Smart Factory: Definition, Anwendungsbeispiel, Vor- und Nachteile

Definition Smart Factory

Eine Smart Factory – oder auf Deutsch: intelligente Fabrik – wird heute immer noch oft als „Fabrik der Zukunft“ bezeichnet. Dabei zeigen zahlreiche Beispiele, dass die smarte Fabrik zumindest teilweise bereits heute Realität ist, ebenso wie die eng mit dem Smart Factory-Konzept verknüpfte Industrie 4.0 oder das Internet der Dinge. Der Begriff Smart Factory stammt aus der Fertigungstechnik und steht für eine „intelligente“, vernetzte, automatisierte und digitalisierte Produktion.

Durch den neuen 5G-Standard werden die technischen Voraussetzungen für eine sich selbst organisierende Produktionsumgebung geschaffen, in der der Mensch vor allem kontrolliert und überwacht, aber an immer weniger Stellen direkt am Produktionsprozess beteiligt ist. RFID, Industrieroboter, fahrerlose Transportsysteme, moderne Lager- und Fördertechnik, Drohnen und eine IT, die sämtliche Prozesse koordiniert, sind die Basis für erfolgreiches Smart Manufacturing. Menschen werden in der Zukunftsfabrik vor allem im Leitstand eingesetzt. Dort überwachen sie die gesamten Prozesse und Anlagen von einer zentralen Stelle aus.

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Ein Anwendungsbeispiel aus der Automobilindustrie

Automobilindustrie

Die Idee der Smart Factory wird in der Automobilindustrie bereits seit vielen Jahren aufgenommen und verfolgt.

Der Automobilhersteller Audi nahm etwa im September 2016 in Mexiko ein smartes Werk in Betrieb. Auf dem neuen Areal wird der Audi Q5 gefertigt, wozu nur noch 105 Mitarbeiter im Werk beschäftigt sind. Diese kommen aus unterschiedlichen Fachbereichen und überwachen die Produktionsabläufe aus der Vogelperspektive des P-Leitstandes.

An anderen Produktionsstandorten unterstützen Big Data, Künstliche Intelligenz und Augmented Reality die Produktentwickler ebenso wie die Werker an den Produktionsstraßen. Auch die weltweite Vernetzung aller Werke und Standorte macht die Produktion smarter. Sie verkürzt die Durchlaufzeiten und hilft dabei, Fehler zu vermeiden und ein hohes Qualitätsniveau sicherzustellen.

Andere Automobilhersteller haben die Vorteile von Industrie 4.0, Internet der Dinge und vernetzter Produktion ebenfalls erkannt: Bei einer aktuellen Studie aus dem Jahr 2020 wurden 100 Führungskräfte von großen Automobilherstellern und Zulieferern aus elf Ländern mit einem Jahresumsatz von über einer Milliarde US-Dollar befragt. 98 von ihnen gaben an, bereits intelligente Fabriken zu betreiben. Allein in den letzten beiden Jahren wurden 30 Prozent der Fabriken in Smart Factories umgewandelt. Und in den kommenden fünf Jahren sollen weitere 44 Prozent der Fabriken smart werden.

 

Merkmale einer Smart Factory

In einer Smart Factory sind sämtliche Maschinen, Geräte und technischen Einrichtung miteinander verbunden und befinden sich in einem ständigen Daten- und Informationsaustausch. Mit Lieferanten, Kunden und anderen am Produktionsprozess beteiligten Akteuren werden ebenfalls kontinuierlich Daten ausgetauscht, etwa Bestellungen oder Meldungen.

Innerhalb der Smart Factory arbeiten die einzelnen Maschinen, Roboter und technischen Einrichtungen autonom und organisieren sich selber. Die Fertigungsprozesse sind im Idealfall vollständig automatisiert, ebenso viele Logistikprozesse (Lagerung, Kommissionierung, Bereitstellung). Die smarte Vernetzung der Fertigungsanlagen bietet den Vorteil, dass Produktionsprozesse schneller, schlanker und zuverlässiger absolviert werden. Zudem lässt sich die Produktion erheblich flexibler gestalten. So ist eine individualisierte Produktion sogar in hochkomplexen Produktionsabläufen möglich, zum Beispiel in der Automobilindustrie.

Die Fertigung von Kleinserien oder komplette Einzelfertigungen nach Kundenwunsch lassen sich in einer intelligent vernetzten und sich selbst organisierenden Fabrik einfacher, schneller und wirtschaftlicher umsetzen. Darum gilt die Smart Factory auch als Voraussetzung für eine kundenindividuelle Massenproduktion, wie sie unter anderem für die Automobilhersteller immer wichtiger wird.

Die wichtigsten Komponenten und Werkzeuge der Smart Factory

Um erfolgreich eine Smart Factory einzurichten und zu betreiben, sind in der Regel folgende Komponenten und Werkzeuge erforderlich:

  • Cyber Physical Systems (CPS)
  • Big Data-Technologie und -Infrastruktur
  • Cloud-Computing
  • Drahtlose Kommunikationstechnik (Bluetooth, RFID, WLAN, 5G)
  • Embedded Systems zur Überwachung, Steuerung, Regelung sowie zur Daten- und Signalverarbeitung

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Die Vorteile einer Smart Factory

  • Schlanke, stabile Prozesse
  • Erhöhung der Produktivität und der Effizienz generell
  • Größere Transparenz über die gesamte Liefer- und Produktionskette – von der Bestellung bis zur Auslieferung an den Kunden
  • Steigerung der Flexibilität in der Produktion und Ermöglichung der kundenindividuellen Massenproduktion
  • Dauerhafte Reduktion von Personalkosten durch eine deutliche Verringerung des Produktionspersonals
  • Geringere Fehlerquote durch automatisierte Produktionsprozesse
  • Ermöglichung einer vorausschauenden Instandhaltung, durch die Wartung und Austausch von Verschleißteilen besser geplant und ungeplante Ausfall- und Standzeiten reduziert werden können

Voraussetzungen und Herausforderungen einer Smart Factory

Um eine komplexe Produktion vollständig automatisieren zu können, sind erhebliche Vorleistungen und Investitionen erforderlich. Daher erfolgt die Umsetzung eines solchen Projektes im Regelfall schrittweise und kann sich je nach Komplexität der Anforderungen über Jahre hinziehen. In einem ersten Schritt werden einzelne Teilprozesse digitalisiert und technologisch unterstützt, beispielsweise durch den Einsatz von sogenannten Cyber Physical Systems. Das ist ein Verbund von mechanischen und elektronischen Teilen mit Softwarekomponenten, die über das Internet oder eine interne Daten- und Kommunikationsstruktur miteinander vernetzt sind und Daten austauschen.

Essenziell hierfür sind eingebettete Systeme (Embedded Systems). Das sind Computer oder Steuereinheiten, die in einen technischen Kontext (z. B. einen Roboterarm oder eine Maschine) eingebettet sind und die Technik überwachen, steuern, regeln oder die Daten- und Signalverarbeitung übernehmen. Damit das alles reibungslos funktioniert, müssen alle beteiligten Komponenten sowie die Arbeitsprozesse sehr exakt aufeinander abgestimmt werden. Dieses setzt eine sehr genaue Planung und eine ausreichende zeitliche Perspektive für die Umsetzung voraus und erfordert zudem erhebliche finanzielle und organisatorische Investitionen.

Fragen und Antworten

Was ist eine Smart Factory?

Eine Smart Factory ist eine sich selbst organisierende Produktionsumgebung aus Fertigungsanlagen und Logistiksystemen mit einem hohen oder maximalen Automatisierungsgrad. Sämtliche Produktionsanlagen sind mit anderen für die Produktion relevanten Systemen vernetzt und werden durch KI- und Big Data-Anwendungen gesteuert und geregelt.

Welche Vorteile bietet die intelligente Fabrik ?

Die intelligente Fabrik oder Industrie 4.0 bietet vor allem Vorteile für große, international agierende Konzerne, z. B. Automobilhersteller. Diese können mit dem Prinzip der Smart Factory einerseits ihre Kosten – vor allem die Personalkosten – dauerhaft reduzieren und gleichzeitig flexibler und schneller auf Kundenwünsche reagieren. Zudem gewährleistet die Automatisierung von Produktionsprozessen eine stabile Produktqualität, weil menschliche Fehler weitgehend ausgeschlossen werden. Das reduziert die Kosten für Ausschuss und ebenso die damit verbundenen Folgekosten, etwa für Produktrückrufe und Schadenersatz.

Was sind dabei die Voraussetzungen und Herausforderungen?

Für die Einrichtung und Nutzung einer Smart Factory sind sehr hohe technische Hürden zu überwinden. Sämtliche Entwicklungs-, Logistik- und Produktionssysteme müssen miteinander vernetzt werden und dann permanent in Echtzeit Daten austauschen. Das ist im Vergleich zur klassischen manuellen oder teilautomatisierten Produktion mit höheren Investitionen und einer deutlich längeren Planungs- und Realisierungsphase verbunden.

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