Intelligente Fabrikation als Zukunftsmodell
Die Smart Factory, zu Deutsch „intelligente Fabrik“, begegnet einem im Kontext der Konzepte rund um das Thema Industrie 4.0 immer häufiger. Manche sprechen in diesem Zusammenhang sogar von einem Schlüsselmodell für die Zukunft der digitalen Transformation. Die sog. „vierte industrielle Revolution“ bezeichnet die transformative Integration moderner Digitaltechnologie in den Prozess der materiellen Reproduktion. Oft ist dabei auch vom „Internet der Dinge“ die Rede. Dieser Begriff ist eng mit der Idee der Smart Factory verknüpft und beschreibt die vollumfängliche Vernetzung von smarten Geräten. Damit sind selbstverständlich nicht nur mobile Endgeräte, sondern jede Art von realen und auch virtuellen Objekten gemeint, die durch eine Netzwerkanbindung miteinander kommunizieren.
Auf diese Weise soll eine weit verzweigte, digitale Infrastruktur entstehen, die beispielsweise Haushaltsgeräte in einem „Smart Home“ zusammenarbeiten lässt, wodurch viel Tätigkeiten ganz automatisch abgenommen werden. Die Smart Factory verfolgt dasselbe Ziel, nur im Hinblick auf Produktionsprozesse. Zu diesem Zweck greifen Unternehmen auf modernste Technologien zurück, um ein „Industrial Internet of Things“ (IIoT) zu schaffen. Dadurch steigt natürlich auch der Bedarf an hochwertigen elektronischen Bauteilen wie Transistoren und Dioden. Das nahtlose Zusammenspiel von Produktion und Logistik in einer Smart Factory bietet gleichzeitig aber viel Potenzial für die Einsparung von Ressourcen, wodurch ein hoher Nachhaltigkeitsgrad erzielt wird.
Die Vernetzung macht den Unterschied
Automatisierung ist für die Industrie kein neues Thema, da viele Branchen bereits seit mehreren Jahrzehnten auf zunehmend automatisierte Fertigungsabläufe setzt. Bisher war vor allem die Robotik die entscheidende Schlüsseltechnologie, doch auch ohne digitale Sensorik kommen heutzutage nur noch die wenigsten Fabriken aus. Daher ist es falsch, den Smart-Factory-Gedanken auf die Automatisierung zu reduzieren. Viel entscheidender ist das Zusammenspiel der einzelnen automatisierten Einheiten durch die umfangreiche Vernetzung. Während selbst hoch technisierte Standorte aktuell noch über isolierte Sektoren und Arbeitsbereiche verfügen, die manuell aufeinander abgestimmt werden müssen, übernehmen in der Smart Factory die Maschinen alle koordinatorischen Aufgaben. Der Mensch ist in der Fabrik von morgen kein Organisator mehr, sondern Observator. Die Funktionsweise der Smart Factory baut auf drei Prozessschritte:
- Erfassung der Daten: Moderne Sensoren, Datenbanken und die Mustererkennung von KI-Modellen ermöglicht es, in Echtzeit viele relevante Informationen zu sammeln. Datensätze werden über die gesamte Lieferkette hinweg und später auch im Produktionsprozess erfasst. Die Aufgabe der KI besteht darin, die verschiedenen Quellen um Informationen aus Marktanalysen und dem Marketing zu ergänzen und anschließend zusammenzuführen.
- Analyse der Daten: Im Anschluss gewinnen weitere KI-Anwendungen und automatisierte Datenmanagementlösungen wichtige Analysen aus den gesammelten Datensätzen. Diese dienen der Erstellung von Prognosen für die Wartungsintervalle von Maschinen oder werden für die Risikobewertung benötigt. Auch Optimierungspotenziale lassen sich so zuverlässig identifizieren.
- Organisation der Lieferketten und Arbeitsabläufe: Die Analysetools senden die Daten innerhalb der Fabrik gezielt an die betroffenen Stellen weiter. Produktionseinheiten adaptieren die neuen, verbesserten Parameter selbstständig. Um den unterbrechungsfreien Warenfluss zu gewährleisten, kommuniziert die smarte Fabrik auch mit anderen Standorten, die für die Lieferketten relevant sind. Ein Mehrbedarf an bestimmten Komponenten lässt sich so beispielsweise vollautomatisch kommunizieren. Auch wird so die vorausschauende Lagerhaltung ermöglicht.
Mehr Nachhaltigkeit durch Effizienz und Kontrolle
Die zahlreichen Produkt- und Rohstoffengpässe während der Corona-Pandemie hat der Wirtschaft und den Verbrauchern vor Augen geführt, wie abhängig viele Branchen von nahtlosen Lieferketten sind. Selbst hinter einfachen Gebrauchsgegenständen stecken komplexe und hoch technisierte Workflows, die von zahllosen Faktoren abhängig und dadurch sehr störanfällig sein können. Dem modernen Supply-Chain-Management kommt das Konzept der Smart Factory daher sehr entgegen. Der große Vorteil ist, dass die smarte Vernetzung nicht nur dazu beiträgt, die Produktivität selbst unter schwierigen Bedingungen aufrechtzuerhalten, indem das System Engpässe rechtzeitig prognostiziert, es führt auch zu einer stetigen Verbesserung der eigentlichen Arbeitsabläufe. Je nach Zielvorgabe lassen sich so selbst im Herstellungsprozess noch die Produkteigenschaften optimieren.
Ein weiteres wichtiges Anliegen der Befürworter des Smart-Factory-Prinzips ist die Nachhaltigkeit. Diese komm gleich auf zwei Wegen zum Tragen. Zum einen hilft der smarte Produktionsprozess dabei, Rohstoffe nahezu verlustfrei einzusetzen und sowohl Energie als auch Material zu sparen. Zum anderen schafft die ständige Überwachung der Lieferketten mehr Transparenz, sodass sich Herkunft und Qualität von Komponenten eines Produkts gut nachvollziehe lassen.
Flexibilität statt technologischer Abhängigkeit
Wenn von der Smart Factory gesprochen wird, steht meistens der sog. „digitale Zwilling“ im Fokus. Hierbei handelt es sich um ein virtuelles Abbild der realen Fabrik. Dieses digitale Abbild hat gleich mehrere Bedeutungsebenen. Es ist die Gesamtheit der vernetzten Maschinen und Anwendungen und zugleich dient es als Planungsmodell für die Organisation von Arbeitsabläufen und der Logistik – bis hin zur Modifikation der Einstellungen einzelner Maschinen. Eine bedeutende Eigenschaft smarter Fabriken ist jedoch, dass diese nicht an eine konkrete Technologie gebunden sind. Um in der schnelllebigen, digitalen Welt zu bestehen, müssen Produktionsstandorte so flexibel sein, dass einzelne Systemkomponenten problemlos ausgetauscht werden können. Neue Technologien sollten deshalb im Idealfall nahtlos in die bestehende Systemlandschaft integrierbar sein. Trotzdem sind aktuelle Entwürfe und reale Beispiele für Smart Factories stark von gewissen Technologien geprägt. Neben der KI nimmt die Radio-Frequency Identification (RFID) eine wichtige Rolle ein. Sie wird genutzt, damit Zulieferer, Abteilungen und Kunden möglichst unkompliziert Daten austauschen können. Die Frage, auf welchem Fundament das Datenmodell der Smart Factory von morgen steht, muss daher zwangsläufig unbeantwortet bleiben.