Was versteht man unter den Begriffen Smart Factory und Smart Manufacturing?

Hersteller nutzen die neuesten digitalen Innovationen, um ihre Abläufe zu überdenken. In einer Umfrage von Sapio Research und Rockwell Automation unter 1.350 Herstellern in 13 Ländern im Jahr 2023 gaben 97 % der Befragten an, dass sie in den nächsten Jahren den Einsatz intelligenter Fertigungstechnologien planen, die alles von der Robotik bis zum Internet of Things (IoT) umfassen können.

Während diese Investitionen durch die Erweiterung herkömmlicher Automatisierungspraktiken unmittelbare Vorteile bringen, legen sie auch die Grundlage dafür, dass Hersteller die Funktionsweise ihrer Anlagen durch die Schaffung von Smart Factorys neu überdenken können, denn bei dieser Art von Fabriken steht die Systemvernetzung und der Datenaustausch im Vordergrund. Darüber hinaus unterstützen sie Hersteller dabei, Waren schneller und mit weniger Fehlern zu produzieren und gleichzeitig die Kosten weiter zu senken.

Was versteht man unter dem Begriff Smart Factory?

Eine Smart Factory nutzt miteinander verbundene Systeme und Maschinen, um Daten zu generieren, oft in Echtzeit, und End-to-End-Produktionsprozesse zu verbessern. Außerdem unterstützt sie Maschinenbediener, Produktionsleiter, Ingenieure, Unternehmensleiter und andere dabei, bessere Entscheidungen zu treffen. Maschinen und Geräte von Smart Factorys generieren auch Daten über ihren eigenen Zustand, sodass Wartungen vor einem eventuellen Ausfall durchgeführt werden können.

Es ist erwähnenswert, dass Fabriken seit vielen Jahren Robotik und Automatisierung einsetzen. Allerdings gelten diese Anlagen nicht als Smart Factorys, es sei denn, sie nutzen vollständig integrierte Systeme und Maschinen, die die physische und digitale Welt zusammenführen. Darüber hinaus setzen Smart Factorys häufig fortschrittliche Robotik und manchmal auch 3D-Druck ein. Smart Factorys sind die reale Manifestation des umfassenderen Konzepts des Smart Manufacturing (intelligente Fertigung).

Was versteht man unter dem Begriff Smart Manufacturing (intelligente Fertigung)?

Unter Smart Manufacturing versteht man das Konzept der Nutzung von Technologien zur Koordinierung physischer und digitaler Prozesse innerhalb von Fabriken und in der gesamten Fertigungslieferkette. Zu diesen Prozessen gehören Materialbeschaffung, Logistik, Produktion und Entsorgung. Die Hauptziele der intelligenten Fertigung bestehen darin, die Betriebsleistung zu verbessern und schnell auf Angebots- und Nachfrageschwankungen zu reagieren.

Wichtigste Erkenntnisse

• Unter Smart Manufacturing versteht man das Konzept der Nutzung vollständig integrierter Technologien zur Datenerfassung und Digitalisierung von Prozessen innerhalb von Fabriken sowie in der gesamten Fertigungslieferkette.
• Smart Factorys sind die reale Verwirklichung des Smart Manufacturing-Konzepts.
• Künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen, das Internet of Things (IoT) und fortschrittliche Robotik sorgen dafür, dass die meisten Smart Factorys funktionieren.
• Smart Factorys sind für Hersteller attraktiv, weil sie Kosten senken, die Effizienz steigern, eine schnelle Skalierung der Produktion je nach Nachfrage ermöglichen, die Abhängigkeit von Arbeitskräften verringern und Produktmängel reduzieren können.

Smart Factory und Smart Manufacturing erklärt

Obwohl die Begriffe „Smart Manufacturing“ und „Smart Factorys“ oft synonym verwendet werden, unterscheiden sie sich dennoch. Unter Smart Manufacturing versteht man das Konzept der Nutzung fortschrittlicher, vernetzter Technologien zur Koordinierung physischer und digitaler Prozesse innerhalb von Fabriken und entlang der gesamten Lieferkette, um die Performance zu verbessern. Smart Factorys setzen diese Idee in die Praxis um, indem sie Daten nutzen, die von vernetzten Geräten mit integrierten Sensoren erfasst werden – dem sogenannten Industrial Internet of Things (IIoT) – gepaart mit Robotern und automatisierten Montagelinien. Beispielsweise kann eine Smart Factory potenzielle Produktionsfehler mithilfe von in Maschinen eingebetteten und an Maschinen angebrachten Sensoren frühzeitig erkennen und einen Roboter anweisen, einzugreifen, bevor ein Problem auftritt. Technologische Fortschritte wie diese treiben die vierte industrielle Revolution voran, die allgemein als Industrie 4.0 bezeichnet wird.

Das ultimative Ziel einer Smart Factory ist es, Prozesse zu beschleunigen und Fehler zu beseitigen. Selbst bei der Smart Factory-Automatisierung spielen die Menschen immer noch eine wichtige Rolle. Linienbetreiber können beispielsweise Produktionsdaten auf einem mobilen Gerät verfolgen und auf der Grundlage der Daten entscheiden, eine Maschine anders zu beladen, was dazu beiträgt, die Leistung der Maschine oder einer gesamten Fertigungslinie zu verbessern.

Funktionsweise von Smart Factorys

Smart Factorys sind auf ein Netzwerk aus Sensoren und Software angewiesen, um in jedem Schritt des Fertigungsprozesses Daten zu erfassen und auszutauschen. Dadurch können Hersteller die Produktion beschleunigen und die Produktqualität und Systemwartung verbessern. Beispielsweise kann in einer Fabrik ein Behälter an einer Fertigungslinie mit einem Sensor ausgestattet sein, der eine Nachfüllanforderung auslöst, wenn der Vorrat knapp wird, und einen Roboter dazu veranlasst, gerade rechtzeitig neue Vorräte zu liefern, um Verzögerungen zu vermeiden. Darüber hinaus generieren Maschinen kontinuierlich Daten über ihren eigenen Zustand, um den Wartungsbedarf vorherzusagen und Ausfälle zu reduzieren. Vernetzte Maschinen in einer Smart Factory verhindern zudem Fehler, indem sie Materialprobleme erkennen.

Struktur und Ebenen einer Smart Factory

Smart Factorys entwickeln sich für gewöhnlich in den folgenden vier Stufen bzw. Phasen. Die meisten Fabriken befinden sich heute in Phase 1.

Vorteile einer Smart Factory

Der globale Markt für Smart Manufacturing-Technologie, der den Verkauf von Sensoren, Robotern, fortschrittlicher Software und anderen technischen Assets umfasst, wird nach Schätzungen von Grand View Research von 254,24 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 auf 787,54 Milliarden US-Dollar im Jahr 2030 wachsen. Hersteller investieren in diese Technologie, weil sie die folgenden Vorteile erwarten:

• Niedrigere Kosten. Smart Factorys senken die Kosten vor allem durch die Reduzierung von Personal, menschlichen Fehlern, Produktfehlern und Abfall sowie durch die Verlängerung der Lebensdauer von Maschinen durch vorausschauende Wartung.
• Bessere und schnellere Entscheidungsfindung. Von Sensoren erfasste und dann in jeder Phase des Fertigungsprozesses, einschließlich der gesamten Lieferkette, analysierte Daten helfen Führungskräften, Managern und Arbeitern in jeder Phase, fundiertere und schnellere Entscheidungen zu treffen. Supply-Chain-Experten könnten beispielsweise die Empfehlung einer Smart Factory, mehr Materialien zu bestellen, prüfen und, wenn sie damit einverstanden sind, entscheiden, wann eine Lieferung eintreffen soll. Oder sie könnten die verfügbaren Daten überprüfen und beschließen, den Algorithmus, der Empfehlungen ausgibt, zu ändern, damit zukünftige Empfehlungen besser mit den Anforderungen des Herstellers übereinstimmen.
• Effizienzsteigerung. Fertigungseffizienz bezieht sich im Allgemeinen auf die Qualität und Effektivität der erledigten Arbeit, nicht so sehr auf die Menge der Produktion (Produktivität). Daher steigern Smart Factory-Technologien die Effizienz vor allem durch die Minimierung von Prozessredundanzen, die Automatisierung sich wiederholender Aufgaben, die Reduzierung von Zeit- und Materialverschwendung, die Minimierung von Ausfallzeiten und die Auffüllung von Beständen auf der Grundlage prognostizierter Engpässe.
• Mit weniger Personal mehr erreichen. Während Menschen in Smart Factorys immer noch eine wichtige Rolle spielen, ermöglichen automatisierte Prozesse den Herstellern, mehr Arbeit mit weniger Mitarbeitern zu erledigen. Dies ist eine wichtige Überlegung, wenn man bedenkt, dass laut einer Prognose der National Association of Manufacturers bis 2030 in den USA etwa 2,1 Millionen Arbeitsplätze in der verarbeitenden Industrie aus verschiedenen demografischen, wirtschaftlichen und anderen Gründen unbesetzt bleiben werden.
• Umweltauswirkungen reduzieren. Durch die effizientere Nutzung von Materialien mithilfe intelligenter, vernetzter Technologien helfen Smart Factorys Herstellern dabei, den Abfall zu reduzieren, der auf Mülldeponien landet, und so ihren CO2-Fußabdruck zu verringern. Hersteller können auch die Verwendung nachhaltiger Materialien und Komponenten priorisieren und die Herkunft sowie den Transport dieser Waren mithilfe von Blockchain- und Radiofrequenz-Identifikationstechnologien (RFID) verfolgen.

Smart Factory-Technologien

In einer Umfrage von EY aus dem Jahr 2023 gaben 97 % der CEOs im Bereich der industriellen Fertigung an, dass die Fortsetzung digitaler und technologischer Transformationsprojekte kurzfristig Priorität habe. Bei diesen Projekten handelt es sich häufig um folgende Technologien:

• Sensoren. Sensoren sind Geräte, die Hersteller an oder in Maschinen im Fertigungsbereich der Smart Factory anbringen, um Daten zu einer Vielzahl von Faktoren zu erfassen, darunter Temperatur, Vibrationen, Druck, Drehmoment, Nähe und Bewegung. Sensoren sind der Kern des Industrial Internet of Things.
• Industrial Internet of Things (IIoT). Fertigungsleiter und Bediener nutzen Daten, die von Maschinen und anderen mit dem Internet verbundenen Objekten im Fertigungsbereich erfasst werden, um den physischen Zustand, die Leistung und die Produktion dieser Anlagen sowie die von ihnen unterstützten Produktionsprozesse zu analysieren. Anschließend können sie nach Bedarf Maschinenkorrekturen und Prozessanpassungen vornehmen. Mit dem IIoT verbundene Sensoren können beispielsweise Mitarbeiter auf zukünftige Wartungsprobleme aufmerksam machen, indem sie ungewöhnliche Vibrationen oder Temperaturänderungen an einer Maschine erkennen. Mit vorausschauender Wartung können Hersteller kostspielige Ausfallzeiten und Schäden an Maschinen verhindern, indem sie eingreifen, bevor ein Problem auftritt. Eine Umfrage von IIoT World aus dem Jahr 2022 ergab, dass 67 % der Hersteller eine IIoT-Strategie eingeführt haben oder diese gerade entwickeln.
• Cloud-Computing. Cloud-Computing ist die technologische Grundlage der meisten Smart Factorys, in denen sich die Daten, Anwendungen und die zugrunde liegende Infrastruktur befinden. Cloud-Services bieten mehrere wichtige Vorteile. Sie können je nach Herstellerbedarf problemlos skaliert werden. Neue Anwendungsfunktionen sowie Performance und andere Verbesserungen werden automatisch über das Internet bereitgestellt, ohne dass die IT-Teams der Hersteller mit teuren, zeitaufwendigen Upgrades belastet werden. Auf Cloud-Services kann von überall aus zugegriffen werden, und sie verfügen in der Regel über robuste Sicherheits- und Backup-Funktionen. Und Hersteller zahlen nur für die Anwendungs- und Infrastrukturkapazität, die sie benötigen und auch nutzen.
• Big Data. Hersteller erfassen und analysieren in ihren Smart Factorys riesige Datenmengen – sogenannte Big Data. Zu den Anwendungen, die von robusten ERP-Systemen unterstützt werden, gehören vorausschauende Wartung, Anomalieerkennung, Qualitätsprüfungen, Abfallreduzierung, Prozessverbesserungen und Marktprognosen. In Erwartung einer prognostizierten Nachfragespitze für ein bestimmtes Produkt könnte ein Hersteller beispielsweise mehr Montagelinien für dieses Produkt einsetzen und/oder einen größeren Lagerbestand aufbauen, als er sonst hätte.

Beispiele für eine Smart Factory

Smart Factorys sind für die meisten Hersteller immer noch ein Wunschtraum, jedoch weisen Early Adopter den Weg in die Zukunft.

Nehmen Sie LG Electronics, dessen Smart Park in Changwon, Südkorea, vom Weltwirtschaftsforum aufgrund seiner Produktionseffizienz, Sicherheit und geringen Umweltbelastung als „Leuchtturm“-Fabrik ausgezeichnet wurde. Innerhalb der Fabrik, die Haushaltsgeräte herstellt, werden Teile für Kühlschränke und andere Geräte über ein Hängefördersystem bzw. durch fahrerlose Transportfahrzeuge (AGV, Automated Guided Vehicles), die über das 5G-Netzwerk der Anlage gesteuert werden, an die Fertigungslinien geliefert. An jede Linie ist ein „intelligentes Lager“ angeschlossen, das den Lagerbestand in Echtzeit überwacht und bei Bedarf zusätzliche Teile und Lieferungen anfordert. Ein 3D-Logistik-Automatisierungssystem minimiert die benötigte Lagerfläche im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um 30 %, während die Transportzeit um 25 % verkürzt wird. An und in Maschinen angebrachte Sensoren erkennen potenzielle Fertigungsprobleme und weisen Roboter an, diese zu beheben, bevor ein Problem auftritt. Außerdem erledigen Roboter gefährliche Arbeiten wie Schweißen und das Heben schwerer Geräte, was die Fabrik für Mitarbeiter sicherer macht. Im Jahr 2022 plant LG, diese und andere intelligente Produktionstechnologien, die in seinem Changwon Smart Park entwickelt wurden, auf insgesamt 26 Produktionsstätten in 13 Ländern anzuwenden.

Der Landmaschinenhersteller John Deere kaufte die Rechte an 50 MHz Bandbreite und baute sein eigenes 5G-Netzwerk für seine Fabriken im Mittleren Westen auf, um Daten von Fertigungslinien zu analysieren und die Montage zu verbessern. Es ist geplant, diese Fabriken mit Robotern auszustatten, die Seite an Seite mit Arbeitern arbeiten können. Das Unternehmen erstellt außerdem 3D-Modelle oder digitale Zwillinge seiner Produktionsmaschinen, um deren Leistung zu überwachen, Techniker zu schulen und ihnen bei der Wartung der Geräte zu helfen. Diese Modelle stehen jederzeit über Tablets und Smartphones zur Verfügung.

Im Ford-Werk in Dearborn, Michigan, wo der elektrische Pickup F-150 Lightning hergestellt wird, verwenden Mitarbeiter der Fertigungslinie Tablets, die mit dem 5G-Netzwerk des Werks verbunden sind, um auf Daten über Materialvorräte und Gerätestatus zuzugreifen. Einzelne auf AGVs platzierte Fahrzeuge bewegen sich von einer Arbeitsgruppe zur anderen. In der britischen Elektrofahrzeugfabrik des Autoherstellers kann Ford unterdessen mithilfe von Sensoren Fotos des Schweißprozesses aufnehmen (Motoren und Batterien von Elektrofahrzeugen erfordern Tausende von Schweißnähten). Und eine KI-basierte Analyse ermittelt anschließend, ob eine bestimmte Schweißnaht den Standards entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird die Schweißung erneuert, bevor das Teil in die nächste Phase der Produktion übergeht. Diese Funktion spart Zeit und reduziert Abfall, da Teile, die andernfalls unbrauchbar wären, routinemäßig repariert werden.

Intelligent handeln – Transformieren Sie Ihre Fertigungsabläufe mit Oracle

Hersteller nutzen die Smart Manufacturing-Lösungen von Oracle, um ihre Produktivität und Effizienz zu maximieren, die Produktqualität zu verbessern, Produktionspläne anzupassen, kostspielige Ausfallzeiten durch die Vorhersage von Maschinenausfällen zu vermeiden und Waren und Prozesse in ihren Lieferketten zu verfolgen .

Smart Factory und Smart Manufacturing – Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Smart Manufacturing und einer Smart Factory?
Smart Manufacturing ist das umfassende Konzept der Nutzung vollständig integrierter Technologien zur Koordinierung und Verbesserung physischer und digitaler Prozesse innerhalb von Fabriken und entlang der Lieferkette. Smart Factorys setzen diese Idee in die Praxis um.

Welche Technologien sind Teil einer Smart Factory?
Smart Factorys basieren auf dem Industrial Internet of Things (IIoT), bei dem Hersteller Daten erfassen und analysieren, die von unzähligen Assets in der Lieferkette, Fabrikmaschinen und anderen „Dingen“ generiert werden, um bessere Entscheidungen zu treffen. Darüber hinaus nutzen Smart Factorys KI, maschinelles Lernen, fortschrittliche Robotik, 3D-Druck, digitale Zwillinge und andere Technologien.

Welche Art von Daten sollten in einer Smart Factory verfolgt werden?
Smart Factorys verfolgen Daten über Assets, die sich durch eine Lieferkette bewegen, Fabrikmaschinen, Produktionsprozesse usw.