Wie der Bauplan für die Fabrik der Zukunft aussieht

Maschinen, die mit Bauteilen kommunizieren, Menschen, die Hand in Hand mit Robotern zusammenarbeiten und automatisierte Versorgungsprozesse, die sich selbständig koordinieren – die digitalen Technologien in der Smart Factory bieten zahlreiche Ansatzpunkte zur Optimierung der Produktionssysteme im Hinblick auf Effizienzsteigerung, Qualitätssicherung oder Produkt-Individualisierung.

Im Zentrum steht dabei immer der richtige Umgang mit Daten und Wissen entlang des gesamten Wertstroms vom Lieferanten, über die Materialvorbereitung, Montage und Verpackung bis hin zum Kunden. Verschiedene Industrie 4.0-Elemente unterstützen dabei den optimalen Material- und Informationsfluss in der digitalen Fabrik.

ROI-Experte Prof. Werner Bick führt mit der ROI Smart Factory Map durch die wichtigsten Stationen:

• Station 1: Assistenzsysteme

Der Mensch steht auch in der digitalen Fabrik weiterhin im Zentrum der Wertschöpfung. Um ihn besonders bei physisch anspruchsvollen oder komplexen Tätigkeiten zu unterstützen, können eine Reihe von Assistenzsystemen eingesetzt werden. Dies erfolgt auf physischer Ebene beispielsweise durch teilautonome oder autonome Transport- und Robotik-Systeme. Auf Informations-Ebene durch vernetzte digitale Lösungen wie Apps, Factory Clouds oder Augmented Reality-Anwendungen wie Smart Glasses.

• Station 2: Dezentrale Organisation

Je intelligenter die einzelnen Elemente der digitalen Fabrik werden (Stichwort Edge Computing), desto weiter schreitet die Auflösung der hierarchischen, pyramidalen Struktur zugunsten eines am Wertschöpfungsprozess ausgerichteten Netzwerks voran. Diese Verschiebung der Intelligenz auf Geräteebene reduziert den Steuerungsaufwand und erlaubt eine weitgehend autonome Koordination der einzelnen Netzwerkelemente. Die Basis dafür bilden der Einsatz von M2M-, RFID- oder Smart-OTS-Technologien sowie die Ausstattung der Maschinen, Werkstücke und Produktionsräume mit Sensorik.

• Station 3: Echtzeitbasierte Produktionskontrolle

Die Kontrolle von Produktions- und Qualitätsdaten in Echtzeit (Real Time Production Control und Real Time Quality Control) ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der zentralen Prozessparameter und deren Abgleich mit Sollwerten. Dadurch können Probleme im Fertigungsprozess unmittelbar erkannt und Gegenmaßnahmen ergriffen werden, was z. B. zur signifikanten Reduktion von Ausschuss, Senkung der Qualitätskosten und der Vermeidung von Maschinenschäden führt.

• Station 4: Predictive Maintenance

Die vorausschauende Wartung ist eine der zentralen Anwendungen der Industrie 4.0. Durch die Kombination von statistischen Prognosemodellen mit den aus Sensoren gewonnen Daten lassen sich die Kosten für Wartung und Instandhaltung dramatisch senken lassen, weil sie genau dann stattfinden, wenn sie tatsächlich benötigt werden. Darüber hinaus erlaubt die Analyse von Betriebsdaten und Belastungsszenarien eine optimale Allokation der Produktionsressourcen und die Vermeidung von Leerlauf oder Überlastung. Gleichzeitig sind Predictive Maintenance-Ansätze mit Condition Monitoring-Systemen zur permanenten Überwachung besonders kritischer Elemente kombinierbar, was eine hohe Verfügbarkeit der Maschinen bei signifikant sinkenden Kosten erlaubt.

• Station 5: Big Data

Die Sensorik in der Smart Factory sorgt für einen ständigen Strom an Daten während des Fertigungsprozesses. Um diese immensen Datenmengen im Sinne einer „intelligenten“ Fabrik nutzbar zu machen, bedarf es einer langfristig orientierten Big Data-Strategie zur Implementierung sowie Vernetzung von Industrie 4.0- / IoT-Technologien und Prozessen. Nur wer diese Datenmengen beherrscht und steuert, kann die Verfügbarkeit darauf aufbauender Services gewährleisten und die Qualität der Entscheidungsprozesse verbessern.

• Station 6: Digital Twin

Mit dem digitalen Zwilling verschwimmen die Grenzen zwischen physischen und digitalen Prozessen in der Smart Factory. Denn die virtuellen Modelle bilden physische Objekte und Prozesse vollständig in Echtzeit ab und erlauben dadurch präzise Vorhersagen über Performance, Schwachstellen, Materialermüdung oder sonstige Risiken im Produkt oder im Prozess. Die so gewonnene Transparenz reicht über die Fabrikgrenzen hinaus, so dass auch Zulieferer und Kunden in Echtzeit eingebunden werden und die Wertschöpfungskette im Hinblick auf Strukturen, Prozesse und Ressourcen ganzheitlich optimiert werden kann.

• Station 7: Digitales Shopfloor Management

Digitales Shopfloor Management hebt das „Führen vor Ort“ auf eine neue Ebene. Die Industrie 4.0-Elemente der Smart Factory ermöglichen eine Steuerung der Prozesse vor Ort in Echtzeit. Kernelement ist eine durchgängige Visualisierung der aktuellen KPIs und möglicher Abweichungen. Darüber hinaus werden die Mitarbeiter durch ein durchgängiges Störungs- und Maßnahmenmanagement sowie eine digitale Problemanalyse unterstützt. Dies führt letztendlich zu einer deutlichen Beschleunigung der Problemlösungsgeschwindigkeit und -qualität auf dem Shopfloor und somit zu deutlichen Verbesserungen bei OEE und Qualität.