Smart Manufacturing: Definition, Ziele, Vorteile & Herausforderungen

Was bedeutet Smart Manufacturing bzw. Smart Production?

Unter dem Begriff „Smart Manufacturing“ wird das Konzept für eine intelligente, vollständig vernetzte Fertigung verstanden, bei der - wie bei der Industrie 4.0 – Technologien wie Big Data und das Internet der Dinge (IoT) genutzt werden. Oftmals werden die Begriffe Smart Manufacturing und Smart Production synonym verwendet, um das Konzept der intelligenten Fertigung und die damit verbundenen Chancen und Herausforderungen zu beschreiben.

Die entlang der Produktion eingesetzten Maschinen koordinieren beim Smart Manufacturing selbstständig alle Fertigungsprozesse und berücksichtigen dabei neben externen (Kunden- und Produktionsaufträge) auch interne Faktoren (Bestände und Verfügbarkeiten, Auslastung). Den Transport vom Lager zum Point of Fit und zurück übernehmen fahrerlose Transportsysteme, die sich ebenfalls selbstständig organisieren und bedarfsgerecht eingesetzt werden.

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Vorreiter für Smart Manufacturing ist die Automotive-Industrie, doch auch andere Industrien setzen zunehmend auf die schrittweise Umsetzung und die Digitalisierung der Produktion. Denn vor der tatsächlichen Realisierung einer smarten Fabrik steht zunächst ein digitales Modell, der sogenannte digitale Zwilling. Es handelt sich hierbei um eine Simulation, in der alle beteiligten Systeme, Komponenten und Aktoren digital abgebildet werden. So lassen sich Einfluss- und Störgrößen mit ihren Auswirkungen auf den Gesamtprozess nachvollziehen und Veränderungen, Anpassungen und stufenweise Optimierungen kontrolliert umsetzen, bevor diese tatsächlich in Form beispielsweise von Robotern realisiert werden.

Welche Ziele werden mit Smart Manufacturing verfolgt?

Hauptziel von Smart Manufacturing ist die dauerhafte Verbesserung von Produktionsprozessen. Konkret sollen alle produktionsrelevanten Prozesse im industriellen Umfeld schlanker, effizienter und sicherer gestaltet werden. Hierdurch sollen die Produktionszeiten verkürzt und gleichzeitig die Prozess- und Produktqualität erhöht werden. Im Idealfall führt die Umstellung auf Smart Manufacturing zu einer flexibleren Produktion, in der individuelle Kundenwünsche ohne Zeitverzögerung, ohne Umstellung der Produktionsabläufe und damit wirtschaftlich rentabel erfüllt werden können.

Bei einer konsequenten Umsetzung ist eine Losgröße von 1, also eine kundenindividuelle Einzelfertigung möglich und wird beispielsweise in der Automobilindustrie bereits erfolgreich umgesetzt.

Weitere Ziele sind die Absicherung von Produktionsprozessen, die Senkung von Kosten und die Schaffung von Wettbewerbsvorteilen durch eine stärkere Kundenorientierung, eine bessere Planbarkeit der Produktionskapazitäten und die Verringerung der Stückkosten.

Vorteile von Smart Manufacturing

Für Industrieunternehmen bietet die Umstellung auf Smart Manufacturing den Vorteil, dass sie ihre Prozesse hierdurch schlanker und effizienter gestalten können. Hierdurch werden die Kosten gesenkt und gleichzeitig die Qualität erhöht, da manuelle Eingriffe in die Produktionsabläufe nicht mehr nötig sind.

Sämtliche für die Produktion relevanten Informationen werden im Rahmen des Bestellprozesses erfasst und bis zur Auslieferung ausschließlich in digitaler Form verarbeitet, was Fehler oder Datenlücken ausschließt. Das ist insofern besonders wichtig, als dass der gesamte Produktionsprozess durch den Kundenauftrag angestoßen und abgeschlossen wird – mit allen davon abhängigen externen (Beschaffung, externe Produktion, etc.) und internen (Lagerhaltung, Transport, Produktion, Verpackung, etc.) Prozessen.

Auch wenn aktuell nicht in allen Industrien die kundenindividuelle Einzelfertigung sinnvoll oder gewünscht ist, bietet Smart Manufacturing dennoch die Chance, Produktionsprozesse neu aufzustellen und dabei stärker den Kunden mit seinen Wünschen und Erwartungen in den Mittelpunkt aller Aktivitäten zu stellen.

Hierdurch lassen sich Kosten (vor allem, aber nicht nur im Bereich Personal) dauerhaft reduzieren und gleichzeitig die eigene Marktposition stabilisieren und ausbauen. Zudem sorgt die Umstellung auf Industrie 4.0 und auf Smart Manufacturing für eine höhere Transparenz, was für die Kalkulation und Planung von großer Bedeutung ist.

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Herausforderungen von Smart Manufacturing

Die wohl größte Herausforderung bei der Einführung von Smart Manufacturing ist es, die Komplexität der Produktion vollständig zu erfassen und diese mit allen Abhängigkeiten in einem virtuellen Abbild – dem Digitalen Zwilling als Modell der Smart Factory – korrekt wiederzugeben. Dieses setzt die Verfügbarkeit der erforderlichen Technologien im Unternehmen voraus, was wiederum mit hohen Investitionen verbunden ist und genügend Zeit für die Modellierung und Umsetzung erfordert.

Eine weitere Herausforderung ist der rasante technologische Wandel, dem sich auch eine intelligente Produktion stellen muss. Dieser betrifft nicht nur die cyber-physischen Systeme, sondern auch Schnittstellen zu vor- und nachgelagerten Systemen, Protokolle und Standards. Diese müssen bei jeder Änderung neu aufeinander abgestimmt werden, was ein hohes Maß an Agilität voraussetzt.

Auch die Integration von älteren, nicht netzwerkfähigen Maschinen stellt oftmals eine große Herausforderung für Unternehmen dar, ebenso die Integration oder Migration von Standorten mit einer in die Jahre gekommenen IT-Umgebung.

Smart Manufacturing Technologien

Um effiziente Smart Manufacturing-Systeme aufzubauen und zu betreiben, müssen verschiedene technische Voraussetzungen beachtet und erfüllt werden. So sind etwa cyber-physische Systeme (CPS) in der Produktion erforderlich, die aus Softwarekomponenten, mechanischen und elektronischen Teilen gebildet werden. CPS kommunizieren selbstständig über eine geeignete Dateninfrastruktur (Internet) miteinander und regeln bzw. steuern sich gegenseitig, ohne dass manuelle Eingriffe durch den Menschen erforderlich sind.

CPS werden durch die Vernetzung von eingebetteten Systemen gebildet, die drahtgebunden oder drahtlos mit- und untereinander kommunizieren und Daten austauschen. Spezielle (Mini-)Computer übernehmen bei einem CPS Überwachungs-, Steuerungs- oder Regelfunktionen oder sind für die Daten- oder Signalverarbeitung zuständig, wobei diese oftmals keine eigene Benutzeroberfläche besitzen, sondern über Datenschnittstellen angesprochen werden.

Unabdingbar sind ebenfalls intelligente, flexibel agierende und reagierende Logistiksysteme sowie weitere Big Data-Technologien, die miteinander vernetzt sind und kontinuierlich Daten und Informationen austauschen können. Daher ist es für Smart Manufacturing Solutions unverzichtbar, dass eine leistungsfähige, moderne Informations- und Kommunikationstechnologie zur Verfügung steht, die einen kontinuierlichen Abgleich der einzelnen Produktionsbereiche mit den vor- und nachgelagerten Bereichen (Logistik, Beschaffung, Vertrieb, etc.) gewährleistet.

Fragen und Antworten

Was ist Smart Manufacturing?

Smart Manufacturing ist das technologische Konzept einer intelligenten, sich selbst organisierenden und regulierenden Fabrik, bei der die beteiligten Produktionssysteme und Maschinen über das Internet miteinander vernetzt sind. Es handelt sich bei Smart Manufacturing um eine Anwendung des Industrial Internet of Things (IIoT), das oftmals auch als Industrie 4.0 bezeichnet wird, bei der die Produktion vollständig digitalisiert und automatisiert wird.

Welche Vorteile bietet die Umstellung auf Smart Manufacturing?

  • Schlankere, effizientere und sichere Prozesse im industriellen Umfeld
  • Verkürzung der Produktionszeiten
  • Verringerung der Produktionskosten (Reduktion von Personal und Ausschuss)
  • Erhöhung der Prozess- und Produktqualität
  • Vergrößerung der Flexibilität in der Produktion
  • Erhöhung der Transparenz bei allen Produktionsprozessen

Welche technischen Voraussetzungen müssen beachtet und erfüllt werden?

Für eine erfolgreiche Nutzung von Smart Manufacturing müssen zahlreiche technische Systeme aufeinander abgestimmt werden und zusammenarbeiten:

  • Cyber-physische Systeme (CPS)
  • Eingebettete Systeme (embedded Systems) zur Überwachung und Steuerung
  • Big Data-Technologien
  • Smarte Produktions- und Logistiksysteme
  • Informations- und Kommunikationstechnologie
  • Cloud Computing
  • Drahtlose Kommunikationstechnik (z. B. RFID, Bluetooth, 5G)

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