Smart Factories: die intelligenten Fabriken der Zukunft

Smart Factories sind zu einem wichtigen Akteur in der Lieferkette geworden. Rapider technologischer Fortschritt, Wettbewerbsdruck und die Fragmentierung von Nachfrage und Produktion auf globaler Ebene beschleunigen den Wandel der Fabriken, die durch Automatisierung und Digitalisierung intelligent werden wollen.

Laut der Smart Factory Studie von Deloitte und MAPI (Manufacturer's Alliance for Productivity and Innovation) glauben 86 % der Hersteller, dass die Fähigkeit, konventionelle Produktionsanlagen in intelligente Fabriken umzuwandeln, entscheidend für die Verbesserung ihrer Wettbewerbsfähigkeit sein wird.

Was sind die Besonderheiten dieser intelligenten Fabriken und wie verhalten sie sich zu den anderen Gliedern der Lieferkette? Wir werden dies im Folgenden analysieren.

Was sind Smart Factories?

Das Konzept einer Smart Factory bezieht sich auf die Anwendung der neuesten Robotertechniken und den Einsatz digitaler Systeme bei der Steuerung und Ausführung der industriellen Produktionsprozesse. In einer intelligenten Fabrik wird eine große Menge an Daten verwaltet. Diese stammt sowohl von den in die Maschinen integrierten Sensoren als auch von verschiedenen Softwares, die die Operationen innerhalb und außerhalb der Fabrik koordinieren.

Ziel ist es, die Produktivität zu steigern, indem der Bedarf an kontinuierlicher menschlicher Überwachung begrenzt wird. Um technische Ausfälle zu vermeiden, müssen intelligente Fabriken in der Lage sein, ihre Produktion an eine sich ändernde Nachfrage anzupassen, auf die dringenden Bedürfnisse der Supply Chain zu reagieren und Abweichungen in den Prozessen zu korrigieren. Dies wird erreicht durch die Nutzung von Big Data und die Integration von Technologien, wie IIoT-Sensoren (Industrial Internet of Things), oder digitalen Simulationen, wie die „digital Twins“.

Eigenschaften von intelligenten Fabriken: die Vorteile

Smart Factories gehen einen Schritt weiter in der Verwaltung von Produktionsprozessen. Intelligente Fabriken sind durch:

- Eine flexible und agile Produktion

Die Neugestaltung von Produktionsketten und die Änderung des Betriebssystems von Industriemaschinen hat erhebliche finanzielle und operative Auswirkungen. Es handelt sich also um komplexe Entscheidungen, die eine eingehende Analyse und Prüfung erfordern, um Fehlentscheidungen zu vermeiden.

Die flexible Anpassungsfähigkeit von Smart Factories erklärt sich durch den systematischen Einsatz von Programmen, wie dem „digitalen Zwilling“. Mit dieser Software können neue Produktionsprozesse digital simuliert und ihre Wirksamkeit überprüft werden, bevor sie physisch umgesetzt werden.

Des Weiteren erleichtert der 3D-Druck die rasche Entwicklung von Prototypen und Produktmodifikationen vor dem Start der Serienfertigung. So ermöglicht die Technologie eine abwechslungsreiche Gestaltung der Produktionsaufgaben bei gleichzeitiger Minimierung der Risiken.

- Intelligente Robotiklösungen

Damit eine Smart Factory ihr komplettes Potenzial der Anpassungsfähigkeit erreicht, braucht sie neben den oben erwähnten digitalen Technologien auch automatisierte Systeme. Im Smart Manufacturing müssen Industriemaschinen von starren Systemen, die begrenzte Bewegungen ausführen, zu vielseitigeren Systemen, die mit ihrer Umgebung interagieren können, weiterentwickelt werden. Dies wäre z. B. bei der Implementierung von Cobots (kollaborativen Robotern) oder autonomen mobilen Robotern in Produktionsaufgaben der Fall.

Auf der anderen Seite überwachen in Smart Factories Kontrollinstrumente die gesamte Produktion und sammeln Daten in Echtzeit mit Hilfe verschiedener Sensoren. Diese Informationen werden verwendet, um Prozesse zu optimieren: sie erlauben zum Beispiel, die Menge der verwendeten Rohstoffe maximal anzupassen oder durch die Steigerung der Effizienz bei den Bewegungen der Maschinen Energie einzusparen.

- Sichere und effizientere Prozesse

Die Automatisierung industrieller Prozesse minimiert menschliche Eingriffe, was die Häufigkeit von Verletzungen und Muskel-Skelett-Erkrankungen bei Arbeitern verringert. Darüber hinaus sind die Maschinen mit fortschrittlichen Sensoren und Sicherheitsprotokollen ausgestattet, die Risiken für das Personal verringern.

Außerdem verfügen Smart Factories über detaillierte Pläne für die vorbeugende Instandhaltung von automatisierten Installationen, die versuchen, die Anzahl der technischen Unterbrechungen während der Produktion zu begrenzen. Tatsächlich ist dieser Bereich einer der vielversprechendsten für die Entwicklung von Applikationen mit Machine Learning, da Pannen und Ausfälle die Effizienz beeinträchtigen und die Produktionszeiten verlängern.

- Die Verwendung von Daten bei der Entscheidungsfindung

Smart Factories haben eine größere Kapazität, Informationen aus der realen Welt zu sammeln und sie im digitalen Bereich zu verarbeiten. Intelligente Fabriken agieren nicht als isolierte Einheiten: aufgrund der Integration verschiedener Systeme (hauptsächlich MES, ERP und LVS) und des hohen Spezialisierungsgrades der einzelnen Systeme werden mehr Daten ausgetauscht und analysiert.

Infolgedessen werden in Smart Factories die Prozesse besser kontrolliert, und es wird ein relevantes technisches Wissen generiert, das für die strategische Entscheidungsfindung sehr nützlich ist.

Die Beziehung zwischen Lager und Smart Factory

Die Wettbewerbsvorteile der Smart Factories laufen Gefahr sich zu verlieren, wenn sie keinen Verbündeten auf der Suche nach Effizienz haben: das Lager. Wie kann eine optimale Koordination zwischen intelligenten Fabriken und Lagern erreicht werden? Ideale Lageranlagen müssen folgende Punkte gewährleisten:

- Automatisierte Lastenbeförderung

In der Produktionslogistik ist es üblich, Lagerhäuser in der Nähe der Fabriken zu betreiben. Diese sind für die Lagerung von halbfertigen Produkten, die Verwaltung des Fertigprodukts sowie die Vorbereitung und den Versand an den Endkunden verantwortlich. Der interne Warenfluss zwischen den beiden Einrichtungen ist weitgehend vorhersehbar, was die Automatisierung dieser Lager sehr kosteneffizient macht.

Der Einsatz automatischer Systeme endet daher nicht in den Smart Factories, sondern setzt sich in den Lagern fort: Palettenfördertechniken und Regalbediengeräte sind für das Handling der Lasten und den Transport von den Produktionslinien zu den Lagerregalen zuständig. Ein Beispiel ist das Lagerhaus, das Mecalux für DAFSA gebaut hat, einen Hersteller von Säften, Gemüsecremesuppen und Mandelgetränken, der über die modernste Verarbeitungsanlage Europas verfügt.

- Vollständige Rückverfolgbarkeit von Teil- und Komponentenbeständen

Je nach Art der Produktion können Lagerhäuser Bestände mit Tausenden von verschiedenen Referenzen unterbringen, die in verschiedenen Phasen der Herstellung verwendet werden. Einige SKU sind Endprodukte, die von der Fabrik geliefert werden, andere sind Teile oder Rohstoffe, die in den Produktionslinien verwendet werden. Das Lager muss darauf vorbereitet sein, den Lagerbestand jeder Referenz und deren Standort zu kontrollieren, um eine intelligente Fabrik ohne Probleme zu versorgen.

Ein exemplarisches Beispiel für diese Situation ist das Lager von GKN Driveline, einem Unternehmen, das Bauteile für die Automobil- und Luftfahrtindustrie herstellt und vertreibt. Mecalux richtete zwei automatisierte Lager für Kisten ein: eines für die Versorgung der Fabrik und das andere für die Vorbereitung und den Versand von Ersatzteilbestellungen für Kunden. GKN Driveline war mit einem sehr hohen Lagerbestand von etwa 5.000 Referenzen konfrontiert und erreichte dank des Lagerverwaltungssystems Easy WMS eine lückenlose Rückverfolgbarkeit aller Teile.

- Übersicht über Fertigungs- und Logistikprozesse

Materialflüsse zwischen Einrichtungen sind genauso wichtig wie Datenflüsse zwischen Systemen. Sie können nicht voneinander getrennt werden, sodass das Aufbrechen der Informationsblöcke für Smart Factories unerlässlich wird. In Bezug auf das Lager ist es notwendig, das LVS mit der übrigen Software des Unternehmens zu integrieren, da auf diese Weise der Warenein- und -ausgang kontrolliert werden kann, sodass es keine Unterbrechungen oder Fehler bei der Lieferung von Materialien gibt

Jedoch sind nicht alle LVS mit diesen Anforderungen vereinbar, da sie in ihrem Spezialisierungsgrad noch einen Schritt weitergehen müssen. Das Easy WMS von Mecalux verfügt über ein Produktionsmodul, das seine Funktionen erweitert, um den spezifischen Bedürfnissen des Produktionssektors gerecht zu werden.

Hersteller vor der Herausforderung sich in Smart Factories umzuwandeln

Laut dem Bericht „Smart factories at scale" des Capgemini Research Institute wenden Unternehmen bereits in 30 % ihrer Prozesse Strategien des Smart Manufacturing an und haben weitere Pläne diese Initiativen auszuweiten, um in den kommenden Jahren 40 % mehr Operationen abzudecken. Es überrascht nicht, dass 68 % der befragten Hersteller angeben, dass sie in ihren Produktionsstätten intelligente Fertigungsprojekte im Gange haben.

Diese Daten zeigen einen klaren Aufwärtstrend, jedoch ist er immer noch schleichend und schrittweise. Smart Factories bringen viele Herausforderungen mit sich, die in vielen Fällen ernsthafte Hindernisse für ihre schnelle Entwicklung darstellen. Zum Beispiel ist die Cybersicherheit für 46 % der Befragten ein Problem, ebenso klagen 51 % der Befragten über das Fehlen technischer Fähigkeiten, die zur Entwicklung von Integrationen benötigt werden (oft aufgrund der Knappheit ausgebildeten Personals, das wertvolle Talent 4.0).

Im Bereich der Lagerlogistik gibt es ähnliche Probleme, jedoch beschleunigen die unaufhaltsamen Veränderungen im Zusammenhang mit der Logistik 4.0 die Umgestaltung der Lagerhäuser, um so ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Wenn Sie eine spezialisierte Beratung zu Softwarelösungen oder Logistikautomatisierung wünschen, kontaktieren Sie uns. Seit mehr als 50 Jahren optimieren wir die Logistik von Unternehmen aller Art.