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Smart Factory

Der Begriff Smart Factory oder "intelligente Fabrik" wird als Herzstück der Industrie 4.0 verortet und ist aufzufassen als Durchführung von industriellen Produktionsprozessen mithilfe hochentwickelter Informations- und Kommunikationstechnologien. Es geht grundsätzlich um das Vorantreiben der gegenwärtigen Industrie, um den Push in die Zukunft. Zuerst vorgestellt wurde der Begriff 2011 auf der Hannover Messe und seitdem hat er sowohl in der wissenschaftlichen Diskussion als auch in der Politik und in der Gesellschaft viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen [1].

Aber was genau ist eine Smart Factory? Was macht eine Fabrik zu einer intelligenten Fabrik? Worin liegen der Mehrwert und die Vorteile?

In einer Smart Factory sollen sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme weitestgehend selbst organisieren und autonom ohne menschliche Eingriffe arbeiten. Ziel ist es, dass Fabrikabläufe selbstständig und automatisiert ablaufen. Damit solche industriellen Prozesse selbstständig ablaufen können, müssen die einzelnen Maschinen, Anlagen und ggf. weiteren Infrastrukturen miteinander vernetzt sein, sprich miteinander kommunizieren können. Die Grundlage für diese Vernetzung und Kommunikation bietet das Internet der Dinge [2]. Durch den Einsatz der neuen Technologien, wie leistungsfähige Informations- und Kommunikationstechnik, Handling von Big Data, Cloud und Künstlicher Intelligenz (KI), wird die Fabrik "intelligent".

Der Einsatz dieser neuen datengetriebenen Technologien und die angestrebte Autonomie der Fabrik, hat eine Steigerung der Flexibilität, Schnelligkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit zur Folge. Die einst "passiven" Bestandteile der Produktion werden zu kommunizierenden, aktiven Bestandteilen [3]. Die Fabrik wird digitalisiert, Werkzeuge, Maschinen und Lagersysteme werden zu cyberphysischen Systemen. Sie bekommen Sensoren, Aktoren und Prozessoren. Theoretisch kann auch einem Fachkräftemangel entgegengewirkt werden. Menschen werden dabei nicht wegtechnologisiert. Auch wenn das Ziel ist, Fertigungsprozesse weitestgehend eigenständig und automatisiert ablaufen zu lassen, übernimmt der Mensch die Aufgabe der Kontrolle und der Optimierung. Innovationen werden weiterhin menschliches Genie benötigen.

Ist also Smart Factory die Fabrik von morgen? An Hochschulen und Forschungseinrichtungen wird an der Smart Factory im Rahmen sogenannter Modellfabriken geforscht. Auch digitale Zwillinge (Digital Twins - mehr dazu in unserem nächsten Blog, stay tuned) sind im Grunde Modellfabriken. Es sind digitale bzw. virtuelle Abbilder, aufgebaut aus Daten und Algorithmen, die Vorhersagen und Analysen der tatsächlichen Produktion liefern. So können beispielsweise Abweichungen und Fehler bereits durch Vorabberechnungen identifiziert und behandelt werden. Oft wird bei solchen Modellfabriken auch Virtuelle Realität (VR) erprobt, die Arbeitern in Echtzeit Nähe zu den Prozessen liefert.

Daten sind ein wichtiges Gut und ein essentieller Bestandteil für jede Smart Factory. Denn gerade durch die Auswertung von Daten können bestehende Prozesse besser erfasst und mit neuen Erkenntnissen angereichert werden. Damit ist Datenverarbeitung der Schlüssel zur smarten Fabrik. Vorausschauende Analysen oder Predictions über Produktionszustände und -vorgänge sind angestrebte Informationszusätze. Sie können entweder über statistische Erhebungen gewonnen werden oder mittels der Methoden des maschinellen Lernens (ML).
Beispiele für solche Vorhersagen mithilfe von KI bzw. ML sind Maschinenausfälle, Verzug in den Vorgängen, Mängel in der Qualität oder mögliche Wartungsbedürfnisse. So können unnötige Stillstände vermieden, Wartungsintervalle optimiert und Liefertreue der Produktion gewährleistet werden.

Smart Factory ist das große Ziel in der Produktion. Man verbindet damit eine neue Art der Arbeit (Arbeit 4.0) in einer Fabrik, die sich künftig selbst organisiert und verbessert. Daten und deren Analysen begleiten uns auf dem Weg dorthin und helfen bei der Optimierung. Fest steht, dass die Smart Factory vom Zukunftsprojekt zur Wirklichkeit geworden ist. Produktionsprozesse laufen schon heute in vielen Bereichen ohne Menschen ab und durch Innovation und Digitalisierung kann dies noch weiter vorangetrieben werden. Also bleiben wir dran!

Quellen
[1] Steven, Marion; Dörseln, Jan Niklas (Hrsg.): Smart Factory. Einsatzfaktoren - Technologie - Produkte. Stuttgart 2020.
[2] Pistorius, Johannes: Industrie 4.0 – Schlüsseltechnologien für die Produktion. Grundlagen - Potenziale - Anwendungen. Wiesbaden 2020.
[3] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (2020): FAQ Industrie 4.0. Abgerufen am 05. Oktober 2020, von https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/FAQ/Industrie-40/faq-industrie-4-0-03.html.