Smart Factory
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine Smart Factory?
Der Begriff stammt aus der Fertigungstechnik. Smart Factory ist Teil des Zukunftsprojektes Industrie 4.0 der Bundesregierung und beschreibt eine vernetzte Produktionsumgebung, in der die Maschinen und Logistiksysteme weitgehend ohne menschliche Hilfe organisiert sind und arbeiten. Die cyber-physischen System kommunizieren mit Hilfe des Internet of Things. Die einzelnen Fertigungsschritte werden durch Fertigungsinformationen auf einem RFID-Chip oder andere Techniken wie WLAN, Bluetooth oder QR-Codes übermittelt.
Merkmale einer Smart Factory
In einer Smart Factory ist eine intelligente Vernetzung der Maschinenkomponenten von großer Bedeutung. Die interne Vernetzung ermöglicht die Verknüpfung der internen Komponenten innerhalb des Produktionsprozesses. Gleichzeitig erfolgt die externe Vernetzung, um eine reibungslose Kommunikation mit anderen Smart Factories zu gewährleisten.
Die einzelnen Maschinen in der Smart Factory arbeiten vollständig autonom und sind in der Lage, die Fertigungsprozesse eigenständig zu koordinieren. Fahrerlose Roboter übernehmen den Transport von Aufträgen in der Logistik, während die intelligenten Maschinen die gesamte autonome Produktion eines Produkts in der Fabrik der Zukunft übernehmen.
Das Internet der Dinge (IoT) spielt in der Smart Factory eine zentrale Rolle, da es darauf abzielt, die Effizienz zu steigern und Ausfallzeiten sowie Wartungszeiten zu minimieren. Durch diese fortschrittliche Technologie werden die Produktionsprozesse optimiert und eine höhere Effizienz erreicht. Gleichzeitig werden potenzielle Störungen frühzeitig erkannt und die Wartungsmaßnahmen gezielt durchgeführt.
Vorteile einer Smart Factory
Durch den Einsatz von verschiedenen IoT-Technologien in den Maschinen lässt sich eine Echtzeitanalyse der Produktion und der Prozesse durchführen. Mithilfe von RFID-Lokalisierung des Materials kann der gesamte Materialfluss (Lagerung, Transport, Bearbeitung) in Echtzeit analysiert werden.
Durch verschiedene Sensoren können sich die autonomen und mobilen Roboter selbständig durch die Fabrik navigieren und ein 3D-Fabrikmodell kartographieren. Mit diesem virtuellen Modell lassen sich die aktuelle Ist-Situation der Produktion festhalten und die Prozesse anschließend optimieren.
Aufgaben, die aktuell Prozessplaner durchführen, können zukünftig durch Planungssysteme übernommen werden. Diese können Kapazitäten und Ressourcen planen und visualisieren. Da die Systeme alle untereinander vernetzt sind, werden anfallende Daten (Auftragseingänge, Absatzprognosen, Rückmeldedaten) nun automatisch analysiert und müssen nicht mehr manuell vom menschlichen Planer eingegeben werden.
Die wichtigsten Vorteile im Überblick:
- Optimierte und schlanke Prozesse
- Produktivitätssteigerung
- Automatische und effiziente Bestellprozesse
- Transparente Lieferkette
- Höhere Flexibilität
- Geringere Personalkosten in der Produktion
- Individuelle Produktion
Voraussetzungen einer Smart Factory
Die Einführung von Smart Factory erfolgt schrittweise. Bereits digitalisierte Prozesse werden übernommen und in neue Bestandteile integriert. Eine Voraussetzung der Smart Factory ist der Einsatz von IoT-Geräten. Diese werden in die neuen Prozesse implementiert. Zur gegenseitigen Vernetzung werden die passiven Werkzeuge oder Maschinen mit digitalen Sensoren und Aktoren ausgerüstet und über das IT-System zentral gesteuert. Die Smart Factory wird durch immer kleinere, günstigere Computer und Sensoren ermöglicht.
Die erfolgreiche Implementierung einer Smart Factory erfordert weitere Voraussetzungen. Eine zuverlässige Vernetzung und Konnektivität bilden die Grundlage für eine nahtlose Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten und Systemen. Eine effektive Datenverwaltung und -analyse ist unerlässlich, um die gesammelten Informationen optimal zu nutzen und die Produktionsprozesse zu optimieren. Die Verwendung offener Standards und Schnittstellen fördert einen reibungslosen Datenfluss und ermöglicht die nahtlose Integration unterschiedlicher Systeme. Die Sicherheit von IT-Systemen und der Schutz von Daten sind von großer Bedeutung, weshalb geeignete Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden müssen.
Herausforderungen für Unternehmen
Die Realisierung der Smart Factory muss auf das gesamte System ausgerichtet sein und kann mehrere Jahre in Anspruch nehmen. Auf dem Weg zur Umsetzung gibt es neben technischen Herausforderungen, wie dem Einsatz von IoT-Geräten und Maschinen, auch Herausforderungen hinsichtlich der Sicherheit und der Schulung der Mitarbeiter mit den neuen Technologien.
Mitarbeiter einer Smart Factory müssen sich demnach einigen neuen Aufgaben stellen. Augmented Reality oder Wearables verändern die Arbeitsweise und den Zusammenbau von Dingen in der Produktion. Die Mitarbeiter müssen im Umgang mit diesen neuen Technologien geschult werden. Viele Routineaufgaben für Mitarbeiter werden entfallen, dafür entstehen jedoch neue Jobs in der Produktion und Industrie. Komplexe Tätigkeiten wie Datenanalyse oder Wartung von vernetzten Geräten sind zukünftig mehr gefragt.
Eine weitere Herausforderung ist die Sicherheit im IIoT. Da zunehmend intelligente und vernetzte Geräte in einer Smart Factory eingesetzt werden, bieten diese auch mehr Angriffsfläche für Hacker. Unternehmen sollten daher die Systeme immer auf dem neuesten Stand halten (Sicherheits-Updates) und Sicherheitslösungen für den Schutz der vernetzten Maschinen einsetzen.
Rolle des Menschen in der Smart Factory
In der Smart Factory spielt der Mensch trotz der selbstorganisierenden und automatisierten Fertigungsprozesse eine weiterhin entscheidende Rolle. Seine Aufgaben liegen weniger im direkten Eingreifen in die Produktion, sondern vielmehr in der Überwachung und Optimierung der Abläufe. Darüber hinaus obliegt ihm das grundlegende Design der Smart Factory sowie die Abstimmung von Schnittstellen zu externen Systemen oder anderen intelligenten Fabriken. Ein unverzichtbares Arbeitsmittel für den Menschen in der Smart Factory ist die Technologie der virtuellen Realität, die es ihm ermöglicht, ohne physischen Kontakt zu den Anlagen auf virtueller Ebene mit sämtlichen Systemen zu interagieren. Durch den Einsatz dieser fortschrittlichen Technologie wird eine effiziente und präzise Steuerung der Produktionsprozesse gewährleistet.
Intelligente Werkzeuge und Prozesse
Mit den intelligenten Geräten entsteht in der Fabrik ein industrielles Internet der Dinge (IIoT). Die Produktions-KI basiert auf maschinellem Lernen und erledigt viele Routineaufgaben, für die vorher menschliche Arbeitskräfte benötigt wurden. Die Mitarbeiter können sich somit auf Ausnahmefälle im Prozess konzentrieren. Durch die Smart Factory entsteht ein Netzwerk, das ein effektiveres Lieferkettenmanagement ermöglicht.
Ein weiteres wichtiges Werkzeug einer Smart Factory ist der Einsatz von “digitalen Zwillingen”. Hierbei wird ein digitaler Doppelgänger erstellt, der beispielsweise eine physische Maschine darstellt. Die digitalen Zwillinge werden aus verschiedenen Daten und Umgebungsbedingungen der realen Welt und der realen Maschine erstellt und anschließend in einem virtuellen Raum abgebildet. Die digitalen Zwillinge ermöglichen es beispielsweise in der Designphase eines Produktes virtuelle Produktionstests durchzuführen, ohne reale und komplexe Prototypen erstellen zu müssen. Dies spart Zeit in der Entwicklung und Produktion und optimiert den anschließenden realen Produktionsprozess. Eingesetzt werden digitale Zwillinge zudem oft im Zuliefererbereich. Der Hersteller kann dann feststellen, ob das Werkstück die benötigten Eigenschaften besitzt, ohne es real herstellen zu müssen.
SAP Manufacturing Execution
Auch SAP befasst sich mit dem Thema Smart Factory und hat verschiedene Software-Lösungen entwickelt. Eine Software-Lösung, die bereits auf dem Markt ist, nennt sich SAP ME (Manufacturing Execution). SAP ME hilft Unternehmen die Produktionsabläufe, Prozesse und Compliance zu steuern und zu automatisieren. SAP ME deckt dabei unter anderem folgende Bereiche ab:
- Material- und Produktverfolgung
- Datenerfassung in Echtzeit
- Qualitätsmanagement
- Reporting von Produktionsberichten
SAP Manufacturing Execution bietet die problemlose Integration in eine bestehende SAP Landschaft. SAP ME erhöht den Automatisierungsgrad der Produktion, bietet großes Einsparpotenzial und sorgt für eine optimale Auslastung und Qualität im Produktionsprozess.
Fazit
Die Smart Factory der Industrie 4.0 basiert auf intelligenten Maschinen. Dabei organisiert die Smart Factory die gesamte Produktionskette automatisch. Von der Entwicklung, Fertigung, Wartung bis hin zum Recycling. Bis die ersten Smart Factories autonom produzieren, können trotzdem noch einige Jahre vergehen. Die Technologie der Industrie 4.0 ist jedoch grundsätzlich bereit dazu. Die Industrie hat die Möglichkeit, die Smart Factories mithilfe von Industrie 4.0 mitzugestalten.
Durch den Einsatz smarter Maschinen ergeben sich für Unternehmen große Optimierungspotenziale in der Produktion und Logistik. Die Smart Factories machen durch die Industrie 4.0 alle Prozessschritte in der Produktion transparent und bieten Optimierungspotenziale. Die Fertigung kann somit automatisierter, flexibler und kostengünstiger werden. Außerdem können Unternehmen nun individuelle Produkte in kleinen Mengen effizienter produzieren.
Durch die Digitalisierung der Produktion in der Smart Factory gibt es für Unternehmen jedoch große Herausforderungen. Die neuen digitalen Lösungen müssen in die schon laufenden Produktionssysteme integriert und auch die Mitarbeiter müssen hinsichtlich neuer Technologien geschult werden. Zudem stellt die Smart Factory hohe Anforderungen an die Sicherheit der vernetzten Geräte.
Mit der Verschmelzung von Produktionstechnik und IT findet ein kompletter Wandel in der gesamten Unternehmensstruktur und -kultur statt. Maschinen und Menschen werden zukünftig dauerhaft über die gesamte Produktions- und Wertschöpfungskette miteinander kommunizieren.
FAQ
Was ist Smart Factory?
Smart Factory stellt eine vernetzte Produktionsumgebung dar, die sich im besten Fall ohne menschliche Eingriffe organisiert. Um einen durchgängigen Informationsfluss zu ermöglichen, kommunizieren cyber-physische Systeme mit Hilfe des Internet of Things (IoT) miteinander. Die Übermittlung der einzelnen Fertigungsschritte erfolgt durch Fertigungsinformationen auf einem RFID-Chip oder mithilfe anderer Techniken wie WLAN, Bluetooth oder QR-Codes.
Was sind die Vorteile einer Smart Factory in der Produktion?
Die Smart Factory bietet unter anderem folgende Vorteile:
- Optimierte Prozesse
- Produktivitätssteigerung
- Transparente Lieferkette
- Höhere Flexibilität
Was sind die Merkmale einer Smart Factory?
Die entscheidenden Merkmale sind Konnektivität und Autonomie. Smart Factories sind in der Lage, autonom zu arbeiten. Durch den Einsatz moderner Technologien können die Systeme die Ausfallzeiten und Wartungen minimieren sowie die Effizienz erhöhen.
Welche Herausforderungen für Unternehmen gibt es?
Die Umstellung auf eine Smart Factory erfordert moderne Technologien wie das Internet of Things (IoT). Außerdem beinhaltet der Umstieg einen Wandel der gesamten Unternehmensstruktur und -kultur, sprich die Konzeption und die Realisierung der Smart Factory müssen auf das gesamte Unternehmens-System ausgerichtet werden.
