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Expertenbeitrag

Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde

Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik

Smart Factory Smart Factory: Definition, Beispiel & Industrie 4.0 Technologien

Die Smart Factory ist die Vision einer Produktionsumgebung, in der sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe organisieren. Jetzt weiterlesen und durch Anwendungsbeispiele aus der Automobilindustrie den Aufbau der intelligenten Fabrik erfahren!

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Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) ermöglichen es, Material und Werkzeuge flexibel durch die Smart Factory zu transportieren.
Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) ermöglichen es, Material und Werkzeuge flexibel durch die Smart Factory zu transportieren.
(Bild: Fraunhofer-IPA)

Eine Produktionsumgebung, in der sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe selbst organisieren, ist keine Vision mehr. Während verschiedene Modellfabriken das Machbare darstellen, verdeutlichen viele Unternehmen mit Beispielen bereits praktisch, wie die Smart Factory funktioniert.

Die technischen Grundlagen, auf deren Basis die Smart Factory – also die intelligente Fabrik – funktioniert, sind cyber-physische Systeme, welche mit Hilfe des Internets der Dinge und Dienste miteinander kommunizieren. Ein wichtiger Teil dieses Prozesses ist dabei der Datenaustausch zwischen dem Produkt und der Fertigungsanlage. Anhand der Fertigungsinformationen, die das Produkt beispielsweise auf einem RFID-Chip in maschinell lesbarer Form bereitstellt, kann der Weg des Produktes durch die einzelnen Fertigungsschritte gesteuert werden. Auch andere Übertragungstechniken, wie WLAN oder QR-Codes, sind möglich. Soweit die Theorie.

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Optimierter Teiletransport in Servo-Pressenlinien dank Vernetzung

Die Smart Factory ist das Kernelement von Industrie 4.0. Entscheidend bei der Gestaltung einer Smart Factory in der Praxis ist dabei, dass alle Elemente der Fabrik – Werkzeuge, Produkte und die Anlagentechnik – mit integrierter Rechenleistung ausgestattet sind. So können die Daten erfasst, verarbeitet und weitergeleitet werden. Die Datenerfassung und Steuerung der Produktion erfolgt in Echtzeit. Entsprechend kann beispielsweise ein Blechteil der Pressenstraße mitteilen, welcher Fertigungsschritt ausgeführt werden muss.

In Servo-Pressenlinien des Göppinger Pressenbauers Schuler sind etwa 30 Industrie-PC miteinander vernetzt. Diese realisieren den automatischen und sicheren Teiletransport von einer Pressenstufe zur nächsten. Doch auch Einzelpressen, Platinenschneidanlagen mit Laser und verschiedene Automationskomponenten verfügen bereits über die nötigen Schnittstellen für eine übergreifende Vernetzung.

Doch bevor der Teiletransport stattfindet, muss klar sein, mit welcher Geschwindigkeit das Blech maximal umgeformt werden kann. Hier liefert die Umformsimulation entsprechende Informationen zur virtuellen Optimierung der gesamten Anlage. Lange bevor die Werkzeugsätze eingespannt werden, produziert ein virtuelles Abbild der Presse also schon ein Teil nach dem anderen. Dank der Simulation der gesamten Anlage einschließlich aller Pressenstufen und Automationskomponenten lässt sich so die Zeit für den Teiletransport minimieren.

Fahrerlose Transportsysteme für eine individuelle Fertigung

Die Logistiktechnik muss sich flexibel und automatisch an dieses Umfeld anpassen. Eine Technologie, die hierfür an Bedeutung gewinnt, sind fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF). Anders als Montagebänder können sie die Bauteile flexibel von Station zu Station bringen, ohne dabei eine bestimmte Reihenfolge einzuhalten. „Damit das FTF weiß, wohin es fahren muss, sind sensorbasierte Umgebungserkennungen und -karten sowie die Anbindung an eine Cloud erforderlich“, so das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Hier entwickeln Wissenschaftler seit mehreren Jahren FTF für unterschiedliche Anwendungen. Mit dem Übertragen des Gedankens einer Smart Factory auf die Logistik entstehen neue Logistiksysteme, die vernetzt sind. Entsprechend muss das Zusammenspiel von Industrie 4.0 und der Transportlogistik für diese Szenarien sichergestellt werden.

Smart Factory schafft neue Ideen für den Teiletransport in der Automobilindustrie

Im mexikanischen San José Chiapa, nordöstlich von Puebla, eröffnete der Automobilhersteller Audi im September 2016 eine neue Produktionsstätte für die Q5-Fertigung. Im zentralen Produktionsleitstand arbeiten insgesamt 105 Mitarbeiter aus verschiedenen Fachbereichen und kontrollieren die Entstehung des neuen Audi Q5 aus der Vogelperspektive. „Der zentrale P-Leitstand ist der modernste im Audi-Produktionsverbund und steht sinnbildlich für die Audi Smart Factory“, sagt Prof. Dr. Hubert Waltl, Vorstand für Produktion und Logistik bei der Audi AG.

Immer kürzere Fertigungszyklen, eine zunehmende Individualisierung der Produkte und ein geforderter steigender Durchsatz sind beherrschende Themen der Produktion. Das hat auch in der Automobilindustrie Auswirkungen auf die Produktionsprozesse und die angegliederten Logistiksysteme.

Fest steht: Die für die Produktion benötigten Materialien müssen stets pünktlich, in der geforderten Qualität und flexibel bereitgestellt werden. Hier arbeitet beispielsweise Audi gezielt am Einsatz neuer automatisierter Transportsysteme, die sich dank Laserscannern selbstständig orientieren. Im Güterverkehrszentrum (GVZ), das unmittelbar an das Audi-Stammwerk in Ingolstadt angrenzt, laufen Versuche mit Transportsystemen, wie autonomen Staplern und fahrerlosen Flurförderzeugen (FFFZ). Eine Ergänzung zu diesen neuen Transportsystemen könnten aus Sicht von Audi auch Transportdrohnen sein, die in der Lage sind, dringend benötigte Teile in kürzester Zeit auf dem Luftweg ans Fertigungsband zu bringen. Vor kurzem hat Audi im Werk Ingolstadt an einem arbeitsfreien Tag dazu bereits erfolgreiche Testflüge unternommen.

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Standardisierte Schnittstellen für den Datenaustausch schaffen

Industrie 4.0 macht es erforderlich, dass die Unternehmen ihre Betriebsmittel, Maschinen und Logistiksysteme zunehmend in cyber-physischen Systemen vernetzen. Für die daraus entstehende Smart Factory bedeutet das: Die intelligenten Produkte sind identifizierbar, jederzeit lokalisierbar und kennen ihre Historie, ihren aktuellen Zustand sowie die möglichen Optionen auf dem Weg zum Produkt-Finishing. Zudem sind die smarten Produktionssysteme mit betriebswirtschaftlichen Prozessen innerhalb des Unternehmens sowie mit externen Wertschöpfungsnetzwerken vernetzt.

Vor diesem Hintergrund ist die Schaffung von Standards zur Kommunikation zwischen der Steuerungslogik, den Maschinen und den Bedienern der Produktionsanlagen und Logistiksysteme eine der zentralen Herausforderungen.

Logistik, Produktion und Handling im Fokus

In dem Forschungsprojekt Smarpro (Smart Assistance for Humans in Production Systems), welches vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Ausschreibung „Virtuelle Techniken für die Fabrik der Zukunft – Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ gefördert wird, sollen hierfür Lösungen entwickelt werden. Konkret geht es darum, virtuelle Technologien zu entwickeln, die es ermöglichen, Betriebsdaten in Fabriken standardisiert zu erfassen, zu verarbeiten und die Information zielgerichtet dem Menschen zur Verfügung zu stellen. Basierend auf einer stärkeren Kopplung von Produktionstechnik und IT stehen dabei vor allem die Bereiche Logistik, Produktion und Handling im Fokus.

Ob in der Industrie oder der Wissenschaft – Ideen, Lösungsansätze und Umsetzungen für die Smart Factory gibt es bereits einige, so unter anderem die „E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion“ am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz. Mit Blick auf den ganzheitlichen Ansatz der Thematik unterstreicht Prof. Matthias Putz, Institutsleiter Wissenschaftsbereich Werkzeugmaschinen, Produktionssysteme und Zerspanungstechnik am IWU: „Wichtig ist, dass die Produktionstechnik enger als bisher mit der Logistik vernetzt ist.

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Das kann die Smart Factory

In der intelligenten Fabrik steuern sich alle Objekte durch den eigenständigen Daten- und Informationsaustausch gegenseitig. Die smarten Produktions- und Logistiksysteme sind mit betriebswirtschaftlichen Prozessen innerhalb des Unternehmens sowie mit externen Wertschöpfungsnetzwerken vernetzt.

Daraus ergeben sich vielfältige Möglichkeiten:

  • Die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Wertschöpfungsprozesse wird möglich.
  • Individuelle Kundenwünsche können flexibel und kurzfristig umgesetzt werden.
  • Die Fabrik der Zukunft kann auf kurzfristige Änderungen und Störungen reagieren.

* Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde ist Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik in 99094 Erfurt, Tel. (03 61) 78 94 46 95, info@bose-munde.de

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