprachen deutlich verringert. Wenn Änderungen an der Software nötig werden, können diese schnell realisiert und bei den Usern ausgerollt werden.
3. Wiederverwendbare Komponenten: Die ge- nannte hohe Entwicklungsgeschwindigkeit kommt unter anderem daher, dass die Plattform bereits eine große Auswahl fertiger Anwendungsbausteine und Komponenten bereitstellt. Oft sind unmittelbar auch eine Vielzahl von Schnittstellen zu gängigen Datenbanken oder Cloudsystemen verfügbar, womit diese Systeme direkt mit der eigenen Software verbunden werden können. Eigene Komponenten und Abläufe können per Kopieren und Einfügen auch in anderen Programmen wiederverwendet werden und lassen sich oft in die Vorlagenbibliothek aufnehmen. Damit lassen sich Standards und Corporate Identity-Codes (CI) auch über mehrere Projekte mit der Plattform aufbauen und beibehalten. Bei aktiven quelloffenen Plattformen kann von der Community profitiert werden, die Weiterentwicklung und Wartung der Plattform vorantreibt und eigene Inhalte, wie beispielsweise neue Bausteine und Funktionen, entwickelt.
4. Perfekt zugeschnittene Software: Unternehmen erhalten durch Low-Code-Tools Zugang zu Individualsoftware, deren Eigenentwicklung oder Beauftragung zuvor aus Wissens- oder Kostengründen nicht möglich gewesen wäre. Firmen haben ein umfangreiches Werkzeug zur Verfügung, ihre Prozesse und Abläufe mit Software zu unterstützen, die selbstständig entwickelt und angepasst werden kann. So können viele Anwendungsfälle, die mithilfe von Excellisten oder Austauschordnern realisiert werden, künftig über dedizierte Anwendungen laufen, die in der Regel besser wartbar und weniger fehleranfällig sind. Abstimmungs- und Freigabeprozesse auf Papier oder über lange Mailverläufe können mithilfe von Workflows verschlankt werden und sind so nicht nur flexibler, sondern auch transparenter und durch die gute Erweiterbarkeit besser skalierbar [15], [16].

Neben den beschriebenen Vorteilen gibt es allerdings auch Herausforderungen und Risiken, die genannt werden müssen:

1. Begrenzte Anpassungsmöglichkeiten: Vor- gefertigte Module und Tools, die Low-Code-Plattformen bereitstellen, beschleunigen zwar die Entwicklung, bieten jedoch in manchen Fällen nicht die notwendige Flexibilität, da benötigte Funktionen für komplexere Anwendungen fehlen können.
2. Technologische Abhängigkeit: Viele Low-Code-Plattformen sind proprietär, was bedeutet, dass die entwickelten Anwendungen stark von der jeweiligen Plattform abhängig sind, wodurch ein Vendor Lock-in entsteht. Eine Migration zu einer anderen Plattform kann sich schwierig gestalten beziehungsweise unmöglich sein.
3. Sicherheits- und Compliance-Risiken: Fehlerhafte Implementierungen und Zugriffskontrollen, unzureichender Schutz sensibler Daten oder fehlende regulatorische Anforderungen (zum Beispiel DSGVO) können zu Problemen führen, gerade dann, wenn diese von „Citizen Developers“ erstellt werden, die möglicherweise keine tiefen Kenntnisse in IT-Sicherheit haben.
4. Skalierbarkeit: Low-Code-Plattformen eignen sich häufig für kleinere, weniger komplexe Anwendungen, stoßen jedoch bei größeren unternehmenskritischen Anwendungen an ihre Grenzen. Dies tritt auf, sobald die Anzahl der Benutzer und Benutzerinnen oder die Menge der verarbeiteten Daten stark zunehmen (Stichwort Performance). Zudem darf nicht vergessen werden, dass mit einer zunehmenden Anzahl an Apps und Benutzer:innen sich auch der Verwaltungsaufwand erhöht.
5. Technische Schulden: Anwendungen, die zwar schnell mit Low-Code entwickelt werden, können langfristig zu „technischen Schulden“ führen, sofern diese nicht nachhaltig oder modular entwickelt wurden. Dies führt oft zu Wartungsproblemen und kann letztlich sogar die Weiterentwicklung vollständig zum Erliegen bringen.
6. Komplexe Integrationen: Low-Code-Plattformen bieten zwar vorgefertigte Integrationen, können aber bei der Verbindung mit komplexen, proprietären oder veralteten Systemen Probleme haben. Wenn eine Integration in bestehende IT-Landschaft nicht machbar ist, führt dies zu (Daten-) Silos und ineffizienten Prozessen.
7. Probleme in den Bereichen Qualität und Governance: Ohne klare Governance-Mechanismen oder Entwicklungsrichtlinien können durch „nicht-technische“ Entwickeler und Entwicklerinnen inkonsistente oder fehlerhafte Anwendungen entstehen, die die betriebliche Effizienz und Stabilität beeinträchtigen.
8. Kontrolle über den Quellcode: Bei vielen Low-Code-Plattformen haben die Entwickler und Entwicklerinnen keinen direkten Zugriff auf den Quellcode der erstellten Anwendungen. Im Fall von komplexeren Problemen kann dies Debugging-Prozesse erschweren [5], [6], [7], [8], [9], [10].

Eine Kombination aus den genannten Punkten „Fehlende Transparenz“ und manuelle Prozesse stellt das nachfolgende Praxisbeispiel einer Umsetzung mit Low-Code-Tools dar. Die Ausgangslage war dabei wie folgt: Maschinendaten wie Energieverbrauch, Stückzähler, Status der Maschine wurden zwar bereits erhoben, allerdings nur direkt am Gateway an der Maschine und auch ohne Kombination mit ERP-Daten, also ohne Auftragsbezug und auch nicht maschinenübergreifend. Auswertungen wurden nur monatlich in der Retroperspektive auf Excelbasis betrachtet, zudem wurden relevante Informationen zum Teil manuell ergänzt.

Eine zeitnahe durchgängige Analyse eines Auftrags beziehungsweise dessen Weg durch die Produktion war bisher nicht möglich. In einem ersten Schritt wurden mittels der Prozessmodellierungsplattform Camunda die Produktionsprozesse erfasst und in der MES Open Source Lösung HiCuMES abgebildet. Dadurch wurde sichergestellt, dass die einzelnen Arbeitsschritte sowie Rückmeldungen (zum Beispiel Stückzahl, Zeiten) systematisch erfasst werden. Durch den Einsatz der „Power-Plattform“ von Microsoft wurden die verschiedenen Datenquellen anschließend in ein gemeinsames Datenmodell zusammengeführt. Auf Basis der definierten Kennzahlen (KPIs), deren benötigter Aktualisierungsrate sowie von Schwellwerten wurden aussagekräftige Visualisierungen in einem Dashboard zusammengestellt. Die für die Produktion relevanten KPIs wurden den Mitarbeiter:innen in der Produktion per Statusbildschirm bereitgestellt. Eine Push-Nachricht an produktionsleitende Mitarbeiter:innen informiert, sobald Schwellwerte der Kennzahlen nicht eingehalten werden. Auch das klassische Reporting wird weiter genutzt, allerdings nicht wie bisher in Form statischer Excellisten. Aus den Dashboards werden per Low-Code-Workflows Berichte generiert, die im monatlichen Rhythmus automatisiert an Mitarbeiter:innen versendet werden. Dies ist ein einfaches Beispiel, wie aus zeitintensiven, sich wiederholenden Tätigkeiten automatisierte Abläufe implementiert werden können.

An einer anderen Stelle wurde im Zuge eines Digitalisierungsprojekts ein KMU um computerisierte Arbeitsplätze in der Produktion erweitert. Dabei wurde auch ein mobiler Arbeitsplatz auf einem PC-Wagen geschaffen. Als Endgerät wurde in diesem Fall ein Tablet genutzt. Der mobile Wagen ist mit einem Computerbildschirm und zusätzlicher Peripherie ausgestattet und mittels eines USB-C-Docks lassen sich das Tablet sowie ein klassischer Rechner mit Maus und Tastatur bedienen, können aber zu jeder Zeit auch abgedockt werden. Der Arbeitsplatz ist vor allem für Aufgaben wie Warenannahme, Inventur und Kommissionierung gedacht und kann ganz einfach an den jeweiligen Einsatzort verbracht werden. Für diese speziellen Aufgaben ist zusätzlich auch ein Labeldrucker an Bord. Dieser ist nicht WLAN-fähig, eine kabelgebundene Netzwerkverbindung ist mit dem mobilen Ansatz unvereinbar und auch das direkte Verbinden mit dem Tablet per USB steht der Verwendung des auch alleinig nutzbaren Tablets als solches im Weg. Der Etikettendrucker muss also zwingend kabellos angesteuert werden können. Bewerkstelligt wurde dies schließlich mit einem Low-Code-Tool für Workflows (siehe Abbildungen 1 und 2).

Der Labeldrucker ist mit einem Raspberry Pi verbunden. Mit dem Linux-Drucksystem „Cups“ kann der Pi Druckaufträge an den Drucker senden. Der Einplatinen-PC ist über WLAN im Netzwerk erreichbar und auf ihm ist ein Low-Code-Workflowtool installiert, das eine Webserviceschnittstelle für den Labeldruck bereitstellt. Wird nun ein Wareneingang im ERP-System gebucht, sendet dieses Informationen wie Artikelnummer, Artikelname, Kund:innenname und weitere als JSON kodiert an den Webservice.

Der Workflow verarbeitet die empfangenen Daten und fügt die einzelnen Informationen in eine vorbereitete Druckvorlage ein. Anschließend wird daraus eine fertige Druckdatei generiert und per Linux-Befehl, ebenfalls durch den Workflow übermittelt, ein Druck ausgelöst. Die Lösung ist pragmatisch und flexibel. Änderungen am Etikett können durch Austauschen der Druckvorlage und Anpassung der JSON-Verarbeitung blitzschnell realisiert werden.

Wie geht es mit den LC/NC Plattformen weiter? Die Zukunft wird stark durch den Ausbau und der Integration von KI geprägt, was dazu führt, dass der Einstieg (Benutzerfreundlichkeit) für Nicht-Techniker noch zugänglicher wird und die Möglichkeiten in der Umsetzung signifikant erweitert werden. Die Integration von KI erlaubt durch einfache Sprachbefehle Visualisierungen und Formeln zu erstellen, was den Entwicklungsprozess weiter vereinfacht und beschleunigt (siehe Abbildung 2).

Vorgefertigte KI-Module oder Bausteine, die Aufgaben komplett automatisieren und Entscheidungen auf Basis von Datenanalysen ermöglichen, stellt dabei ein weiteres Szenario dar. Des Weiteren hat der LC/NC-Ansatz auch schon längst Einzug in den Bildungsbereich gehalten. Schüler:innen nutzen graphische Programmiersprachen wie Scratch oder Open Roberta zum Erlernen der Grundkonzepte der Softwareentwicklung und zur Förderung des allgemeinen technischen Grundverständnisses. Schulische AGs und Bildungsinitiativen dieser Art werden in Zukunft sicherlich ausgeweitet, um die digitale Kompetenz der nächsten Generationen zu fördern [13], [14], [18], [19]