Smart Factory: Die Fabrik der Zukunft

Was bedeutet Smart Factory für deutsche Industrieunternehmen? Immer mehr Firmen setzen Anwendungen der Industrie 4.0 ein oder planen, dies zu tun. (Quelle: Statista)

• State-of-the-Art-Informationstechnik zur Etablierung des Industrial Internet of Things (u.a. Sensoren, Prozessoren, Funktechnik, ggf. ein Campusnetz und Edge-Computing)
• Cyber-Physical-Systems (CPS)
• RFID-Chips, Bluetooth oder WLAN zur drahtlosen Kommunikation
• ein leistungsfähiges Gesamt-Datennetz (zum Beispiel mit 5G)
• Technologien zur Erfassung von Big Data
• Cloud-Computing-Services
• Überwachungs- und Steuerungssysteme (Embedded Systems)

• Monitoring-Funktion zur Fehleranalyse via Virtual Reality (unter möglicher Einbeziehung externer Sachverständiger)
• Bessere Planbarkeit und Zukunftsprognosen hinsichtlich neuer oder veränderter Produktionsabläufe
• Reduktion von Verzögerungen und Optimierung von Workflows zur Effizienz- und Qualitätssteigerung
• Simulation und Überwachung des Ressourcenverbrauchs
• Individuelle Anpassungen von Produktionsprozessen in Koordination mit externen Partner:innen und Kund:innen
• Schulungsinstrument für Mitarbeiter:innen

Was bedeutet Smart Factory in Verbindung mit Digital Twin?

1. Kostenersparnis: Die Cloud erspart hohe Anschaffungs- und Unterhaltskosten. In Anbetracht immer leistungsfähigerer Komponenten und Applikationen entfallen Investitionen in Hardware-Upgrades und Softwareupdates. Dank flexibel anpassbarer Lizenzmodelle sind die Betriebskosten für die Cloud und deren gehostete ERP-Systeme betriebswirtschaftlich leicht zu kalkulieren.
2. Flexibilität: Umfang und Leistung der in der Cloud gehosteten Systeme lassen sich jederzeit anpassen. Veränderungen erfordern wenig Vorplanung, sodass Unternehmen kurzfristig auf neue Entwicklungen oder Anforderungen von Kund:innen eingehen können.
3. Verfügbarkeit: Die Cloud ist für Mitarbeiter:innen eines Unternehmens jederzeit und von jedem Ort aus erreichbar. Im Zuge von Homeoffice und Remote Work ("New Work") sind VPN-Zugänge und die dezentrale Anbindung an die interne Netzwerkarchitektur häufig bereits obligatorisch. ERP-Systeme in der Cloud lassen sich hier üblicherweise problemlos integrieren.
4. Effizienz: Mit der Cloud steigt die Geschwindigkeit der Datenverarbeitung. Durch Edge-Computing und die Einbindung eines 5G-Campus-Netzes in eine Smart Factory sinken die Latenzen. Daten lassen sich dadurch in Echtzeit verarbeiteen, da sie in der Cloud gehostet werden.
5. Sicherheit: Viele Unternehmen fürchten um die Sicherheit der eigenen oder der Daten ihrer Kund:innen in der Cloud. Mithilfe spezialisierter Cloud-Anbieter lassen sich die Sicherheitsanforderungen je nach lokalem Standort anpassen und ersparen die Beschäftigung eigener Mitarbeiter:innen für diesen Zweck. Auch setzen sie datenschutzrechtliche Bestimmungen gemeinhin besser und schneller um, als diese in unternehmenseigene Systeme integriert werden müssen.
6. Administration: ERP-Systeme in der Cloud automatisieren administrative Aufgaben und entlasten so die unternehmenseigene IT-Abteilung. Dazu gehören beispielsweise das Ausrollen von Updates, die Datenbankverwaltung oder das Reporting. Unternehmenseigene Mitarbeiter:innen können sich somit darauf konzentrieren, die Geschäftsprozesse in den Cloud-Systemen abzubilden.

• Automatisierte Prozesse: Indem Big Data ausgewertet wird, entstehen sinnvoll vernetzte und voll automatisierte Abläufe. Dadurch entfallen Latenzen und Stillstandzeiten. Arbeitszeit kann besser genutzt werden.
• Höhere Produktivität: Aus den optimierten Prozessen heraus entsteht ein höherer Output bei gleichem Zeitaufwand.
• Geringere Fehleranfälligkeit (Predictive Maintenance): Mögliche Fehler oder ein unplanmäßig anstehender Reparaturbedarf sind im Vorfeld besser erkennbar.
• Bessere Verzahnung aller Fertigungsschritte: Weil alle Instanzen innerhalb der Fertigungskette permanent miteinander kommunizieren, können alle Produktionsschritte auch dann schnell wieder aufeinander abgestimmt werden, wenn es Ausfälle oder veränderte Taktzahlen gibt. So gibt es weniger halbfertige Produkte, was den Bedarf an Lagerkapazitäten und die Kapitalbindung reduziert.
• Niedrigere Produktionskosten: Bedarfsgerechte Ressourcenbeschaffung und kürzere Produktionszeiten resultieren in geringeren Kosten.
• Flexibilität und individuelle Produktion (ab Losgröße 1): Wenn der Bedarf innerhalb der automatisierten Prozesse optimal geplant wird, können Kleinstmengen zu gleichen Stückpreisen wie in der Masse produziert werden.
• Automatisierte Bestell- und Auslieferungsprozesse: Wenn Auftragseingang, Erfassung, Produktion und Lieferlogistik vernetzt sind, läuft ein Auftrag vollständig automatisiert und somit schneller ab.
• Schnellere Produktentwicklung und Markteinführung: Wenn Unternehmen Daten via Digital Twin leichter auswerten können, die im gesamten Prozess anfallen; und wenn sie Neuentwicklungen so simulieren können; dann können sie Produkte auch schneller entwickeln und auf den Markt bringen.
• Höhere Agilität: Smart Factories kommunizieren in Echtzeit mit Zulieferern, Logistikern und Abnehmern – und reagieren so zeitnah auf neue Bedarfe, veränderte Liefersituationen oder Störungen in den Lieferketten. Unternehmen können etwa schnell auf Preisschwankungen reagieren, indem sie diese Rohstoffe schnell ersetzen. Auch Vorschläge von Kund:innen oder Vetriebspartnern zu möglichen Produktverbesserungen werden noch in der laufenden Produktion zeitnah umgesetzt.
• Ressourcenschonung und Kostenersparnis: Unternehmen können teure Ressourcen schneller und ohne Ausfälle ersetzen – und energieaufwendige Produktionsschritte wie etwa Schmelzen und Sintern auf Tageszeiten mit niedrigen Energiekosten terminieren.
• Mehr Informationen: Unternehmen gewinnen in kurzer Zeit mehr Wissen über ihre Produkte und deren Produktionsvorgang, indem sie konstant Daten erheben und auswerten (Big Data).
• Nachhaltigkeit: Die Optimierung der Wertschöpfung führt zu geringerem Ressourcenverbrauch (Energie, Wasser) und weniger Emissionen.

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1. Sicherheit: Ein ganz entscheidender Aspekt bei der Errichtung einer Smart Factory ist die Sicherheit der vernetzten Firmeninfrastruktur sowie der im Rahmen von Big Data erhobenen Daten. Es muss gewährleistet sein, dass diese nach den jeweiligen datenschutzrechtlichen Bestimmungen des Standorts verarbeitet werden und gleichzeitig vor dem Zugriff durch Cyber-Kriminelle geschützt sind. Dafür ist die Beschäftigung interner Cyber-Security-Expert:innen empfehlenswert – und die Auslagerung von Daten zu spezialisierten Cloud-Anbietern.
2. Infrastruktur: Eine Produktionskette ist nicht von heute auf morgen automatisierbar. Teilprozesse sollten zunächst schrittweise und aufeinander abgestimmt digitalisiert werden, beispielsweise durch Cyber-Physical-Systems und Embedded Systems. Gleichzeitig muss eine leistungsfähige Netzinfrastruktur zur Etablierung des IIoT errichtet werden, die Big Data durch Cloud-Services und Edge Computing in Echtzeit verarbeiten kann – beispielsweise auf der Basis von 5G-Campus-Netzen.
3. Ausbildung: Obwohl die Produktion in einer Smart Factory vollständig automatisiert abläuft, steht der Mensch nach wie vor im Mittelpunkt: Denn ohne Mitarbeiter:innen, die die gesamte Infrastruktur überwachen, lassen sich Fehler nicht beheben. Gleichzeitig muss ein fortlaufender Optimierungsprozess gewährleistet sein, der bei flexiblen Auftragseingängen und zunehmender Individualfertigung Anpassungen ermöglicht.Auch die Bedienung von Cyber-Physical Systems oder die Abbildung von Prozessen durch einen Digital Twin benötigt entsprechend qualifizierte Mitarbeiter:innen. Die Anforderungen an die Fachkräfte steigen in der Smart Factory also erheblich. Eine angepasste Ausbildung sowie die ständige Weiterbildung aller Mitarbeiter:innen ermöglichen erst den erfolgreichen Betrieb einer (tatsächlich) schlauen Fabrik.