Branchenvorstellung: Smart Factory

Die Smart Factory ist eine intelligente Fabrik. Der Begriff wurde erstmals für die Fertigungstechnik eingeführt und beschreibt eine Hightech-Strategie, welche die deutsche Bundesregierung im Rahmen der Industrie 4.0 fördert. Es geht um eine Produktionsumgebung mit Fertigungsanlagen und Logistiksystemen, die sich weitestgehend ohne menschlichen Eingriff selbst organisieren. Auch Unternehmen haben sich auf die Smart Factory Beratung und Weiterbildung spezialisiert und unterstützen produzierende Unternehmen dabei diesen Wandel optimal zu nutzen.

Möglichkeiten und Merkmale der Smart Factory

Vernetzte Produktionssysteme, die in dynamische Engineering- und Business-Prozesse eingebettet sind, können sehr viel rentabler Halbzeuge und Endprodukte herstellen – und das auch bei sehr kleinen Stückzahlen bis zur Losgröße 1. Dabei ist es zusätzlich möglich, individuelle Kundenwünsche genaustens zu berücksichtigen. Um eine Smart Factory zu realisieren, bedarf es cyber-physischer Systeme, die online miteinander kommunizieren (IoT = Internet of Things). Selbst Halbzeuge und Werkstücke kommunizieren mit der Fertigungsanlage, indem sie beispielsweise mittels RFID-Chip ihre Fertigungsinformationen liefern, welche die Fertigungsanlage auslesen kann. Diese Daten steuern ihren Weg durch die Produktionsstätte mit den einzelnen Fertigungsschritten. Die wichtigsten Merkmale einer Smart Factory sind:

  • Verschiedenen Komponenten mit Relevanz für die Fertigungsleistungen sind intelligent untereinander vernetzt. Es gibt eine interne und eine externe Vernetzung – Letztere kommuniziert auch mit einer anderen Smart Factory beispielsweise eines Zulieferers.
  • Die Produktion ist individualisiert. Produktionsabläufe lassen sich flexibel modellieren. Dadurch können Kleinserien, Prototypen und Individualprodukte in einem Kostenrahmen produziert werden, der vorher nur durch Massenproduktion möglich war. Diese sogenannte Customization (Anpassung an Kundenwünsche) schafft einen sehr großen Mehrwert.
  • Big-Data-Technologien und embedded Systems steuern und überwachen die Smart Factory und ihren Produktionsprozess.
  • Die meisten Services erfolgen durch Cloud Computing, was die interne Hardware entlastet.
  • Es werden überwiegend drahtlose Kommunikationstechniken zwischen Werkstück und Fertigungsanlage genutzt. Die Favoriten sind mit Stand 2019 RFID und Bluetooth, mit weiteren Technologien wird derzeit experimentiert.

Die Rolle der cyber-physischen Systeme

In der Smart Factory vermitteln cyber-physische Systeme (etwa die RFID-Chips) zwischen den realen und den virtuellen Komponenten. Als Schnittstelle zwischen Produktionsanlage (Hardware) und intelligenter Steuerung per Software sind sie hohen physischen Belastungen ausgesetzt. Dennoch muss ihre Sensor-, Funk- und Prozessortechnik auch unter Hitze, Kälte, Staub, Nässe und Vibration funktionieren. Das ist ein Grund dafür, dass RFID-Chips sich schon seit vielen Jahrzehnten halten, es gibt sie immerhin seit den 1940er Jahren. Sie halten solchen Belastungen stand und funktionieren dennoch zuverlässig.

Big Data Umfeld der Smart Factory

In einer Smart Factory werden riesige Datenmengen verarbeitet. Hierzu sind Big Data Technologien erforderlich. Die großen Datenmengen sind zunächst meist unstrukturiert. Sie müssen verarbeitet und gespeichert werden. Hierzu benötigt die Smart Factory eine sehr leistungsfähige IT, die für eine performante Datenverarbeitung mit kurzen Zugriffszeiten sorgt.

Welche Rolle spielt der Mensch in einer Smart Factory?

Menschen programmieren und überwachen eine Smart Factory, sie müssen aber nicht mehr aktiv in den Fertigungsprozess eingreifen. In günstigen Fällen organisiert sich dieser selbst, manchmal sind auch Optimierungen erforderlich. Zum grundlegenden Design einer Smart Factory gehört auch die Abstimmung von Schnittstellen mit externen Systemen, also vornehmlich denen anderer smarter Fabriken, welche Programmierer vornehmen müssen. Ein wichtiges Arbeitsmittel für Beschäftigte in einer Smart Factory ist VR (Virtual Reality). Damit können sie ohne physischen Kontakt auf die Systeme einwirken.

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