Was ist intelligente Fertigung?

Wenn wir von intelligenter Fertigung sprechen, sprechen wir eigentlich über Daten. Intelligente Fertigung nutzt Echtzeitdaten – und datengestützte Technologien wie KI und das IIoT –, um automatisch auf Veränderungen der Kundennachfrage und der Geschäftsanforderungen zu reagieren. Sie verwendet Daten von Maschinen und Sensoren, um die Produktion zu optimieren, die Qualität zu verbessern und den reibungslosen Betrieb der Anlagen zu gewährleisten. Und sie bezieht Daten aus der gesamten Lieferkette ein, um Störungen vorherzusehen, Probleme zu umgehen und die Versprechen des Unternehmens gegenüber den Kunden zu halten.

Definition von intelligenter Fertigung

Das NIST (National Institute of Standards and Technology) definiert intelligente Fertigung als: „vollständig integrierte, kollaborative Fertigungssysteme, die in Echtzeit auf sich ändernde Anforderungen und Bedingungen in der Fabrik, im Liefernetzwerk und bei den Kundenbedürfnissen reagieren“.

Intelligente Fertigung basiert auf Cloud-Konnektivität. Es handelt sich um eine Kombination aus menschlicher Kreativität, digital vernetzten Maschinen und Anlagen sowie KI-gestützten Systemen und Analysen. Die Integration von KI und intelligenten Tools fördert die Anpassungsfähigkeit und beschleunigt die Fähigkeit, Outputs auf der Grundlage von Echtzeitdaten und ‑informationen anzupassen. Die Transparenz, Agilität und Resilienz der intelligenten Fertigung macht sie zu einem Eckpfeiler effizienterer Modelle für Lieferketten und des gesamten Geschäftsbetriebs.

Erfahren Sie mehr über die Vorteile intelligenter Fertigung.

Geschichte: Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0

Industrie 4.0 bezieht sich auf die vierte industrielle Revolution. Das Wort „Revolution“ wird verwendet, weil jede industrielle Revolution von einer bahnbrechenden Technologie oder Erfindung ausgelöst wurde, die die gesamte industrielle Welt umwälzte oder „revolutionierte“. Bei der ersten industriellen Revolution war es Dampfkraft, bei der zweiten Elektrizität, bei der dritten grundlegende Automatisierung und Rechenleistung, und Triebfeder der vierten sind cyber-physische Systeme und intelligente Technologien.

Die intelligente Fertigung von heute bedeutet nicht, dass traditionelle Fabriken abgerissen und durch etwas anderes ersetzt werden. Es geht darum, bestehende Fabriken Schritt für Schritt zu optimieren und sie mit den besten Tools und Lösungen auszustatten, um Produktionsziele effizienter und effektiver zu erreichen.

Die fünf wichtigsten Vorteile der intelligenten Fertigung

Angesichts des beispiellosen Wettbewerbs müssen Unternehmen heute mehr als nur den Gewinn als Maßstab für Erfolg betrachten. Langfristige Stabilität und Kundentreue sind das Ergebnis von Vorteilen, die Auswirkungen auf Ihre Kunden, Ihre Belegschaft und unsere Umwelt haben und somit in Ihrem gesamten Unternehmen spürbar sind.

1. Effizienz und Produktivität: Mit Automatisierung, Echtzeitanalyse von Daten und integrierten Fertigungslösungen können Ihre Teams schneller, intelligenter und sicherer arbeiten. Und vorausschauende Instandhaltung und automatisierte Workflows können dazu beitragen, dass Ihre mit dem IoT verbundenen Maschinen und Anlagen auf höchstem Niveau und mit optimierten Ergebnissen arbeiten.
2. Agilität und Reaktionsfähigkeit: Intelligente Fertigungslösungen und Datenanalysen ermöglichen es Ihnen, in jeder Prozessphase schnell auf Marktveränderungen zu reagieren, indem Sie Ihre Fertigungs-Workflows umstellen und Ihre Produkte schnell und präzise personalisieren.
3. Nachhaltigkeit: Die von intelligenten Fertigungstechnologien gesammelten Daten können dazu beitragen, strategische und kosteneffiziente Pläne zur Rationalisierung des Betriebs und zur Senkung des Energieverbrauchs zu erstellen. Vom nachhaltigen Produktdesign bis hin zu einer umweltfreundlicheren Logistik können intelligente Lösungen Ihre Nachhaltigkeitsinitiativen unterstützen.
4. Verbesserte Qualitätskontrolle: Von der Enttäuschung über schlechte Bewertungen bis hin zum Debakel eines Produktrückrufs: Intelligente Fertigungslösungen können in Ihre Lieferkette und Ihre Produktionsabläufe integriert werden, um sicherzustellen, dass die Qualitätsstandards in jeder Phase sichtbar und überprüfbar sind.
5. Durchgängige Einsparungen: Die digitale Integration von einem Ende Ihrer Lieferkette zum anderen ermöglicht Verbesserungen bei Prognosen, Bestandsmanagement und Logistik. Das bedeutet weniger Risiken, geringere Ausgaben und – vor allem – zufriedenere Kunden.

Technologien für die intelligente Fertigung

Kritische Aspekte wie z. B. Cybersicherheit und strategische Integration von Geschäftsprozessen sind Teil der digitalen Transformation. Im Folgenden werden wir uns jedoch nur mit den grundlegendsten Technologien befassen, die den intelligenten Fertigungsverfahren zugrunde liegen.

• IoT/IIoT: Wenn Geräte und Maschinen so ausgestattet sind, dass sie digitale Daten senden und empfangen können, bilden sie ein IoT-Netzwerk. Die vom Gerät gesendeten Daten melden seinen Status und seine Aktivitäten, und die an das Gerät gesendeten Daten steuern und automatisieren seine Aktionen und Workflows. Ein industrielles IoT-Netzwerk (IIoT) ist das Herzstück der intelligenten Fertigung, da es nicht nur die angeschlossenen Anlagen umfasst, sondern auch die intelligenten Systeme und automatisierten Prozesse, in die sie integriert sind.
• KI/Machine Learning: Die größten Datenmengen der Welt sind bedeutungslos, wenn man sie nicht nutzen kann, um daraus Schlüsse zu ziehen. KI erweckt Produktionsdaten mit erweiterten Analysen und der inhärenten Fähigkeit, umfangreiche und unterschiedliche Datensätze zu verwalten und zusammenzufassen, zum Leben. Hersteller, die über all diese Daten verfügen, können dann Machine-Learning-Algorithmen einsetzen, um ihre Systeme dazu zu bringen, ihnen die notwendigen Informationen zu liefern – über das, was gerade passiert, und über das, was für die Zukunft zu erwarten ist.
• Big Data: Wenn KI und Machine Learning für das „intelligent“ in der intelligenten Fertigung stehen, dann sind Big Data ihr Treibstoff. Big Data werden nicht nur deshalb so genannt, weil sie sehr umfangreich sind. Sie zeichnen sich durch ihre Vielfalt und Komplexität aus. Indem Sie ein KI-System mit riesigen Mengen komplexer und unterschiedlicher Fertigungsdaten füttern, geben Sie ihm die Mittel an die Hand, um immer genauere Schlussfolgerungen zu ziehen und im Laufe der Zeit schneller zu lernen.
• Autonome Roboter: Wie bereits erwähnt, ist die Robotik in der Fertigung nichts Neues. Nicht die Möglichkeit, Anlagen extern zu automatisieren, ist der bahnbrechende Fortschritt, sondern die Möglichkeit, dass diese mit der Cloud verbundenen Anlagen intelligente Technologien nutzen, um sich selbst zu automatisieren. Intelligente Fabriken sind auf autonome Automatisierung angewiesen, um die nötige Agilität und Geschwindigkeit zu erreichen.
• Additive Fertigung / Hybridfertigung: Geläufiger unter der Bezeichnung „3D-Druck“, steigert die additive Fertigung die Resilienz und Agilität. Eine Boeing 747 zum Beispiel besteht aus über sechs Millionen Teilen, die alle zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgetauscht werden müssen. Anstatt all diese Teile zu lagern, können intelligente Metall- oder Kunststoff-3D-Drucker auf die Wartungsprotokolle zugreifen und die Teile nach Bedarf herstellen. Damit verfügt das betreffende Unternehmen sozusagen über einen „virtuellen Bestand“.
• Cloud Computing: Cloud-Konnektivität und Cloud Computing ermöglichen den Herstellern eine bedarfsgerechte Verfügbarkeit von Systemressourcen wie z. B. IIoT-Daten, Analysen und Prozessautomatisierungen – und zwar über drahtlose Kanäle wie WLAN oder 5G. Große Clouds können zentral verwaltet werden und dennoch über regionale oder globale Standorte verteilt sein.
• 5G-Konnektivität: Mit 5G nutzen Unternehmen die Möglichkeiten und Vorteile der Internet-Cloud-Konnektivität und bauen sie mit geringerer Latenz, viel höheren Geschwindigkeiten und nahezu unbegrenzter Skalierbarkeit aus.
• Edge Computing: In den intelligenten Fabriken von heute geht es vor allem darum, schnell umzuschwenken und in Echtzeit zu reagieren. Die Übermittlung von Daten, die an einem Ort gesammelt wurden, an Systeme, die sich an einem anderen Ort befinden, kostet Zeit – und für intelligente Fabriken bedeutet diese Ausfallzeit einen Verlust. Edge Computing hilft dabei, die Intelligenz (KI und Datenanalyse) in den Fertigungsbereich zu verlagern und Verzögerungen im IoT-Netzwerk zu vermeiden.
• Simulation / digitaler Zwilling: Digitale Zwillinge oder Simulationen werden als identische virtuelle Kopien von Maschinen oder Prozessen erstellt, die in der realen Welt existieren. Sie ermöglichen es den Fertigungsteams, neue Vorgehensweisen zu testen und virtuelle Prototypen bis an ihre Grenzen zu bringen – ohne die Kosten und das Risiko, etwas in der Realität zu beschädigen.
• Design for Manufacturing: Hierbei handelt es sich weniger um eine Technologie selbst als vielmehr um eine funktionsübergreifende Praxis, die wegen der Technologie existiert. Die Prinzipien des Design for Manufacturing ermöglichen es F&E-Fachleuten, aus Daten – aus der gesamten Fertigung und dem Kundenstamm – zu lernen. Diese Erkenntnisse helfen ihnen dann bei der Entwicklung von Produkten, die für beide Seiten von Vorteil sind und die Qualitäts- und Personalisierungsanforderungen der Kunden erfüllen. Außerdem sind die Designs einfacher, schlanker und schneller herzustellen und anzupassen.

Automatisierte Fertigung im Vergleich zur autonomen Fertigung

Die automatisierte Fertigung ist nichts Neues. Es handelt sich dabei einfach um Roboter, die mit dem alleinigen Ziel programmiert werden, eine bestimmte Aktion auszuführen. Meistens finden diese sich wiederholenden Aufgaben im Zusammenspiel mit anderen Maschinen und Menschen in einer Umgebung wie z. B. einem Fließband statt. Die Automatisierung ist eine wesentliche Voraussetzung für die Schnelligkeit und Genauigkeit, die für die Großserienfertigung erforderlich sind.

Autonome Fertigung ist im Grunde nichts anderes als automatisierte Fertigung … nur mit einem Gehirn. Mithilfe von Industrie-4.0-Technologien wie KI und Machine Learning erfassen ein intelligentes Fertigungssystem und die darin vorhandenen IoT-Geräte unterschiedliche Datensätze wie Kundenfeedback, Angebot und Nachfrage, Maschinenkapazität und alle anderen relevanten Informationen. Künstliche Intelligenz und Algorithmen des Machine Learning können dann auf diese Datensätze angewandt werden, um effizientere und optimierte Workflows und Prozesse zu liefern – und automatisch umzusetzen.

Beispiele für intelligente Fertigung in der Praxis

Erfahren Sie, wie einige der innovativsten Unternehmen der Welt Softwarelösungen einsetzen, um ihre Produktions- und Lieferkettenabläufe zu optimieren und zu rationalisieren:

• Leonhart Group: Cloudbasierte intelligente Lösungen bieten Transparenz, Produktivität und Sicherheit. Skalierbare Systeme unterstützen das Wachstum und die Reaktionsfähigkeit auf Geschäftschancen.
• A.M.P.E.R.E: Automatisierte Prozesse in der Lieferkette und Live-Aktualisierungen von Devisen und Lagerbeständen ermöglichen schnelle Preisberechnungen und eine Just-in-Time-Auftragserfüllung.
• Geographe: Transparenz und Echtzeitdaten bedeuten eine bessere Reaktion auf Kundenbedürfnisse, zuverlässigere vorausschauende Analysen und optimierte Lieferketten und Produktionsabläufe.
• Yanmar Marine: Die unternehmensweite Automatisierung und Standardisierung erleichtert eine bereichsübergreifende Kommunikation und Transparenz, was wiederum zu mehr Innovation und Produktivität führt.
• Smart Press Shop: Höhere Effizienz und Resilienz in der Lieferkette durch eine intelligentere und nachhaltigere Fertigung von Automobilkomponenten.

Implementierung der intelligenten Fertigung: die nächsten Schritte

Einige Branchen sind bereits recht weit auf dem Weg der digitalen Transformation und haben eine breite Palette von Industrie-4.0-Technologien in ihre Abläufe integriert. Andere beginnen gerade erst mit der Umsetzung oder fragen sich, wo sie anfangen sollen.

Die gute Nachricht ist, dass die besten intelligenten Fertigungslösungen Sie in jeder Phase der Transformation unterstützen – mit Standalone-Lösungen oder cloudbasiertem ERP mit integrierten Funktionen.

Und bevor Sie mit diesem Prozess beginnen, denken Sie daran, Ihr wertvollstes Produktionsmittel einzubeziehen: Ihre Belegschaft. Entwickeln Sie solide Kommunikations- und Change-Management-Strategien, um sicherzustellen, dass alle Ihre Teams motiviert, befähigt und über die anstehenden Verbesserungen informiert sind.