Autonome Fabrik

Andrea Gillhuber,

Software-defined Manufacturing macht Fabriken flexibler

Produkte werden immer intelligenter. Die Fertigung ebenfalls auf diesen Weg zu bringen, ist eine der entscheidenden Herausforderungen unserer Zeit. Das Schlüsselwort ist dabei Interaktion: Ebenso wie smarte Geräte selbstständig auf unsere Bedürfnisse reagieren, kann Software die Fertigung dahingehend neu definieren, dass Fabriken sich künftig wie selbstverständlich an veränderte Produktionsanforderungen anpassen. 

Ebenso wie smarte Geräte selbstständig auf unsere Bedürfnisse reagieren, kann Software die Fertigung dahingehend neu definieren, dass Fabriken sich künftig wie selbstverständlich an veränderte Produktionsanforderungen anpassen. © Bright Machines

Wir interagieren täglich mit Smartphones und Smart-Home-Systemen, die aufgrund intelligenter Software auf unsere Sprache sowie Berührungen reagieren können. Ähnlich sollen Fabriken in Zukunft arbeiten. Im direkten Vergleich mit dem Können intelligenter Alltagsgeräte wird jedoch offenkundig: Die Fabrik sieht bislang im wahrsten Sinne des Wortes alt aus. In den letzten 30 Jahren hat in den Produktionsstätten vergleichsweise wenig Veränderung stattgefunden: Modernisierungsprozesse finden zwar sukzessive statt, doch arbeiten dort weiterhin hunderte Menschen, die ein und dieselbe Aufgabe wiederholt ausführen. Ganz anders als im Verbrauchermarkt ist in der Fertigung die digitale Revolution bislang ausgeblieben.

Die Produktion ist heute extrem unflexibel. Auch wenn häufig das Gegenteil behauptet wird: Fabriken sind noch nicht darauf ausgerichtet, schnell auf Veränderungen zu reagieren, sich zeitnah an rotierende Produktionsanforderungen und Kundenbedürfnisse oder auftretende Qualitätsprobleme anzupassen. Eben diese Faktoren sind jedoch wettbewerbsentscheidend. Bisher werden Maschinen von Hand konfiguriert, kalibriert und verwaltet. Infolgedessen ist diese erste Generation der Automatisierung zu teuer, dauert zu lange und – ein sehr wichtiger Punkt – basiert größtenteils auf der Expertise einer begrenzten Gruppe, was die Skalierung oder Wiederholbarkeit erschwert.

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Auch fortgeschrittene Technologien, wie Roboter und 3D-Drucker, die in solchen Unternehmen agieren, wiederholen stetig die gleichen Tätigkeiten mit sehr geringer Flexibilität. Das führt dazu, dass Maschinen stillstehen, während sie auf Aufträge, Material oder menschliche Interaktionen warten. Qualitätsprobleme führen zu großen Mengen an Ausschuss, und Berichte zeigen, dass die Mitarbeiterfluktuation aufgrund von hoher Arbeitsintensivität bei bis zu 30 Prozent liegt.

Vorteile intelligenter Automatisierung

Diese Hürden sollten im 21. Jahrhundert längst überwunden sein. Es gilt, eine neue Ära einzuleiten und das Konzept der Fabrik neu zu definieren: Produktionsstätten müssen sich intern zunehmend intelligent vernetzen, um auf lange Sicht autonom agieren zu können.

Den ersten konkreten Ansatzpunkt markiert die fabrikinterne Vernetzung der Fertigung zu einer smart agierenden, autonomen Plattform. Hierfür erfolgt der Zusammenschluss einzelner Maschinen zu einer KI-gesteuerten Softwareebene, die Maschinen und Anlagen konfiguriert, überwacht und verwaltet. Dieses sogenannte „Software-defined Manufacturing” vereint intelligente Software, cloudbasierte Architekturen, KI und Machine Learning, Vision- und Robotik-Technologie. Die programmierbare Fabrik fußt demnach auf einer Verschmelzung von Simulation und Engineering mit modularen Roboterzellen.

Eine softwaregesteuerte Fertigung erkennt Qualitätsfehler beispielweise automatisch oder kann die Material- sowie Ressourcenplanung für einzelne Maschine optimieren. Der intelligente, softwaredefinierte Überbau löst so eine Reihe an skalierbaren Optimierungen aus. Das heißt: Die Leistungsfähigkeit nimmt zu, während freiwerdende Kapazitäten bei Bedarf sofort neu verteilt und ausgeschöpft werden können.

Je höher der Autonomiegrad ist, desto flexibler agiert die Produktion und desto mehr Möglichkeiten sowie Vorteile ergeben sich. Denn eine ganzheitliche Automatisierung nach diesem Vorbild macht nicht an den Pforten der Fabrik halt, sondern wirkt sich weiterführend auf den Absatzmarkt aus. Das Resultat der automatisierten Produktionsprozesse zeigt sich beispielweise daran, den wachsenden Wunsch der Verbraucher nach lokal produzierten Produkten bedienen zu können sowie Produkte individueller an Kundenbedürfnisse anzupassen, aber sie trotzdem schneller auf den Markt zu bringen.

Software hebt Produktion auf neues Level

Die Fertigungsindustrie wird sich in den nächsten Jahren wandeln. Die nachfolgende Generation der Automatisierung wird das Potenzial von Fabriken voll ausschöpfen, indem sie Automatisierungshürden mit Software überwindet. Software-defined Manufacturing als Kernkonzept wird Fabriken flexibler und agiler machen und somit besser an die Bedürfnisse anpassen. Ein softwaredefinierter Ansatz für die Automatisierung der Fertigung stützt sich auf drei Grundpfeiler:

  • Konfiguration, Wiederholbarkeit und Skalierung der Automatisierung werden entzerrt. Das wirkt sich positiv auf Wirtschaftlichkeit, Geschwindigkeit und Flexibilität der gesamten Produktion aus.
  • Der Herstellungsprozess selbst wird intelligent. Dank KI-basierter Software können beispielsweise kleinere, nachhaltigere Fabriken bessere Produkte herstellen sowie gleichzeitig die Gesamtperformance steigern. Das bislang gängige Bild der Fabrikhalle ist demnach überholt.
  • Die neuen softwaredefinierten Fertigungsprozesse sind transparent und zugänglich, was die Initiation und Anpassung der eigentlichen Produktionsprozesse erheblich vereinfacht. Denn für einen Ingenieur oder Designer ist der komplette Herstellungsprozess eines Produkts derzeit schwer zu überblicken. Erst durch die hochentwickelte Software wird die Produktion in all ihren Einzelschritten nachvollziehbar.

Eine „Demokratisierung“ der Innovation

Durch die so erlangte neue Transparenz krempelt KI-basierte Software die Fertigung um. Die tatsächliche Produktion wird von Anfang bis Ende greifbar. Jeder einzelne Schritt kann problemlos nachvollzogen werden – von der Suche nach einer Produktionsstätte hin zur Produktentwicklung, der Herstellung und der Skalierung auf die richtigen Produktionsmengen sowie hin zur bedarfsgerechten Anpassung von Erlös und Durchsatz.

Daraus ergeben sich neue Potenziale. Einerseits wird die Steuerung der gesamten Prozesse unkomplizierter, andererseits verändern sich auch die Möglichkeiten für den Markteintritt. Automatisieren Unternehmen ihre Herstellung softwarebasiert, setzen sie eine ganze Kette in Gang: Die Herstellung wird transparenter, einfacher und kostengünstiger, was in beschleunigter Form eine Vielzahl neuer Produkte hervorbringt.

Im Endeffekt wird dadurch eine „Demokratisierung der Innovation“ erlangt, die der wahre Vorteil von Software-Defined Manufacturing sein wird. Bright Machines gibt mit seinem neuartigen Ansatz den Anstoß für Unternehmen, ihre aktuellen Automatisierungsstrategien zu überdenken. Auf dem Weg zur intelligenten Fabrik ist Software-defined Manufacturing der nächste große Evolutionsschritt.

Amar Hanspal, CEO von Bright Machines / ag

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