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Smart Factory: So funktioniert die Fabrik der Zukunft

Die sich selbst organisierende Fertigung – sie steht in den Startlöchern. Als Smart Factory verändert sie im Zuge der Industrie 4.0 traditionelle Herstellungsprozesse radikal. Die Produktion wird sich weiter beschleunigen und noch flexibler werden. Ein Ausblick in die nicht mehr allzu ferne Zukunft.
Smart Factory: So funktioniert die Fabrik der Zukunft Die Smart Factory ist ein elementares Ziel der Industire 4.0. (© 2016 vectorfusionart/Shutterstock)

Smart Factory: Schneller und individueller herstellen

Mit der Industrie 4.0 erhöht sich die Schlagzahl in der Produktentwicklung. Das heißt, computergesteuerte und per Internet verknüpfte Prozesse beschleunigen den Ausstoß und verkürzen die Reifezeit von Gütern. Und nicht nur das. Die moderne Fertigung erlaubt auch etwas, das früher selten, teuer oder überhaupt nicht möglich war: individuell hergestellte Ware nach Kundenwunsch. Natürlich ist das in traditionell organisierten Betrieben kaum umzusetzen. In einer Smart Factory aber schon.

Sie ist ein Ziel des digitalen Wandels, der den deutschen Mittelstand vorantreibt. Auch wenn Sie erst vereinzelt Realität geworden ist, so gibt es doch klare Vorstellungen davon, wie eine solche Fertigung aussehen wird.

Kommunikation ist alles

Ihre Basis sind sogenannte selbstorganisierende Strukturen. Einfacher ausgedrückt: Die Maschinen denken mit. Mehr noch, auch die Werkstücke auf dem Fließband tun das.

Jeder technische Bestandteil einer Smart Factory weiß, woher er kommt und wohin er geht. Er hat also praktisch ein Gedächtnis, in dem sein Auftraggeber und Kunde, aktueller Standort und seine nächste Station abgelegt sind. Der Clou: Alle Maschinen und ihre Produkte stehen miteinander in Kontakt und wissen, was sie wann, wie und wo zu tun haben.

Das bringt allein im normalen Produktionsverlauf Vorteile. Erst recht aber, wenn der mal nicht rund läuft. In einem solchen Fall organisiert sich die Herstellung quasi neu und passt sich den Umständen flexibel an. Dann werden beispielsweise ausgefallene Apparate ignoriert und der Fertigungsprozess konzentriert sich auf funktionierende Anlagen. Oder die Reihenfolge von Arbeiten wird umgestellt – selbst verwaltet und ohne eine zentrale Steuerung.

Die Kommunikation zwischen Maschinen und Produkten läuft über spezielle Funkstandards. Dabei muss der Austausch nicht auf eine Smart Factory allein beschränkt bleiben. So erlauben entsprechende Schnittstellen die Kooperation entfernter Standorte miteinander. Das erhöht die Effektivität hinsichtlich weiterer Verarbeitungsschritte.

CPS: Grundlage der Smart Factory

Grundlage dafür sind Cyber-physische Systeme (CPS). Sie übernehmen die Vermittlung zwischen realen, also phsysischen sowie virtuellen (cyber) Elementen. Und deren Hardware muss ganz schön was aushalten. Schließlich ist sie in Produktionsprozessen zuweilen hohen Temperaturen oder Drücken ausgeliefert.

Damit dabei nichts kaputtgeht, kommen verschiedene Methoden zum Zug. So werden die elektronischen Bauteile beispielsweise direkt eingegossen oder während eines 3D-Druckverfahrens integriert. Neben den Werkstücken erhalten auch die Maschinen und sogar Transportbehälter Funk-, Prozessor- und Sensortechnik für den Datenaustausch.

Damit die Smart Factory vollständig smart wird, braucht es aber noch mehr als intelligente Kommunikation und Herstellungsverfahren. Zusätzlich muss sich die komplette Fabrik selbst organisieren. Das heißt, gemäß wechselnder Anforderungen passen die beteiligten Maschinen einerseits ihre Arbeitsschritte sowie -weise an und gestalten andererseits auch ihre Produktionsstraße neu.

Noch passiert das in der Regel per Hand, indem Menschen die Apparate entsprechend positionieren, verbinden sowie mit den erforderlichen Daten füttern. Künftig aber soll jede Maschine selbst merken, wo ihr Platz in der Herstellung ist.

Was macht der Mensch?

Das zeigt, dass noch viel Grundlagenarbeit und wissenschaftliche Forschung zu leisten sind, bis die Smart Factory zum industriellen Alltag gehört. Eine entscheidende Zukunftsfrage wird dabei sein, wie der Mensch in dieses digitale Miteinander der Hardware einzubinden ist. Bei der Antwort darauf werden ebenfalls Flexibilität und Selbstorganisation eine große Rolle spielen.

Wie sieht das praktisch aus? In erster Linie geht es um die technische Ausstattung. Schon jetzt bewegen sich viele Beschäftigte mit mobilen Endgeräten durch die Fertigungsstraßen, kontrollieren und optimieren dortige Abläufe. Das wird künftig noch intensiver geschehen. Ziel ist eine stärkere Vernetzung und Kommunikation mit Objekt- und Anlagendaten. Nach derzeitigem Stand bieten sich dafür vor allem Tablet-Computer an.

Aber auch der Einsatz von Virtual Reality (VR) wird zunehmen. Sowohl bei der Planung und Konzeption einer Smart Factory als auch bei der Produktentwicklung. Die Ergebnisse finden mittels Computern direkt Eingang in die weiteren Prozesse.

Nicht zu vergessen: Die Arbeitszeit wird nicht mehr von starren Strukturen bestimmt. Stattdessen passt sie sich dem tatsächlichen Bedarf an. Die Mitarbeiter stimmen Ihre Einsätze miteinander ab und können ihre Freizeit flexibler gestalten.

Es gibt sie schon

Was noch wie Science Fiction klingen mag, ist teilweise schon Realität. So haben bereits Siemens und Audi eigene Vorstellung einer Smart Factory umgesetzt. Aber nicht nur die "Großen" treiben die Entwicklung voran. Auch Mittelständler wie die Wittenstein AG. Der Spezialist für mechatronische Antriebstechnik hat eine "Innovationsfabrik" aufgebaut. Dort findet der gesamte Wertschöpfungs Prozess von der Entwicklung bis zum fertigen Produkt statt. In einen Radius von 30 Metern.

Weiterführende Links:

  • Industrie 4.0 revolutioniert die industrielle Produktion. Wir verraten Ihnen, was das Konzept der Smart Factory für Ihre Mitarbeiter bedeutet.
  • Die Transformation zur Smart Factory ist im vollen Gang: Der weltweite Absatz der Industrie-Roboter hat ein neues Rekordniveau erreicht. Warum intelligente Roboter auch deutsche Fabriken revolutionieren.
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Die sich selbst organisierende Fertigung – sie steht in den Startlöchern. Als Smart Factory verändert sie im Zuge der Industrie 4.0 traditionelle Herstellungsprozesse radikal. Die Produktion wird sich weiter beschleunigen und noch flexibler werden. Ein Ausblick in die nicht mehr allzu ferne Zukunft.
Smart Factory: So funktioniert die Fabrik der Zukunft Die Smart Factory ist ein elementares Ziel der Industire 4.0. (© 2016 vectorfusionart/Shutterstock)

Smart Factory: Schneller und individueller herstellen

Mit der Industrie 4.0 erhöht sich die Schlagzahl in der Produktentwicklung. Das heißt, computergesteuerte und per Internet verknüpfte Prozesse beschleunigen den Ausstoß und verkürzen die Reifezeit von Gütern. Und nicht nur das. Die moderne Fertigung erlaubt auch etwas, das früher selten, teuer oder überhaupt nicht möglich war: individuell hergestellte Ware nach Kundenwunsch. Natürlich ist das in traditionell organisierten Betrieben kaum umzusetzen. In einer Smart Factory aber schon.

Sie ist ein Ziel des digitalen Wandels, der den deutschen Mittelstand vorantreibt. Auch wenn Sie erst vereinzelt Realität geworden ist, so gibt es doch klare Vorstellungen davon, wie eine solche Fertigung aussehen wird.

Kommunikation ist alles

Ihre Basis sind sogenannte selbstorganisierende Strukturen. Einfacher ausgedrückt: Die Maschinen denken mit. Mehr noch, auch die Werkstücke auf dem Fließband tun das.

Jeder technische Bestandteil einer Smart Factory weiß, woher er kommt und wohin er geht. Er hat also praktisch ein Gedächtnis, in dem sein Auftraggeber und Kunde, aktueller Standort und seine nächste Station abgelegt sind. Der Clou: Alle Maschinen und ihre Produkte stehen miteinander in Kontakt und wissen, was sie wann, wie und wo zu tun haben.

Das bringt allein im normalen Produktionsverlauf Vorteile. Erst recht aber, wenn der mal nicht rund läuft. In einem solchen Fall organisiert sich die Herstellung quasi neu und passt sich den Umständen flexibel an. Dann werden beispielsweise ausgefallene Apparate ignoriert und der Fertigungsprozess konzentriert sich auf funktionierende Anlagen. Oder die Reihenfolge von Arbeiten wird umgestellt – selbst verwaltet und ohne eine zentrale Steuerung.

Die Kommunikation zwischen Maschinen und Produkten läuft über spezielle Funkstandards. Dabei muss der Austausch nicht auf eine Smart Factory allein beschränkt bleiben. So erlauben entsprechende Schnittstellen die Kooperation entfernter Standorte miteinander. Das erhöht die Effektivität hinsichtlich weiterer Verarbeitungsschritte.

CPS: Grundlage der Smart Factory

Grundlage dafür sind Cyber-physische Systeme (CPS). Sie übernehmen die Vermittlung zwischen realen, also phsysischen sowie virtuellen (cyber) Elementen. Und deren Hardware muss ganz schön was aushalten. Schließlich ist sie in Produktionsprozessen zuweilen hohen Temperaturen oder Drücken ausgeliefert.

Damit dabei nichts kaputtgeht, kommen verschiedene Methoden zum Zug. So werden die elektronischen Bauteile beispielsweise direkt eingegossen oder während eines 3D-Druckverfahrens integriert. Neben den Werkstücken erhalten auch die Maschinen und sogar Transportbehälter Funk-, Prozessor- und Sensortechnik für den Datenaustausch.

Damit die Smart Factory vollständig smart wird, braucht es aber noch mehr als intelligente Kommunikation und Herstellungsverfahren. Zusätzlich muss sich die komplette Fabrik selbst organisieren. Das heißt, gemäß wechselnder Anforderungen passen die beteiligten Maschinen einerseits ihre Arbeitsschritte sowie -weise an und gestalten andererseits auch ihre Produktionsstraße neu.

Noch passiert das in der Regel per Hand, indem Menschen die Apparate entsprechend positionieren, verbinden sowie mit den erforderlichen Daten füttern. Künftig aber soll jede Maschine selbst merken, wo ihr Platz in der Herstellung ist.

Was macht der Mensch?

Das zeigt, dass noch viel Grundlagenarbeit und wissenschaftliche Forschung zu leisten sind, bis die Smart Factory zum industriellen Alltag gehört. Eine entscheidende Zukunftsfrage wird dabei sein, wie der Mensch in dieses digitale Miteinander der Hardware einzubinden ist. Bei der Antwort darauf werden ebenfalls Flexibilität und Selbstorganisation eine große Rolle spielen.

Wie sieht das praktisch aus? In erster Linie geht es um die technische Ausstattung. Schon jetzt bewegen sich viele Beschäftigte mit mobilen Endgeräten durch die Fertigungsstraßen, kontrollieren und optimieren dortige Abläufe. Das wird künftig noch intensiver geschehen. Ziel ist eine stärkere Vernetzung und Kommunikation mit Objekt- und Anlagendaten. Nach derzeitigem Stand bieten sich dafür vor allem Tablet-Computer an.

Aber auch der Einsatz von Virtual Reality (VR) wird zunehmen. Sowohl bei der Planung und Konzeption einer Smart Factory als auch bei der Produktentwicklung. Die Ergebnisse finden mittels Computern direkt Eingang in die weiteren Prozesse.

Nicht zu vergessen: Die Arbeitszeit wird nicht mehr von starren Strukturen bestimmt. Stattdessen passt sie sich dem tatsächlichen Bedarf an. Die Mitarbeiter stimmen Ihre Einsätze miteinander ab und können ihre Freizeit flexibler gestalten.

Es gibt sie schon

Was noch wie Science Fiction klingen mag, ist teilweise schon Realität. So haben bereits Siemens und Audi eigene Vorstellung einer Smart Factory umgesetzt. Aber nicht nur die "Großen" treiben die Entwicklung voran. Auch Mittelständler wie die Wittenstein AG. Der Spezialist für mechatronische Antriebstechnik hat eine "Innovationsfabrik" aufgebaut. Dort findet der gesamte Wertschöpfungs Prozess von der Entwicklung bis zum fertigen Produkt statt. In einen Radius von 30 Metern.

Weiterführende Links:

  • Industrie 4.0 revolutioniert die industrielle Produktion. Wir verraten Ihnen, was das Konzept der Smart Factory für Ihre Mitarbeiter bedeutet.
  • Die Transformation zur Smart Factory ist im vollen Gang: Der weltweite Absatz der Industrie-Roboter hat ein neues Rekordniveau erreicht. Warum intelligente Roboter auch deutsche Fabriken revolutionieren.
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