Voraussetzungen für eine Smart Factory: Ein vollständiger Leitfaden
Amber Biela-Weyenberg | Content Strategist | 16. Oktober 2023
Smart Factorys nutzen ein Netzwerk aus Maschinen, Geräten und fortschrittlichen Technologien, um Herstellungsprozesse zu automatisieren und intelligentere Entscheidungen zu ermöglichen.
Die überwiegende Mehrheit der Befragten einer von Rockwell Automation im Jahr 2023 unter 1.350 Herstellern in 13 Ländern durchgeführten Umfrage gab an, dass sie intelligente Fertigungstechnologien nutzen oder dies in den nächsten ein bis zwei Jahren planen – darunter das Industrial Internet of Things (IIoT), KI-basierte Datenanalysen, digitale Zwillinge und erweiterte Informationssicherheit. Zu ihren Zielen gehören: Verbesserung der Produktqualität, Senkung der Kosten, Steigerung der Rentabilität und Aufbau einer kompetenteren Belegschaft.
Aber doppelt so viele Hersteller wie in der Umfrage von 2022 sagten, sie befürchten, dass sie bei der Einführung der neuesten Technologien von der Konkurrenz überholt werden. Ein Drittel der befragten Hersteller gab an, dass die große Auswahl an Systemen und Plattformen zu einer „Technologielähmung“ führe. Im Folgenden finden Sie einen Leitfaden, der Herstellern dabei helfen soll, eine solche Lähmung beim Aufbau ihrer Smart Factory zu vermeiden.
Wichtigste Erkenntnisse
- Der Übergang zu einer Smart Factory ist im Allgemeinen einfacher, wenn Hersteller frühzeitig im Prozess die Zustimmung der Mitarbeiter auf allen Ebenen erhalten.
- Für die Schaffung einer Smart Factory müssen Hersteller in Technologien wie das Internet of Things (IoT), erweiterte Analysen und künstliche Intelligenz investieren.
- Da Smart Factorys Fertigungsprozesse digitalisieren, müssen Mitarbeiter häufig weitergebildet werden. Eventuell müssen Hersteller sogar hochqualifizierte Mitarbeiter einstellen, z. B. Ingenieure für Robotik und digitale Zwillinge.
Erläuterungen zu den Voraussetzungen für eine Smart Factory
Smart Factorys umfassen viele Technologien, die miteinander integriert werden müssen. Daher ist eine ausgiebige Planung unerlässlich. Hersteller müssen bewerten, welche Technologien sie verwenden werden, und Key Performance Indicators (KPIs) entwickeln, um deren Wirkung zu messen. Um beispielsweise die Wirksamkeit der Ausstattung einer Maschine mit Sensoren zu beurteilen, die den Wartungsbedarf anzeigen, könnten Hersteller die Gesamtanlageneffektivität (OEE) messen. Dieser KPI berücksichtigt die Zeit, die einer Maschine für die Produktion zur Verfügung steht, ihre Arbeitsgeschwindigkeit und ihre Ausgabequalität. Die Verfolgung der Gesamtarbeitseffektivität (Overall Labor Effectiveness, OLE) oder der Gesamtauslastung, Leistung und Qualität der Mitarbeiter eines Herstellers kann dabei helfen, den Wert des Einsatzes von Robotern in einer Fertigungslinie zu quantifizieren.
In der Zwischenzeit müssen die Hersteller ihre Mitarbeiter schulen bzw. neue Leute einstellen. Smart Factorys erzeugen beispielsweise riesige Datenmengen, die von Sensoren unzähliger Maschinen und Geräte erfasst werden. Die Mitarbeiter müssen verstehen, wie diese Sensoren eingerichtet und gewartet werden – einschließlich der Software, die sie steuert – und die von ihnen generierten Informationen nutzen, um OEE, OLE, Kapazitätsauslastung, Kosteneffizienz und vieles mehr zu optimieren.
9 Anforderungen der Smart Factory
1. Einbindung der Stakeholder auf allen Ebenen
Führungskräfte in der Fertigung müssen die Zustimmung von Fabrikmanagern und IT-Fachleuten einholen, bevor sie eine Smart Factory aufbauen oder „intelligente“ Technologien und Prozesse in einer bestehenden Fabrik einführen. Das Feedback von Mitarbeitern im Fertigungsbereich ist ebenso ratsam. Beispielsweise kann ein Maschinenbediener vorschlagen, welche Kennzahlen an einer Fertigungslinie verfolgt werden sollen bzw. wie die Linie neu konfiguriert werden kann, um die Leistungsfähigkeit zu steigern. Hersteller sind auf die Zusammenarbeit aller Mitarbeiter beim Testen neuer Technologien und Geräte angwiesen, bevor sie diese im täglichen Betrieb einsetzen können. In jeder Phase Ihrer Smart Factory-Initiative sollten Hersteller so früh wie möglich die Unterstützung der Stakeholder gewinnen, um den Übergang so einfach wie möglich zu gestalten.
2. Umsetzungsplan mit KPIs
Bei der Umstellung einer konventionellen Fabrik auf eine Smart Factory macht ein schrittweiser Ansatz den Prozess überschaubarer und verhindert Ausfallzeiten. Hersteller können Bereiche mit der höchsten Kapitalrendite priorisieren, beispielsweise eine hochwertige Fertigungslinie. Sie sollten für jede Phase der Modernisierung mindestens einen KPI festlegen, um den Fortschritt zu verfolgen. Eine Phase der Smart Factory-Implementierung umfasst beispielsweise die Installation sensorgesteuerter, mit dem Internet verbundener Maschinen und die Einbindung von Robotern in Fertigungsprozesse. Zu diesem Zeitpunkt könnten Hersteller den Durchsatz messen, um den Fortschritt bei der Beschleunigung der Produktion zu verfolgen. Zu einem späteren Zeitpunkt kann die Messung von Maschinenstillstandszeiten die Genauigkeit von KI-basierten Vorhersagen über den Bedarf an Maschinenwartung und die Effizienz des Produktionsteams bei der Reaktion beurteilen.
3. Sensoren und andere Industrial-Internet-of-Things-Technologien
Einer der ersten Implementierungsschritte betrifft das IT-Team, das die Netzwerke konfigurieren und sichern muss, die Daten zwischen Maschinen, Objekten und Software übertragen. 5G-Systeme werden aufgrund ihrer höheren Kapazität und geringen Latenz zum Netzwerk der Wahl für viele Smart Factorys. Maschinen, Roboter und andere vernetzte „Dinge“, die mit Sensoren ausgestattet sind, tauschen Daten mit Entscheidungsträgern in der Fabrik aus oder informieren über automatisierte Prozesse. Beispielsweise könnte ein Softwareentwickler eine Fabrikmaschine so programmieren, dass sie sich automatisch abschaltet, wenn ihre Sensoren eine bestimmte Temperatur messen. So können Schäden und Verletzungen der Mitarbeiter verhindert werden. Außerdem könnten Manager von Fabrikmaschinen generierte Daten nutzen, um die OEE zu verfolgen und Verbesserungen an Maschinen und zugehörigen Prozessen zu ermitteln. Und sie könnten IIoT-Daten verwenden, um den Energieverbrauch und die daraus resultierenden Kohlenstoffemissionen in der gesamten Fabrikhalle zu messen. Dadurch wären Sie in der Lage, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und neue Vorschriften für das Reporting einzuhalten.
4. Big-Data-Management
Smart Factorys erfassen in jeder Phase der Produktion riesige Datenmengen oder Big Data – von Maschinen, Geräten, Robotern und den Anwendungen, die Fertigung, Projektmanagement und andere Backoffice-Prozesse verwalten. Alle diese Daten müssen in einem Data Warehouse gespeichert, verarbeitet, verwaltet und anschließend in Analysesysteme eingespeist werden, damit sie den Führungskräften, Managern und Vorgesetzten in der Fertigung sofort zur Verfügung stehen.
5. Erweiterte Analysen, basierend auf KI und ML
Künstliche Intelligenz und ihre Untergruppe maschinelles Lernen (ML) korrelieren, interpretieren und lernen ständig aus den stetigen Datenströmen, die sie aufnehmen, um Unternehmen zu helfen, bessere Entscheidungen zu treffen. Im Fertigungskontext werden diese Technologien in die Unternehmenssoftware integriert, die zur Information über die Produktentwicklung, zur Bedarfsprognose, zur Vorhersage von Ausfällen von Fabrikanlagen, zur Identifizierung potenzieller Produktfehler, zur Reduzierung von Abfällen, zur Optimierung von Transportwegen usw. verwendet wird. Die Roboter und Maschinen einer Smart Factory könnten beispielsweise die Produktion eines bestimmten Artikels automatisch skalieren, wenn eine KI- oder ML-basierte Analyse einen Anstieg der Verbrauchernachfrage vorhersagt. Das intelligente System überprüft die Ergebnisdaten und lernt daraus, um in Zukunft bessere Entscheidungen zu treffen.
6. Vernetzte Fabrik- und Unternehmenssysteme
Unternehmen, die Daten von Fabrikmaschinen mit Daten aus Fertigung, Lieferkette, Finanzen, Vertrieb, Personalwesen und anderen Unternehmensanwendungen in einem ERP-System (Enterprise Resource Planning) kombinieren, können Probleme besser lösen als solche, die dies nicht tun. Angenommen, eine Teilelieferung eines Lieferanten ist verspätet. Die miteinander verbundenen Systeme einer Smart Factory können Daten zu Lieferkettenmanagement, Beständen und Kundenaufträgen zusammenführen, um aufzudecken, ob die Verzögerung die Fähigkeit des Herstellers beeinträchtigt, Aufträge pünktlich zu erfüllen, und die Notwendigkeit, Teile von einem anderen Lieferanten oder Standort zu beziehen.
7. Cybersicherheit
Da Smart Factorys eine Vielzahl von Maschinen, Geräten und Anwendungen miteinander verbinden, manchmal in einem einzigen Netzwerk, können Schwachstellen in jedem einzelnen System den Hersteller einem schwerwiegenden Sicherheitsverstoß aussetzen. Zu den Angriffsarten gehören Malware (Ransomware stellt eine besondere Bedrohung dar), Diebstahl personenbezogener Daten und wertvollen geistigen Eigentums sowie Denial-of-Service. Umsichtiges System-Patching, komplexe Passwörter und Benutzerschulungen zur Vermeidung von Phishing und anderen Social Engineering-Techniken sind ein Muss, und werden durch die neuesten Sicherheitssysteme ergänzt. Dies ist einer der Gründe, warum Hersteller für ihre Backoffice-Anwendungen auf Cloud-Computing zurückgreifen, das von Anbietern verwaltet wird, die die neuesten Sicherheitspatches, Tools und Techniken anwenden, die in jede Ebene des Stacks integriert sind – einschließlich Unternehmenssoftware, Server und andere Hardware.
8. Fachkräfte mit den richtigen Kompetenzen
Ein kurzer Blick auf die offenen Stellen im Bereich Smart Factory, die auf LinkedIn ausgeschrieben sind, zeigt die folgenden Titel: Direktor für intelligente Fertigungssysteme, Senior Manager für strategische Erkenntnisse und Analysen, Koordinator für Roboterteams, Leiter für digitale Transformation und Spezialist für autonome Fahrzeuge. Während die Hersteller immer noch viele Schweißer, Maschinisten, Fabrikleiter und Produktionsarbeiter benötigen, wird der Beruf deutlich technischer und erfordert von den Arbeitgebern, ihre Mitarbeiter weiterzubilden und neue Talente einzustellen. Beispielsweise kann es relativ einfach sein, einen Fabrikleiter zu einem Smart-Factory-Manager weiterzubilden, jedoch erfordert eine Position wie die eines Ingenieurs für digitale Zwillinge speziellere Qualifikationen, die die meisten Arbeitgeber woanders finden müssen.
9. Strenge Aufsicht
Obwohl die Automatisierung ein großer Vorteil von Smart Factorys ist (verbesserte Produktivität und Sicherheit sowie geringere Kosten und weniger menschliches Versagen), sind hochqualifizierte Manager und Vorgesetzte nach wie vor von entscheidender Bedeutung. Roboter führen beispielsweise viele Aufgaben in der Smart Factory aus, jedoch müssen diese von Robotikexperten programmiert und gewartet werden. Algorithmen für maschinelles Lernen können eine große Menge an Produktdaten analysieren, um die Verbrauchernachfrage abzuschätzen, Mängel aufzudecken und Möglichkeiten zur Verbesserung des Produktdesigns aufzuzeigen. Dies ist jedoch nur ein Teil der Inputs, die warmherzige Produktdesignmanager berücksichtigen.
Power Manufacturing-Innovationen mit Oracle Smart Manufacturing
Oracle Smart Manufacturing ist ein Portfolio cloudbasierter Anwendungen, von denen viele KI-gestützte Anwendungen für die Verwaltung des Internet of Things, Gerätewartung, Qualitätskontrolle, Lieferkettenplanung und Geschäftsanalysen bieten. Das integrierte Portfolio bietet Herstellern unter anderem die Möglichkeit, die Produktionsleistung zu überwachen, Produktionspläne anzupassen, die Produktqualität zu verbessern und kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden.
Voraussetzungen für eine Smart Factory – Häufig gestellte Fragen
Was macht eine Fabrik zu einer Smart Factory?
Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Fabrik vernetzen Smart Factorys Maschinen, Geräte und Anwendungen (in vielen Fällen nutzen sie KI und maschinelles Lernen), um Daten zu erfassen und zu analysieren, Prozesse zu automatisieren und die Entscheidungsfindung zu verbessern.
Welche Technologien nutzt eine Smart Factory?
Smart Factorys umfassen im Allgemeinen eine Kombination der folgenden Technologien: Industrial Internet of Things (IIoT), erweiterte Datenanalyse, KI und maschinelles Lernen, digitale Zwillinge, Roboter/Cobots, 3D-Drucker, drahtlose 4G/5G-Netzwerke, cloudbasierte Anwendungen, Edge-Computing-Geräte und erweiterte Informationssicherheit.
Wie wirken sich Smart Factorys auf Arbeitsplätze aus?
Während Smart Factorys immer noch viele Produktions- und Aufsichtskräfte beschäftigen, ersetzt die Automatisierung einige Arbeitsplätze und erfordert mehr technische Kompetenzen für andere. Spezialisten für Robotik, Datenmanagement, Data Science, Software Engineering, KI/ML, Projektmanagement und Netzwerk-/Systemadministration sind sehr gefragt, wobei der Schwerpunkt auf kritischem Denken und Problemlösung liegt.