Smart Factory

„Smart“ als universeller Begriff für intelligente oder zumindest intelligenzähnliche Funktionen von Objekten wird vielfach verwendet, allerdings meist unspezifisch und im konkreten Fall erklärungsbedürftig. Im Verwendungskontext „Smart Factory“ (Intelligente Fabrik) meint er eine hochgradig autonome Produktion, die transparent, selbstorganisiert und (nahezu) ohne menschliche Eingriffe funktioniert.

Die Grundlage für eine „Smart Factory“ sind „cyber-physische Systeme“, die miteinander kommunizieren, in der Regel durch das „Internet der Dinge“. Mit „cyber-physischen Systemen“ sind reale Objekte gemeint, die eine „digitale Identität“ haben - also Informationen über die Eigenschaften und ggf. Services und Bedürfnisse des Objektes in sich tragen und diese aktiv kommunizieren können. Mit „Internet der Dinge“ ist die Kommunikationsinfrastruktur der Objekte untereinander gemeint. Durch diese Kommunikation werden Produkte, Maschinen und andere Ressourcen in die Lage versetzt, sich basierend auf Vorgaben, Regeln und Praxiserfahrungen miteinander zu koordinieren. Das Ergebnis ist die rechnerisch optimale Auslastung von Produktionsressourcen auf Basis transparenter Informationen. Eine stetig wachsende Menge der dafür verarbeiteten Daten – nicht nur aus der Produktion, sondern auch Umwelt- und Marktdaten etc. – ermöglicht Künstlicher Intelligenz eine kontinuierliche Effizienzsteigerung bis hin zu transparenten Empfehlungen zur weiteren Optimierung der Produktion (Engpassbeseitigung, Kapazitätsausnutzung, Erweiterung-/Reduzierung der Infrastruktur, kooperative Produktion).

Erste Anwendungsbeispiele intelligenter Fabriken, die über reine Automatisierung hinaus gehen, sind etwa dezentral gesteuerte Produktionsanlagen, bei denen mittels RFID-Technologie die drahtlose Kommunikation zwischen dem entstehenden Produkt und der Produktionsmaschinen erfolgt. Bei der entsprechenden Demonstrationsanlage des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Hamburg sind auf dem Produktträger die notwendigen Informationen für die gewollten Eigenschaften des Produktes gespeichert. Der Produktträger meldet jeder Maschine per RFID, welchen Produktionsschritt sie für das Produkt durchführen soll. Die Maschine meldet anschließend den Bearbeitungserfolg zurück an den Produktträger, wo dieser im RFID-Chip gespeichert wird. Durch diese dezentrale Steuerung wird es ermöglicht, bei durchgehend laufender Produktion Losgröße 1 zu fertigen, ohne Abstriche bei der Anlageneffizienz zu machen. Zusätzlich könnten die Produktionsschritte auch beliebig auf verteilte Anlagen aufgeteilt werden, weil die Informationen zum „Bearbeitungsbedürfnis“ und der aktuelle „Bearbeitungsstand“ mit dem Produkt zusammen transportiert werden.

Es ist auch möglich, Smarte Komponenten und Anwendungen in eine bereits bestehende Produktion einzubauen. Das beginnt häufig mit einer Bestandsaufnahme hinsichtlich der bereits verfügbaren Maschinensignale und der Überlegung, welche Informationen bereits aus den vorhandenen Daten gewonnen werden können. In einem weiteren Schritt können Bestandsmaschinen mit zusätzlichen Komponenten und Schnittstellen nachgerüstet werden (Retrofitting), um weitere Daten zu erheben (etwa über zusätzliche Sensoren) oder komplexere Kommunikation zu ermöglichen. Erste Ziele dabei können zum Beispiel die Steigerung der Effizienz, die Verbesserung der Kapazitätsplanung und die Visualisierung der Produktionsauslastung sein.
In Zukunft werden totalvernetzte Produktionsnetzwerke möglich sein, die sich über Standort- und Unternehmensgrenzen hinweg vollautomatisch austauschen und Produktionsaufträge – inklusive der Logistiksteuerung – optimal verteilen.

Die „Smart Factory“ wird dabei Teil einer Wertschöpfungskette sein können, die vom Zeitpunkt der Bestellung eines individuell konfigurierten Produktes bis hin zur Auslieferung beim Kunden ohne menschliche Eingriffe auskommt.

Digitale Datenerfassung und -auswertung zur Optimierung der Produktion bietet große Chancen zur Effizienzsteigerung und Erhöhung der Agilität. Intelligente Fabriken können zudem zahlreiche Produktionsschritte, die aktuell vom Menschen durchgeführt werden, durch die Erhöhung des Automationsgrades und den Einsatz neuer Robotiktechnologien ersetzen.  Damit können tendenziell Fehlerquellen reduziert und die Resilienz der Produktion gesteigert werden.
Durch „Smart Factories“ entstehen allerdings auch neue Risiken, zum Beispiel im Bereich der Datensicherheit. Solche Fabriken sind auf hohe Datenqualität, -integrität und -durchgängigkeit angewiesen. Die Möglichkeiten zur Manipulation der Produktion würden sich ändern und Präventionsprioritäten würden sich verschieben.

Dieser Artikel wurde vom Team des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Hamburg erstellt.