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Definition Was ist eine Smart Factory?

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber / Nico Litzel

Die Smart Factory steht im Zentrum der sogenannten Industrie 4.0. Sie stellt eine Produktionsumgebung zur Verfügung, die sich im Idealfall ohne menschlichen Eingriff selbst organisiert. Dazu zählen Fertigungsanlagen und Logistiksysteme. Kernkomponenten sind cyber-physische Systeme und die intelligente Vernetzung.

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(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

Der Begriff Smart Factory lässt sich mit „intelligente Fabrik“ ins Deutsche übersetzen. Die Smart Factory steht im Mittelpunkt der Industrie 4.0 und bezeichnet eine Produktionsumgebung, die sich selbst organisiert. Zur Produktionsumgebung gehören die Fertigungsanlagen und die Logistiksysteme. Der Mensch muss in den eigentlichen Produktionsprozess nicht mehr eingreifen.

Basis der Smart Factory sind sogenannte cyber-physische Systeme und die intelligente Vernetzung von Maschinen und Produkten. Das Produkt selbst teilt die für die Fertigung benötigten Informationen der Smart Factory mit. Anhand dieser Informationen erfolgt die Steuerung der einzelnen Produktionsschritte bis zum gewünschten Endergebnis. In vielen Fällen findet eine drahtlose Kommunikation zwischen Produkten und Anlagen statt. Die Kommunikationsgrundlage bildet das Internet of Things (IoT).

Die wichtigsten Merkmale der Smart Factory

Um einer Smart Factory zu ermöglichen, dass ein Produkt gemäß seiner von ihm selbst zur Verfügung gestellten Fertigungsinformationen die Fertigungsschritte steuern kann und den kompletten Weg durch die Fertigungsanlage durchläuft, muss die Smart Factory folgende zentralen Merkmale besitzen.

Die verschiedenen Komponenten, die die Fertigungsleistungen in der Factory erbringen, sind intelligent miteinander zu vernetzen. Die Vernetzung lässt sich in eine externe und eine interne Vernetzung unterteilen. Während sich die externe Vernetzung um die Kommunikation mit anderen smarten Fabriken kümmert, integriert die interne Vernetzung sämtliche internen Komponenten des Produktionsprozesses.

Ein weiteres zentrales Merkmal der Smart Factory ist die individualisierte Produktion. Dank intelligenter Vernetzung der Fertigungsanlagen und deren Fähigkeit zur Selbstorganisation lassen sich die Produktionsabläufe individuell und flexibel modellieren. Es entsteht die Möglichkeit, Individualprodukte und Kleinserien mit intelligenter Automation in einem Kostenrahmen zu produzieren, der in konventionellen Fertigungsanlagen nur bei der Massenproduktion zu erreichen ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der so genannten Mass Customization (kundenindividuelle Massenproduktion). Durch die Angabe der Ziele wie Menge, Abmessungen und Funktion eines Produkts findet die Produktionsumgebung selbstständig die optimalen Fertigungsschritte und Produktionsprozesse.

Komponenten und Werkzeuge der Smart Factory

Die wichtigsten Komponenten und Werkzeuge in einer Smart Factory sind:

  • cyber-physische Systeme (CPS – Cyber Physical Systems)
  • moderne und leistungsfähige Informations- und Kommunikationstechnik
  • Big-Data-Technologien
  • embedded Systems zur Steuerung und Überwachung der Smart Factory und des Produktionsprozesses
  • Services des Cloud Computing
  • flexible und intelligente Logistiksysteme
  • drahtlose Kommunikationstechniken wie Bluetooth oder RFID (Radio Frequency Identification)

Die cyber-physischen Systeme sind für die Vermittlung zwischen realen und virtuellen Komponenten verantwortlich. Sie bilden die Schnittstelle zwischen der Hardware und der Intelligenz in der Smart Factory und sind hohen physischen Anforderungen ausgesetzt. Für den Datenaustausch sind die Systeme mit Sensor-, Prozessor- und Funktechnik ausgestattet. Aufgrund der riesigen Datenmengen, die in einer Smart Factory über den kompletten Fertigungsprozess anfallen, sind Technologien aus dem Big-Data-Umfeld zu implementieren. Große Datenmengen, oft in unstrukturierter Form, sind zu speichern und zu verarbeiten. Kurze Zugriffszeiten und eine performante Datenverarbeitung sind Grundlage für das Konzept der Smart Factory.

Die Rolle des Menschen in der Smart Factory

Auch wenn die Smart Factory sich selbst organisiert und komplette Fertigungsprozesse automatisiert zur Verfügung stellt, spielt der Mensch noch eine zentrale Rolle. Er muss zwar nicht mehr in den eigentlichen Fertigungsprozess eingreifen, hat aber Funktionen in der Kontrolle und Optimierung der Abläufe. Zudem leistet er das grundlegende Design der Smart Factory und stimmt Schnittstellen zu externen Systemen oder anderen smarten Fabriken ab. Wichtiges Arbeitsmittel für den Menschen in der Smart Factory ist die Technologie der virtuellen Realität. Sie gestattet ihm, ohne direkten physischen Kontakt zu den Anlagen virtuell auf alle Systeme einzuwirken.

Die Vorteile einer Smart Factory

Im Vergleich zu herkömmlichen Produktionsverfahren und Fertigungsanlagen bietet die Smart Factory eine Vielzahl Vorteile. Diese Vorteile sind unter anderem:

  • schlanke und optimierte Prozesse
  • geringere Produktionskosten
  • kürzere Produktionszeiten
  • Produktion von Individualprodukten zu Preisen von Massenprodukten
  • Steigerung der Produktivität
  • niedrigere Lagerhaltungskosten
  • transparente Lieferkette
  • automatisierte, effiziente Bestellprozesse
  • geringerer Personalaufwand in der Produktion
  • höhere Flexibilität in der Produktion
  • kürzere Markteinführungszeiten für neue Produkte
  • schnelle Umsetzung von Innovationen
  • schnelle Anpassung an neue oder veränderte Produktanforderungen
  • verbrauchsgesteuerte Versorgung der Produktion
  • gesteigerte Liefertreue
  • agile Reaktion des Produktionsprozesses auf Schwankungen im Marktbedarf

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