Innovationen

Smart Factory: So funktioniert die Fabrik der Zukunft

Die Smart Factory nimmt im Zuge fortschreitender Künstlicher Intelligenz immer konkretere Formen an. Sie bezeichnet eine Produktionsumgebung, die sich selbst organisiert.
24.04.2019
Menschen bewegen sich mit Tablets durch die Fertigungsstraßen, kontrollieren und optimieren Abläufe. Copyright: Fotolia / zapp2photo

Smart Factory: Eine Vielzahl von Vorteilen

Im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsverfahren und Fabriken bietet die Smart Factory eine Reihe von Vorteilen. Der wohl größte Vorteil dieser vollautomatisierten Fertigungen liegt in der weitgehend autonomen Funktionsweise – menschliche Eingriffe sind wesentlich seltener notwendig. Dadurch lässt sich die Produktion deutlich optimieren.

Computergesteuerte und per Internet verknüpfte Prozesse beschleunigen den Ausstoß und verkürzen die Reifezeit von Gütern. Nicht nur die Maschinen denken mit, sondern auch die Werkstücke auf dem Fließband. Jeder technische Bestandteil einer Smart Factory weiß, woher er kommt und wohin er geht. Er hat also praktisch ein Gedächtnis, in dem sein Auftraggeber und Kunde, aktueller Standort und seine nächste Station abgelegt sind. Der Clou: Alle Maschinen und ihre Produkte stehen miteinander in Kontakt und wissen, was sie wann, wie und wo zu tun haben.

Intelligente Fabrik verwaltet sich selbst

Das bringt allein im normalen Produktionsverlauf Vorteile. Erst recht aber, wenn der mal nicht rund läuft. In einem solchen Fall organisiert sich die Herstellung quasi neu und passt sich den Umständen flexibel an. Dann werden beispielsweise ausgefallene Apparate ignoriert und der Fertigungsprozess konzentriert sich auf intakte Anlagen. Oder die Reihenfolge von Arbeiten wird umgestellt – völlig selbst verwaltet und ohne eine zentrale Steuerung.

Die moderne Fertigung erlaubt auch etwas, das früher selten, teuer oder überhaupt nicht möglich war: individuell hergestellte Ware nach Kundenwunsch. Das ist in traditionell organisierten Betrieben kaum umzusetzen. In einer Smart Factory aber schon.

Sie ist im Zuge der Industrie 4.0 ein Ziel des digitalen Wandels, der den deutschen Mittelstand vorantreibt. Zwar ist die vollständig automatisierte Fabrik längst noch kein Standard, allerdings setzen immer mehr Unternehmen auf smarte Maschinen und Künstliche Intelligenz in ihren Fabrikhallen.

Jede vierte Maschine ist smart

Anfang 2019 war bereits jede vierte Maschine in der deutschen Fertigungsindustrie mit dem Internet verbunden. In jedem zehnten Unternehmen ist sogar schon mehr als die Hälfte der Maschinen vernetzt, ergab eine repräsentative Befragung von Bitkom Research.

Ein entscheidender Faktor für die Entstehung smarter Fabriken ist die Weiterentwicklung der Künstlichen Intelligenz. Immerhin 12 Prozent der deutschen Industrieunternehmen nutzen heute bereits Künstliche Intelligenz im Kontext von Industrie 4.0. Seien es Roboter, die Aufgaben eigenständig erfüllen und ihr Wissen an andere Maschinen weitergeben, oder KI-Systeme, die Techniker bei Reparaturen anleiten.

Roboter arbeiten dank Künstlicher Intelligenz immer eigenständiger. Copyright: Fotolia / chiradech

Cyber-physische Systeme nehmen entscheidende Rolle ein

Die Kommunikation zwischen Maschinen und Produkten läuft über spezielle Funkstandards. Dabei muss der Austausch nicht auf eine Smart Factory allein beschränkt bleiben. So erlauben entsprechende Schnittstellen die Kooperation entfernter Standorte miteinander. Das erhöht die Effektivität hinsichtlich weiterer Verarbeitungsschritte.

Grundlage dafür sind Cyber-physische Systeme (CPS). Sie übernehmen die Vermittlung zwischen realen, also physischen sowie virtuellen (cyber) Elementen. Und deren Hardware muss ganz schön was aushalten. Schließlich ist sie in Produktionsprozessen zuweilen hohen Temperaturen oder Drücken ausgeliefert.

Damit dabei nichts kaputtgeht, kommen verschiedene Methoden zum Zug. So werden die elektronischen Bauteile beispielsweise direkt eingegossen oder während eines 3D-Druckverfahrens integriert. Neben den Werkstücken erhalten auch die Maschinen und sogar Transportbehälter Funk-, Prozessor- und Sensortechnik für den Datenaustausch im Internet of Things (IoT). Hier wird der kommende Mobilfunkstandard 5G neue Standards hinsichtlich Übertragungsgeschwindigkeit und -volumen setzen.

Der Mensch bleibt von Bedeutung

Noch sind weitere Grundlagenarbeit und wissenschaftliche Forschung zu leisten, bis die Smart Factory zum industriellen Alltag gehört. Eine entscheidende Zukunftsfrage wird dabei sein, wie und wo der Mensch in dieses digitale Miteinander der Hardware passt. Eine große Hürde auf dem Weg zur smarten Fabrik ist für die Unternehmen aktuell der Fachkräftemangel. Er hat sich in einem Maße verschärft, sodass Anfang 2019 in mehr als jedem zweiten Unternehmen der Einsatz von Industrie-4.0-Anwendungen an fehlendem Personal scheitert.

Denn die technische Ausstattung muss implementiert und überwacht werden. Schon jetzt bewegen sich viele Beschäftigte mit mobilen Endgeräten durch die Fertigungsstraßen, kontrollieren und optimieren dortige Abläufe. Das wird künftig noch intensiver geschehen. Ziel ist eine stärkere Vernetzung und Kommunikation mit Objekt- und Anlagendaten. Nach derzeitigem Stand bieten sich dafür vor allem Tablet-Computer an. Aber auch der Einsatz von Virtual Reality (VR) wird zunehmen. Sowohl bei der Planung und Konzeption einer Smart Factory als auch bei der Produktentwicklung. Die Ergebnisse finden mittels Computern direkt Eingang in die weiteren Prozesse.

Nicht zu vergessen: Die Arbeitszeit wird nicht mehr von starren Strukturen bestimmt. Stattdessen passt sie sich dem tatsächlichen Bedarf an. Die Mitarbeiter sprechen Ihre Einsätze miteinander ab und können ihre Freizeit flexibler gestalten.

Smarte Fabriken sind bereits Realität

Was für einige noch nach Science Fiction klingen mag, ist teilweise schon Realität. So haben Siemens und Audi bereits ihre eigene Vorstellung einer Smart Factory umgesetzt. BMW und Microsoft kündigten jüngst eine Smart-Factory-Plattform an, die Produktionsprozesse und die Entwicklung smarter Fabriken beschleunigen soll. Aber nicht nur die "Großen" treiben die Entwicklung voran. Auch Familienunternehmen wie Rittal, der weltweit führende Systemanbieter für Schaltschränke, Stromverteilung, Klimatisierung, IT-Infrastruktur sowie Software & Service, setzt in seinem neuen Werk in Hessen auf eine Smart Factory – die weltweit modernste Fertigung von Kompakt-Schaltschränken und Kleingehäusen.