Smart Factory ist eines der wichtigsten Konzepte der Industrie 4.0. Eine Smart Factory in idealer Form ist eine sich selbst organisierende Produktions- und Fertigungsumgebung, die mit geringem oder ganz ohne menschlichen Eingriff auskommt. Zu den Vorteilen gehören optimierte Produktionsprozesse bei sinkenden Fertigungskosten. Die Implementierung erfordert nicht nur technische Anpassungen, sondern auch eine durchdachte Kommunikation des neuen Konzepts in Ihrem Unternehmen.

Smart Factory: Begriff und Überblick

Grundsätzlich lässt sich unter der Smart Factory eine intelligente Fertigungsumgebung verstehen. Im Idealfall organisiert sich die Fertigungsumgebung selbst, sodass der menschliche Eingriff auf ein Minimum reduziert wird. Die wesentlichen Merkmale der Smart Factory sind cyber-physische Komponenten (Cyber Physical Systems) sowie eine intelligente Vernetzung der Bausteine untereinander. Die Produktionsumgebung beinhaltet unter anderem Fertigungsanlagen sowie die Logistiksysteme. Dank der smarten Vernetzungs-Logik können die Produkte selbst die für die Fertigung erforderlichen Informationen an die Smart Factory weiterleiten.

Was die Smart Factory kann: Merkmale und Werkzeuge

Die wesentliche Eigenschaft der Smart Factory besteht im autonomen Informationsaustausch zwischen den Fertigungs-Komponenten. Das Produkt steuert den Fertigungsprozess selbst mittels der weitergeleiteten Fertigungsinformationen. Voraussetzung hierfür ist eine komplexe Vernetzung der Komponenten innerhalb der gesamten Fertigungsanlage.

Grundsätzlich lassen sich in diesem Zusammenhang die interne sowie die externe Vernetzung unterscheiden. Gegenstand der externen Vernetzung ist die Kommunikation einer Smart Factory mit einer anderen smarten Fabrik oder externen Zulieferern, Lieferanten oder Rohstoffhändlern. In der internen Vernetzung geht es um die Integration aller beteiligten internen Komponenten des Produktionsprozesses.

Eine weitere wesentliche Eigenschaft der smarten Fertigung ist die Möglichkeit der Individual-Produktion zu geringen Kosten. In diesem Zusammenhang ist oft von Mass Customization die Rede, also von kundenindividueller Massenfertigung. Die smarte Vernetzung trägt dazu bei, dass Produktionsabläufe schnell und individuell modellierbar sind. Sie lassen sich flexibel an verschiedene (Kunden-)Anforderungen anpassen. Dadurch ermöglicht die smarte Fertigung die Herstellung von Kleinserien in einem überschaubaren Kostenrahmen. Die smarte Automation ermöglicht die Realisation von Individualprodukten zu Konditionen, die bei herkömmlicher Fertigung nur durch Massenproduktion umsetzbar sind. Durch intelligenten Austausch von Daten über beispielsweise Abmessungen, Funktionen und Menge eines Produkts findet die Produktionsumgebung autonom die hierfür optimalen Fertigungsprozesse. 

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Zu den eingesetzten Werkzeugen der Smart Factory gehören CPS (Cyber Physical Systems). Diese sind zuständig für die Vermittlung zwischen den virtuellen und den realen Komponenten. Die cyber-physischen Systeme stellen somit eine Schnittstelle zwischen der Produktions-Hardware und den smarten Systemen dar. Der Datenaustausch dieser Systeme basiert auf Sensoren, Prozessoren und Funktechnik. Von wachsender Bedeutung sind drahtlose Kommunikations-Technologien, darunter LoRa WLAN und Bluetooth. Immer häufiger wird zudem RFID (Radio Frequency Identification Devices) eingesetzt, was wiederum die Datenmenge drastisch erhöht.

Beim Datenaustausch sind enorme Datenmengen zu bewältigen (Stichwort: Big Data). Aus diesem Grund kommen bei Smart Factorys mehrere Big-Data-Technologien sowie große Speicher-Lösungen (etwa durch Cloud-Computing) zum Einsatz. Eine der Herausforderungen besteht im Umgang mit unstrukturierten Datenmengen, die zu speichern, zu strukturieren und zu verarbeiten sind. 

Ein weiteres wichtiges Tool einer smarten Fertigung sind embedded Systems (eingebettete Systeme). Diese dienen der Überwachung und Steuerung der Smart Factorys sowie des gesamten Fertigungsprozesses. 

Vorteile und Stärken

Zu den wesentlichen Vorzügen der Smart Factory im Vergleich zur konventionellen Fertigung gehören in erster Linie die Zeit- und Kostenersparnis. Dank selbst-organisierter Prozesse ist die Fertigung schlanker. Die Produktionszeiten werden kürzer. Es fallen geringere Produktionskosten an. 

Dies macht sich insbesondere bei der Herstellung individueller Produkte bemerkbar. Kundenindividuelle Wünsche lassen sich zum Preisniveau der Massenproduktion realisieren. Ebenso lassen sich Innovationen schneller umsetzen und die Markteinführungszeiten dieser neuen Produkte verkürzen. Damit können Unternehmen ebenso flexibler und schneller auf neue oder sich ändernde Kundenanforderungen reagieren. Auch an die Schwankungen des Marktes und der Nachfrage können Unternehmen sich schneller anpassen, wenn sie auf Smart Factorys setzen. Dank der effizienten Vernetzung profitieren Sie weiterhin von einer transparenteren Lieferkette. 

Implementierung: der Übergang herkömmlicher Fabrikation zur Smart Factory

Eine wesentliche Voraussetzung der Smart Factory ist die durchdachte Verarbeitung sehr großer Datenmengen. Sie sind in Echtzeit bereitzustellen, zu sammeln, zu analysieren und zu verknüpfen. Dies bedarf einer funktionierenden daten- und produktionstechnischen Infrastruktur. Maschinen und IT-Systeme sind auf den neuesten Stand zu bringen und gegebenenfalls neue Technologien zu etablieren. Ohne IoT-fähige Geräte (Internet of Things) ist eine smarte Fertigungsanlage kaum realisierbar. Als Schnittstelle zwischen physischen und digitalen Bausteinen ist IoT eine Grundvoraussetzung der Smart Factory. Ältere Maschinen lassen sich gegebenenfalls noch auf IoT umrüsten, andernfalls ist ein Austausch angezeigt. 

Im Zusammenhang mit der Industrie 4.0 geht es um eine geschickte Verbindung der neuen Technologien mit den am Arbeitsprozess beteiligten Menschen. Die Herausforderung liegt daher nicht nur im technischen, sondern auch im kommunikativen Bereich. Für Verantwortliche, Geschäftsführer oder Projektmanager bedeutet dies, dass sie die Smart-Factory-Initiative gegenüber Mitarbeitern, Kunden, Investoren und Geschäftspartnern vermitteln müssen. Hierfür bietet sich der Ansatz „Business First“ an. Der konkrete Geschäftsnutzen der Smart Factory steht im Vordergrund, beispielsweise die Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit oder die Steigerung der Ergebnisse.