Stau auf dem Weg zur Smart Factory

Auf dem Weg zur Industrie 4.0 fehlt im Mittelstand oft das Know-how, um die Digitalisierungspotenziale im eigenen Betrieb zu beurteilen und zielgerichtet umzusetzen. Die Hürde für die Einführung neuer Technologien scheint dort besonders hoch zu sein – dabei kann man bereits mit kleinen Mitteln viel erreichen, wenn man an den richtigen Stellen ansetzt, ermittelte das Fraunhofer-Institut im Forschungsprojekt „Technologien und Lösungen für die digitalisierte Wertschöpfung“. Im Projekt ging es darum, praxisnahe Anwendungen im Produktions- und Logistikumfeld zu entwickeln, die unkompliziert nutzbar sind und so den Weg in Richtung „Industrie 4.0“ ebnen.

Auch der Forschungsbeirat der Plattform „Industrie 4.0/Acatech“ zeigt im frei zugänglichen Leitfaden „Künstliche Intelligenz (KI) zur Umsetzung von Industrie 4.0 im Mittelstand“ auf, warum Großunternehmen beim KI-Einsatz vielfach schon viel weiter sind als Mittelständler. Ein Grund: Die „smarte Fabrik“ erreicht man nicht allein durch einen smarten Materialfluss im Shopfloor, weiß Prof. Dr. Götz-Andreas Kemmner, Geschäftsführer der Unternehmensberatung Abels & Kemmner. Viel komme es auch auf die darüber liegende Planungsmetaebene an.

Die Smart Factory ist eine Produktionsumgebung, die sich im Idealfall ohne menschliches Eingreifen selbst organisiert. In ihr sind sowohl Fertigungsanlage integriert als auch Logistiksysteme. Zu ihren Kernkomponenten gehören cyberphysische Systeme und die intelligente Vernetzung.

Übergeordnete Steuerung nötig

Das Wesentliche ist laut Kemmner: Die Vision der Smart Factory sei es, vereinfacht gesagt, dass Bauteile, Material und Komponenten ihren Weg vom Lager oder Wareneingang durch Fertigung und Montage bis zum Versand automatisiert zurücklegen. Dies erfordert eine technische Kommunikation unter den Fertigungsanlagen, den Transportmitteln und den Lagersystemen – und eine übergeordnete Steuerung.

Das klingt einfacher, als es ist, denn dieses Szenario setzt eine umfangreiche Sensorik an den Anlagen und Transportmitteln ebenso voraus wie deren gezielte Steuerung. Dann kann man nicht nur automatisiert vordefinierte Routinen abfahren, sondern auch automatisch auf die unvermeidlichen Störungen am Equipment, an Werkzeugen oder Betriebsmitteln ebenso reagieren wie auf fehlende Materialien, Fertigungsfehler und andere Unwägbarkeiten.

„Über den Kampf an der Shopfloor-Front wird gerne die übergeordnete Planung der gesamten Abläufe in der Supply Chain und den Werteströmen als darüber liegende Metaebene vergessen“, so Kemmner weiter. „Dabei ist an dieser Stelle mit relativ wenig Geld viel Effizienzsteigerung und Automatisierung zu erreichen. Moderne Planungssysteme arbeiten selbst mit einem Digitalen Zwilling der gesamten Supply Chain, um Prozesse zu optimieren, bei Material- oder Ressourcenengpässen automatisch Maßnahmen zu ergreifen oder selbstständig Planungsstrategien und Parametereinstellungen zu ändern.“

In der Smart Factory kommen daher Sensoren und Aktoren zum Einsatz, die die Lücke zwischen der realen und der digitalen Welt schließen. Die Sensoren sammeln Informationen aus ihrer Umgebung und wandeln diesen Input in Daten um. Diese werden anschließend durch ein Steuergerät verarbeitet und über einen Aktor genutzt, der digital oder analog er­haltene Stellbefehle des Steuergeräts in mechanische Bewegungen oder andere physikalische Größen umwandelt, wie z.B. Druck oder Temperatur.

Schrauber, Kameras, Cobots und jahrzehntealte Präzisionsmaschinen: In Fabriken gilt es als besondere Herausforderung, neben modernen Maschinen auch alte „Schätzchen“ und Handarbeitsplätze digital anzubinden, weiß Oliver Hoffmann, Geschäftsführer von Forcam-Enisco. „Die Notwendigkeit für Unternehmen, ihre Produktion digital zu organisieren, um Standorte und Arbeitsplätze zu sichern, war nie größer. Dazu müssen sowohl heterogene Maschinen als auch Handarbeitsplätze digital angebunden werden. Nur so lassen sich die Vorteile der Smart Factory umfänglich nutzen.“

Das Ziel, fertigende Unternehmen bei ihren Digitalisierungsaufgaben voranzubringen, hat auch die Limburger German Edge Cloud (GEC), die auf Edge- und Cloud-Lösungen für industrienahe Anwendungen und Shopfloor-Apps spezialisiert ist. Die Saarbrücker Scheer Pas Deutschland GmbH liefert dazu im Rahmen einer Kooperation ihre Software-Plattform „Process Automation Suite (PAS)“ zu, die die Entwicklung und Integration digitaler Produktionsanwendungen sowie die Automatisierung von Fertigungsprozessen vereinfachen und beschleunigen soll.

Wertschöpfung mit IIoT

Beide Partner verfügen über fundierte Kenntnisse und Praxiserfahrungen der industriellen Automatisierungsprozesse, wobei Scheer „vor allem Expertise in den Bereichen ‚Applikationsentwicklung‘, ‚Integration‘ und ‚Prozessautomatisierung‘ einbringen“ will. „Gemeinsam verschaffen wir der fertigenden Industrie einen einfacheren Zugang zur Wertschöpfung mit Industrial Internet of Things (IIoT)“, sagt Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer, Gründer und Inhaber der Scheer Holding. „Davon profitiert vor allem der Mittelstand.“

Durch den Low-Code-Einsatz sollen auch Mitarbeiter in der Produktion außerhalb der IT-Abteilung in die Lage versetzt werden, fertigungsspezifische Anwendungen zu entwickeln und Produktionsprozesse zu automatisieren. Auf Basis der Plattform sollen neue Anwendungsservices flexibel vor Ort während des Produktionsprozesses angepasst und neu eingesetzt werden können, ohne die Fertigungsstraße anzuhalten (Zero-Downtime). Die Ingenieure an Ort und Stelle sollen dann selbstständig maßgeschneiderte Apps, Dashboards und neue Datenquellen via Low-Code-Editoren bauen und integrieren.

Industrie 4.0 realisieren Mittelständler vor diesem Hintergrund oft nur in Form von Einzelanwendungen, die alles andere als optimal in die Wertschöpfungskette eingebunden sind, ermittelte die Unternehmensberatung Roland Berger im Frühjahr 2021. „Obwohl die Digitalisierung in den meisten deutschen Unternehmen ganz oben auf der Agenda steht, existiert die digitale Fabrik bislang erst in Ansätzen“, beobachtet Oliver Knapp, Partner und Leiter der Innovationsplattform „Next Generation Manufacturing“ bei der Unternehmensberatung. „In den meisten Fällen sind die existierenden Anwendungen einzelfallbezogene Lösungen, entwickelt für ganz spezielle Aufgaben.“ Die Ursachen: Es fehle an einer Positionierung und an Strategien.