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Hard- & Software, vernetzt

Mensch-Maschinen-Gezwitscher

In der Fabrik der Zukunft koordinieren intelligente Maschinen selbstständig Produktionsprozesse. Alles ist mit allem vernetzt. Gerade kleinen und mittleren Fertigungsunternehmen bietet die Smart Factory neue Chancen.

Beim Bodenreinigungsspezialisten Kärcher in Winnenden können sich Kunden ihre Scheuersaugmaschinen B 40 und B 60 individuell zusammenstellen, so wie es beim Autokauf längst üblich ist. Für Kärcher war die Umstellung seiner Fertigung unter dem Namen „Floor Care Zukunft“ ein wegweisender Schritt, denn die Zeit der Massenproduktion ist vorbei. Gefragt werden zunehmend individuelle Produkte bei immer kürzeren Produktzyklen – und diese müssen sich auch in Kleinstmengen bis zur Losgröße 1, bei dem ein einziges Gerät die Produktion komplett als geschlossener Posten durchläuft, rentabel herstellen lassen. Mit dem Einsatz neuer und vernetzter Technologien ist es Kärcher gelungen, neue Produktionsabläufe und -systeme einzuführen, um schnell auf sich verändernde Anforderungen zu reagieren und seine Produktion zu optimieren.

» In der smarten Fabrik werden Maschinen und Anlagen mithilfe von Software so vernetzt, dass sie intelligent miteinander kommunizieren und Arbeitsschritte aufeinander abstimmen.« Mario Zillmann, Lünendonk

Heute sind je nach Kundenwunsch 40.000 Varianten der Scheuersaugmaschinen bei geringeren Durchlauf- und Lagerzeiten möglich. Dafür wird für jede herzustellende Maschine vor Fertigungsbeginn ein QR-Code erzeugt, der alle produktionsrelevanten Informationen enthält. Diese Informationen befinden sich auch auf einem RFID-Chip, der seitlich am Werkstückträger angebracht ist, auf dem das Gerät Stück für Stück entsteht. Die Daten werden an jeder Arbeitsstation der Montagelinie automatisch ausgelesen, sodass die Monteure genaue Hinweise auf ihren Bildschirmen sehen, was zu tun ist. Die benötigten Einzelteile stellt ein Materialfluss-System zur Verfügung, das sich am tatsächlichen Verbrauch der Produktionslinie orientiert. Ein lichtgesteuertes Teile-Entnahme-System zeigt den Monteuren an, welche Komponenten sie im aktuellen Fertigungsschritt daraus entnehmen sollen. Am Ende der Montagelinie steht ein Prüfstand: Funktioniert das Gerät, wird es elektronisch über einen Scan des QR-Codes als fertig montiert und geprüft im System verbucht.

Kärcher ist eine der über 200 Firmen in Deutschland, die ihre Lösungen auf der Plattform www.plattform-i40.de präsentieren. Sie wurde eigens von den Bundesministerien für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie für Bildung und Forschung (BMBF) für den Informations- und Erfahrungsaustausch zwischen Unternehmen und Wissenschaft initiiert, um die Smart Factory, das Herzstück der sogenannten Industrie 4.0, hierzulande voranzubringen. Daneben werden an mehreren Standorten in Deutschland weitere Konzepte getestet, wie in den Modellfabriken des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken und Kaiserslautern oder in denen der Fraunhofer-Gesellschaft in Chemnitz und Berlin.

Die Industrie wird smart

Der Karlsruher Werkzeugmaschinen- und Laserhersteller Trumpf hat nicht nur seine eigene Produktion smart gemacht, sondern daraus sogar ein neues Geschäftsmodell entwickelt und ein Start-up gegründet: Die digitale Geschäftsplattform „Axoom“ unterstützt andere Fertigungsunternehmen bei der Überführung ihrer Produktionskette in eine smarte Fabrik.
Doch was bedeutet der Begriff eigentlich? „Im Kern geht es darum, Maschinen und Anlagen mithilfe von Software so zu vernetzen, dass sie intelligent miteinander kommunizieren und ihre Arbeitsschritte automatisiert aufeinander abstimmen“, erklärt Mario Zillmann, Leiter Professional Services und Autor des Whitepapers „Smart Factory – Wie die Digitalisierung Fabriken verändert“ des Marktforschungs- und Beratungsunternehmens Lünendonk zusammen mit T-Systems. Diese Vernetzung erfolgt sowohl innerhalb einer Fabrik wie bei Kärcher, aber zukünftig vor allem innerhalb von Produktionsnetzwerken, die in der Regel aus mehreren Werken eines Industrieunternehmens sowie den Produktionsstätten seiner Zulieferer und – je nach Geschäftsmodell – auch seiner Kunden bestehen. „Die Smart Factory entsteht Schritt für Schritt, indem bereits digitalisierte Prozesse übernommen und neue Bestandteile integriert werden“, erklärt Zillmann. Am Ende steht die sich selbst organisierende Fertigung. Bis 2025 soll sie hierzulande Realität sein, schätzt der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) in seinem Trendreport.

Nach einer aktuellen Befragung durch die Wirtschafts- und Unternehmensberatung PwC in Deutschland hat bislang erst jeder fünfte Betrieb das Konzept der Smart Factory zumindest für eine Produktionsstätte umgesetzt. Bei rund der Hälfte ist deren Einrichtung in Planung.

Hohe Erwartungen

Auf die Frage nach den drei größten Vorteilen der Smart Factory nennen Betriebe, die bereits Erfahrungen mit der vernetzten Fabrik haben, an erster Stelle die Qualitätssteigerung, gefolgt von höherer Flexibilität und mehr Produktivität. Damit unterscheiden sich die realen Erfahrungen zum Teil deutlich von den Erwartungen, die Unternehmen mit dem Konzept verknüpfen. So gehen die befragten Planer einer Smart Factory zwar auch von mehr Flexibilität aus – immerhin 44 Prozent erhoffen sich aber auch eine Umsatzsteigerung dank der Vernetzung. Diesen Effekt halten allerdings nur 28 Prozent der Unternehmen mit einer Smart Factory für wesentlich (siehe Grafik). Dennoch: „Es liegt auf der Hand, dass das Konzept der vernetzten Fabrik für Unternehmen mit einer auf viele Standorte verteilten Wert­schöpfungskette besonders attraktiv ist“, erklärt Michael Rasch, PwC-­Partner und verantwortlich für den Geschäftsbereich Digitale Transformation. „Doch auch kleinere Betriebe können beispielsweise durch die Verarbeitung von Echtzeitinformationen zu Auftragseingängen und Lagerbeständen bei Zulieferern ihre Produktionsprozesse beschleunigen und flexibler gestalten.“
Die Erfahrungen der Unternehmen, die bereits auf die intelligente Fertigung setzen, sind denn auch für kleinere Betriebe ermutigend. So ist die Umsetzung des Konzepts oft deutlich günstiger als erwartet. In gut vier von zehn Betrieben beliefen sich die erforderlichen Investitionen sogar auf weniger als eine Million Euro.

» Für Unternehmen mit einer auf viele Standorte verteilten Wertschöpfungskette ist das Konzept der vernetzten Fabrik besonders attraktiv.« Michael Rasch, PwC

Bei allen zu erwartenden Vorteilen gilt es jedoch noch, eine Reihe von Herausforderungen zu bewältigen: Bislang gibt es keine einheitlichen Standards, damit sich alle Systeme über die Unternehmensgrenzen hinaus untereinander verstehen. Klare gesetzliche Regularien oder ein technisches Gesamtkonzept zum Schutz der vernetzten und automatisierten industriellen Produktion fehlen ebenfalls. Bei der PwC-­Umfrage nannte jedes fünfte Unternehmen Datendiebstahl und Industriespionage als Hauptrisiken. „Eine Absicherung der Datenströme und eine tragfähige Ende-zu-Ende-Überwachung sind unbedingt erforderlich, um unbefugten Zugriff zu vermeiden oder wenigstens sofort zu bemerken, um schnell Gegenmaßnahmen einleiten zu können“, erklärt Derk Fischer, PwC-Experte für Informationssicherheit.

(c) Creditreform-Magazin

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