Die Smart Factory ist eine selbstorganisierende, automatisierte Produktion.
Waren Fabriken nicht schon früher smart?
Bisher wurden Maschinen eher auf Hochentwickelt als auf Intelligenz ausgelegt. Jedes noch so kleine Detail und jeder Prozess wurde von Menschen geplant und umgesetzt. Die Automatisierung entwickelte sich von mechanischen Getrieben über elektronische Ablaufprogramme mit einfachen, aber verzweigten Wenn-Dann-Beziehungen bis hin zu dynamischen Regelungsstrategien, z. B. einem PID- oder Zustandsregler, der Unebenheiten oder Störgrößen elektronisch ausgleicht. Unter „smart“ versteht man jede andere Form solcher Mechanismen, die ebenfalls Intelligenz in die Fabrik bringen. Dabei geht es jedoch nicht um fertigungsspezifische Technologien.
Was ist das Neue an einer Smart Factory?
Bisher waren es Menschen, die Intelligenz und Organisation in die Fertigung brachten Der Großteil der Wertschöpfung wurde bereits von Maschinen geleistet. In einer „Smart Factory“ wird nun auch der wesentliche Supportprozess automatisiert. Dies wird dadurch erreicht, dass nicht nur die Produkte, die in einer Fertigungsanlage entstehen, sondern auch alle damit verbundenen Informationen automatisiert über Software verarbeitet werden. Das Ergebnis der Verarbeitung hat wiederum direkten Einfluss auf die Produktion und Entwicklung von Produkten.
Ist eine Smart Factory besser?
Ein produzierendes Unternehmen ist nicht zwangsläufig erfolgreicher, nur weil Die Fabrik ist smart. Es wird die Anpassungsfähigkeit an schwankende Materialqualitäten, die Verhinderung bisher unvorhersehbarer Ereignisse und die Möglichkeit für schnelle Produktänderungen entsprechend veränderter Marktsituationen erhöht. Diese Anpassungsfähigkeit sichert den Erfolg, aber nicht die Intelligenz per se. Der Begriff „smart“ beschreibt in diesem Zusammenhang eine erfolgreich eingesetzte Intelligenz.
Smart Factory und KI
Künstliche Intelligenz (KI) ist der naheliegende Weg, Fabriken smart zu machen. Dabei handelt es sich um die mathematische Nachahmung der kognitiven Informationsverarbeitung, die als Ersatz für alle bisher von Menschen durchgeführten Informationsverarbeitungsaktivitäten eingesetzt werden kann. Es kann jedoch auch bei Problemen eingesetzt werden, die vom Menschen nicht ohne erheblichen Aufwand kognitiv bewältigt werden können. So wie Maschinen mittels Dimensionierung bereits beliebig große Umformkräfte aufbringen können, kann eine KI mittels Rechenleistung beliebig viele komplexe Informationen in Sekundenschnelle verarbeiten. KI kann auch zur automatisierten Optimierung im Sinne eines Störgrößenausgleichs oder einer erweiterten Diagnose bei nicht alltagstauglichen Problemen mit bisherigen regelbasierten Warn- und Fehlermeldungen eingesetzt werden. Für den Einsatz künstlicher Intelligenz müssen die Informationen jedoch zunächst digitalisiert und vernetzt werden. Die Digitalisierung und Vernetzung von Informationen sind daher wesentliche Unterscheidungsmerkmale zwischen einer Smart Factory und einer bisherigen Fabrik.
Smart Factory und CPS
Während Automatisierungssysteme noch über eine minimale Codebasis im Sinne von verfügen Blockdiagramme führt beispielsweise die Einführung des fahrerlosen Gütertransports mit automatischer Routenfindung zu einem informationstechnologischen System, dessen Komplexität in der Entwicklung der der Mechanik und Elektrik einer Maschine entspricht. Bei einer solchen Ausgewogenheit des Entwicklungsaufwands und bei gegenseitiger Designbeeinflussung von Soft- und Hardware spricht man von einem Cyber-Physical System (CPS). Eine Smart Factory kann daher auch in ihrer Gesamtheit als CPS betrachtet werden, obwohl einzelne Maschinen wie Roboter, Fahrzeuge und Flugzeuge typischerweise als CPS betrachtet werden.
Smart Factory und Industrie 4.0
Unter einer Smart Factory versteht man ausschließlich die Fabrik, also einen Ort, an dem Rohstoffe und Halbfabrikate in Produkte umgewandelt werden. Die Industrie hingegen ist ein größeres Thema. Unter „4.0“ versteht man allgemein die Implementierung von Software in einer bislang sehr materialorientierten Branche. Gemeint ist dasselbe wie bei CPS. Der Anteil von Software, gemessen am Gesamtaufwand, steigt auf ein vergleichbares Niveau und IT wird damit zwangsläufig zu einer Kernkompetenz. Anders als bei einem CPS geht es hier jedoch nicht explizit um eine hochintegrierte, symbiotische Kombination von Hardware und Software, sondern um ein Add-on, mit dem Fabriken wie bei Software üblich nachgerüstet werden können, um neue Funktionen zu implementieren und Fehler zu beseitigen Aktualisierung. Der Software-Aspekt bezieht sich im Wesentlichen auf die Komponente der Vernetzung im Dreiklang mit der Digitalisierung von Informationen und deren Verarbeitung, sodass es häufig eher um Themen rund um die Standardisierung von Datenmodellen und Kommunikationsprotokollen sowie den Aufbau von Netzwerkarchitekturen geht bis und inklusive der Cloud.
Smart Factory und IIOT
Während es bei Industrie 4.0 noch um die Vernetzung allgemein und flächendeckend geht, beschreibt Industrial Internet of Things (IIOT) die direkte Vernetzung von Maschinen über das Internet, also als Anteil alle direkten Teilnehmer des Internets, die keine in Rechenzentren laufende Software oder von Menschen aktiv genutzte Geräte darstellen. Während das Thema Fertigung traditionell innerhalb einer Fabrikmauer gedacht wird, zielt IIOT darauf ab, die gesamte Wertschöpfungskette zu betrachten, die über mehrere Fabriken und Unternehmen verteilt sein kann.
Smart Factory und ERP/SAP
Ein ERP-System (Enterprise Resource Planning), das oft durch Produkte von SAP repräsentiert wird, automatisiert die Geschäftsprozesse, also alle Aspekte der Fertigungsprozesse in einer Fabrik. Ohne eine Anbindung und Durchgängigkeit an diese Systeme kommt eine Smart Factory nicht aus, ohne dass diese hier zentrale Funktionen einer Smart Factory übernehmen müssen. Das ERP ist sowohl Informationslieferant als auch Adressat, beispielsweise für die automatisierte Erstellung von Wartungsplänen und Tickets.
Smart Factory und MES
Ein MES (Manufacturing Execution System) sorgt dafür automatisierte Auftragssteuerung und Maschinenauslastung. Die Logistikprozesse werden mit den Fertigungsabläufen einer Fabrik zusammengeführt und die Prozesssteuerung zentralisiert. Ohne Intelligenz für die Logistik, für die ein MES eine Plattform bietet, kommt eine Smart Factory nicht aus. Neben der Steuerung dient ein MES teilweise auch der Aggregation von Daten aus den Anlagen.
Smart Factory und SPS
Die SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) führt die regelbasierte Automatisierung durch. Aktoren werden basierend auf Sensoreingängen gesteuert. Viele, wenn auch bei weitem nicht alle, Informationen aus der Direktfertigung liegen hier bereits vor. Im Gegensatz zu ERP und MES handelt es sich nicht um einen unterstützenden Prozess, sondern um eine direkte Wertschöpfung. Allerdings ist die PLC nicht der alleinige Informationslieferant. Daten zur Produktqualität sind in der Regel nicht in den Automatisierungsdaten verfügbar und müssen zusätzlich inline erfasst oder automatisch aus Labordaten eingegeben werden.
Smart Factory und PANDA
Eine Smart Factory erfordert in der Regel eine strenge Planung und erfordert umfassende IT-Kenntnisse. Das modulare PANDA|DRIFT-System stellt eine Plattform für den Einsatz künstlicher Intelligenz direkt in der Fabrik dar, mit der sich jeder einzelne Fertigungsschritt optimieren lässt. Neben den Komponenten Digitalisierung von Sensordaten und Algorithmen der Künstlichen Intelligenz basiert es auf den Prinzipien und Standards der Industrie 4.0 und kommuniziert auf diese Weise nahtlos mit anderen Komponenten einer Smart Factory wie ERP, SPS und MES, die dies tun bieten keine Plattformen für die Ausführung von KI in Echtzeit an.
