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Produktionsprozesse werden optimiert, Lieferzeiten reduziert, und Mitarbeiter machen den Weg für Roboter frei. Willkommen in der intelligenten Fabrik der Zukunft.


Wir schreiben das Jahr 2045. Ihre Smart Watch piept. Es ist Zeit, aufzustehen und zur Arbeit zu gehen.

Sie steigen in Ihre fahrerlose Transportkapsel, die Sie zu einem großen Industriegebäude bringt. Im Inneren des Gebäudes befindet sich keine einzige Person. Stattdessen sind Hunderte von Bots mit dem Heben, Sortieren und Verpacken von Produkten beschäftigt.

Es ist eine große Veränderung im Vergleich zum Jahr 2018.

Die Produktionslinie einer Fabrik ist auf Hunderte von Geräten angewiesen. Dazu gehört alles vom Förderband und den Thermometern bis hin zu den Deckenleuchten, der Klimaanlage und dem unterbrechungsfreien Stromversorgungssystem (USV). Ursprünglich wurden diese Mechanismen in Silos betrieben. Aber dank des Internets der Dinge und bedeutender technologischer Innovationen entwickelt sich die Fabrik immer mehr zu einer vernetzten Oase.

Industrie 4.0 verstehen

Seit der ersten industriellen Revolution, als erfahrene Textilhandwerker durch Dampfmaschinen ersetzt wurden, die von vergleichsweise ungelernten Arbeitern betrieben wurden, sind wir weit gekommen.

Seither haben Industrieanlagen zahlreiche weitere Veränderungen erfahren. Das Aufkommen von Elektrizität hat die Fließbandarbeit angekurbelt, während Computer ein höheres Maß an Präzision in der Fabrik herbeigeführt haben.

Heute befinden wir uns mitten in der sogenannten Industrie 4.0 – eine Etappe, die sich durch intensive Automatisierung und größere Konnektivität zwischen den einzelnen Teilen auszeichnet.

Die Auswirkungen von Industrie 4.0 und intelligenten Fabriken auf die Wirtschaft sind beträchtlich. Laut Capgemini könnten intelligente Fabriken in den kommenden fünf Jahren zwischen 500 Milliarden und 1,5 Billionen USD an zusätzlichem Wert für die Weltwirtschaft erzielen.

Ein Ausblick auf die nächsten fünf Jahre:

  • Hersteller können mit einer Zunahme pünktlicher Lieferungen von Endprodukten um 13 % rechnen.
  • Die Investitionsausgaben und Lagerhaltungskosten werden um das Zwölffache des gesamten Kostenrückgangs seit 1990 sinken.
  • Die Kosten für Material, Logistik und Transport werden um das Elffache des gesamten Kostenrückgangs seit 1990 sinken.

Laut Forschungsergebnissen der Made Smarter Review der britischen Regierung ist zu erwarten, dass durch die Industrie 4.0 der britische Produktionssektor um 455 Milliarden GBP angekurbelt wird, wobei 175.000 Arbeitsplätze entstehen und CO2-Emissionen um 4,5 % gesenkt werden sollen.

Die Zukunft sieht gut aus. Und das liegt vor allem an Big Data.

Durch die Verbindung unterschiedlicher Aspekte des Herstellungsprozesses können autonome Maschinen und menschliche Teams zusammenarbeiten, um die Effizienz und Produktivität zu maximieren.

In intelligenten Fabriken können Echtzeitdaten von Sensoren entlang der Produktionslinie genutzt werden, um Fabrikleiter bei Engpässen sofort zu alarmieren, bei der Bestandsverfolgung zu helfen und die vorausschauende Wartung zu verbessern. Im Laufe der Zeit können Muster in Daten bessere Einblicke verschaffen, sodass Strategien entwickelt werden können, um die Produktionsausfallzeiten weiter zu verringern und effizientere Abläufe zu ermöglichen.

Wo kommen diese Technologien zum Einsatz?

Die intelligenten Fabriken von heute entdecken

Heutzutage setzen zahlreiche innovative Unternehmen die industrielle Digitaltechnik ein. Sie revolutionieren ihre jeweiligen Bereiche durch die Nutzung von KI, Datenanalysen und Robotik, um vernetzte Produktionsstätten der Zukunft zu schaffen.

Hier sind nur einige Beispiele.

Präsentation deutscher Effizienz bei Siemens

„Wir entwickeln Dinge und lernen viel daraus, z. B. was man für eine vollständig digitalisierte Fabrik braucht. Wir haben hart gearbeitet, um dahin zu kommen, wo wir jetzt sind.“

– Tony Hemmelgarn, CEO und Präsident von Siemens PLM Software

 

Standort: Amberg, Bayern, Deutschland

Deutsche Hersteller sind seit jeher führend in der effizienten Produktion, daher ist es nicht überraschend, dass sie Spitzenreiter im Bereich der intelligenten Fabriken sind. Für viele gilt das Siemens Elektronikwerk Amberg als Paradebeispiel für die automatisierte Produktion.

Mit nur 108.000 Quadratmetern ist das Gebäude relativ klein. Es werden darin jedoch über 1.300 verschiedene Produkte gefertigt. Pro Monat werden mehr als eine Million Produkte hergestellt. Und da etwa 75 % der Produktion in Amberg computergestützt ablaufen, wird bei den Endprodukten eine hohe Qualität und Quantität erzielt.

Siemens behauptet, dass das Geheimnis in der Entwicklung eines digitalen Zwillings der Produktionskette liegt. Dies wird in der PLM-Software (Product Lifecycle Management) des Herstellers verdeutlicht, mit der Ingenieure und Konstrukteure in einer vollkommen virtuellen Umgebung zusammenarbeiten können. Folglich können Produkte ohne physische Prototypen entwickelt und getestet werden. Die PLM-Software ermöglicht sogar, das Fabriklayout und die Mitarbeiter für einen wahrhaft realistischen virtuellen Prototyp zu simulieren.

Neben Software erwägt Siemens auch die Einführung von Augmented-Reality-Brillen. Die Forscher des Unternehmens arbeiten mit Facebooks Oculus Rift zusammen, um eine digitale Brille zu entwickeln, die den Status von Maschinen anzeigen kann, wenn Mitarbeiter sie anschauen. Für Siemens zählt jede Minute.

Quelle: IndustryWeek, Engineering

Quelle: Ioannis Oikonomou


Durch die Verbindung unterschiedlicher Aspekte des Herstellungsprozesses können autonome Maschinen und menschliche Teams zusammenarbeiten, um die Effizienz und Produktivität zu maximieren.

Automated warehouses and the future

Rolls-Royce und die intelligentere Motorenproduktion

„Wir kommen zwischen 12 und 45 Stunden ganz ohne [menschliches] Eingreifen zurecht, zuvor musste dies jede halbe Stunde erfolgen.“

Mark Turner, Produktionsleiter, Rolls-Royce

 

Standort: Washington, Tyne und Wear, UK

Rolls-Royce ist der weltweit zweitgrößte Hersteller von Flugzeugmotoren und Marktführer im Bereich Turbinen für Langstrecken-Passagierflugzeuge. Das Unternehmen produziert Lüfter- und Turbinenscheiben in der Fabrik in Washington im Nordosten von England. Vor Kurzem wurden Änderungen am Herstellungsprozess vorgenommen, wodurch das Unternehmen die Produktionszeit von komplexen Nickellegierungsscheiben halbieren konnte.

Rolls-Royce hat dies durch die Implementierung von 30 intelligenten Maschinen, jeweils so groß wie ein Kleinlaster, erreicht. Während Menschen einst 118 Stunden benötigten, um eine der Scheibenkomponenten herzustellen, können die Maschinen dieselbe Arbeit in nur 30 Stunden bewältigen.

Das Schnittverfahren wurde ebenfalls optimiert. Bisher wurde eine Schneidemaschine verwendet, um die schwierige Aufgabe des Schneidens komplexer Aussparungen in die Legierungsscheiben zu erledigen. Die Bedienung der Maschine war umständlich und das Einrichten dauerte 24 Stunden. Mit Robotik kann dies nun in nur 25 Minuten bewerkstelligt werden.  

Etwas weiter in Rotherham ist das Turbinenschaufelwerk von Rolls-Royce ebenfalls mit intelligenter Technologie ausgestattet. Um die Wachsmuster zu erstellen, die den Kern einer Turbinenschaufel bilden, waren zuvor drei Personen über eine Acht-Stunden-Schicht hinweg erforderlich. Jetzt kann ein Roboter die Aufgabe innerhalb einer Stunde erledigen. Es ist auch ein doppelter Gewinn für Rolls-Royce. Sie sparen nicht nur Arbeitskosten, sondern konnten durch weniger menschliche Beteiligung auch die Präzisionsraten verbessern.

Quelle: FT

Amazon: Der König der Logistikzentren

„Wir haben erneut mehrmals Automation, Größe sowie Umfang geändert, und wir lernen weiterhin dazu und entwickeln uns weiter.“

– Brian Olsavsky, CFO, Amazon (in Business Insider)

 

Standort: Verschiedene

Weltweit gibt es 80 Amazon Logistikzentren. Diese Zentren, deren Standorte sorgfältig ausgewählt wurden, können die Lieferprozesse beschleunigen, was jedoch nicht der einzige Aspekt ist.

Amazon Fulfillment Technologies (AFT) nutzen Robotik und maschinelles Lernen, um kürzere Lieferzeiten zu erzielen. Die Roboter werden von Kiva hergestellt (das Robotikunternehmen, das Amazon im Jahr 2012 gekauft hat), und es befinden sich derzeit 45.000 Roboter in 20 Lagerhäusern im Einsatz.

Diese Roboter sind für das Umräumen und Auffüllen von Regalen zuständig und bringen Waren zum Verpacken zu den Mitarbeitern. Sie werden von einem zentralen Computer gesteuert und verwenden zum Navigieren Markierungen auf dem Boden. Das Ergebnis ist eine Fabrik, in der sich Roboter viel schneller bewegen können als Menschen bei normaler Schrittgeschwindigkeit.

Des Weiteren arbeitet Amazon weiterhin an den groß angekündigten Drohnen-Experimenten, um Lieferzeiten zu beschleunigen. Obwohl es noch Hindernisse zu bewältigen gibt, werden auch kleine Erfolge erzielt. Im Jahr 2016 führte Amazon die erste Lieferung per Drohne an ein Haus in Cambridge aus. Die Drohne brauchte 13 Minuten, um einen Amazon Fire TV und eine Tüte Popcorn an einen Kunden zu liefern. Amazon-Kunden in den USA müssen jedoch möglicherweise etwas länger auf eine solche Aktion warten. Obwohl Amazon in Großbritannien eine Erlaubnis zum Testen der Drohne erhalten hat, müssen Drohnen laut US-Luftfahrtbehörde (FAA) weiterhin in Sichtweite eines Piloten betrieben werden.

Quelle: Business Insider

The future of smart factories

Quelle: Ioannis Oikonomou


Robotik und kostengünstigere Konnektivität verbessern die Produktion, senken die Kosten und steigern die Gewinne, aber intelligente Fabriken müssen zudem Vorteile bieten, die über Effizienzeinsparungen hinausgehen

Ocado und die hochmoderne Verpackung

„Ich bin der Meinung, dass wir aus KI das Beste herausholen können, nicht das Schlechteste. Natürlich ist es eine sehr disruptive und transformative Technologie, die für üble Zwecke missbraucht werden kann, aber ich bin Optimist. Wir könnten sie einsetzen, um zur Lösung aller möglichen Probleme in unserer Gesellschaft beizutragen, unsere Unternehmen effizienter zu machen und unser Leben zu verbessern.“

– Paul Clarke, CTO bei Ocado (in Computing)

 

Standort: Andover, Hampshire, UK

In Ocados Lagerhaus in Andover verpackt eine Flotte von 1.100 Robotern jede Woche Tausende von Lebensmittelbestellungen. Diese Maschinen bewegen sich mithilfe eines Flugsicherungssystems entlang eines Rasters, um sicherzustellen, dass keine Kollisionen auftreten. Sie sind klein, batteriebetrieben und können sich mit einer Höchstgeschwindigkeit von 4 m pro Sekunde fortbewegen. Es wird geschätzt, dass jeder Roboter täglich zwischen 50 und 60 km zurücklegt.  Das Ergebnis? Das Zusammenstellen und Verpacken einer durchschnittlichen Bestellung von 50 Artikeln dauert nur fünf Minuten.

Paul Clarke, CTO bei Ocado, ist sichtlich begeistert. Im Gespräch mit Forbes sagte er: „Wir nennen die Roboter einen Schwarm, weil sie wie ein Schwarm von Insekten zusammenarbeiten. Wenn ein Roboter ausfällt, kann einer der anderen seinen Platz einnehmen.“

In Erith, Süd-London, arbeitet Ocado an der Installation einer Roboterhand, die mit verschiedenen Arten von empfindlichem Obst vorsichtig umgehen kann. Dies hat sich in der Vergangenheit als eine schwierige Aufgabe herausgestellt, da Roboter nicht in der Lage waren, ungewöhnliche und leicht zu beschädigende Waren zu handhaben. In der Zwischenzeit werden in Ocados Lagerhaus in Greenwich auch fahrerlose Lieferwagen getestet.

Quelle: Ocado Technology, The Verge 

3D-Druck bei BAE

„Das Wesentliche bei unserer Tätigkeit ist, dafür zu sorgen, dass wir einen zukunftstauglichen ‚Ende-zu-Ende‘-Satz von Prozessen haben, der bei einem Projekt eingesetzt werden kann und als gemeinsamer Service für das Unternehmens als Ganzes fungiert oder zur Unterstützung der Industrialisierungsanforderungen genutzt werden kann.“

– John Dunstan, Leiter des NPPDC bei BAE Systems

 

Standort: Samlesbury, Lancashire, UK

BAE hat in den letzten Jahren eine erhebliche Anzahl von Bauteilen per 3D-Druck (auch additive Fertigung genannt) hergestellt. Der britische Luftfahrtkonzern hat jedoch erst vor Kurzem begonnen, neue Möglichkeiten der additiven Technologie zu erforschen. 3D-Druck wird zur Herstellung modernerer Teile verwendet und steuert gleichzeitig dem zukünftigen Mangel an qualifizierten Ingenieuren entgegen.

Es gibt klare Vorteile. Mittels 3D-Druck hergestellte Teile sind meist leichter und erfordern nur ein Stück Kunststoff statt mehrerer zugeschnittener Glasgewebestücke, was zu Einsparungen bei den Produktionszeiten führt. Mit dem 3D-Druck kann BAE die CAD-Modellierung voll ausnutzen, sodass Konstrukteure Funktionen einbinden können, die mit früheren Prozessen nicht kompatibel waren.

Quelle: Innovate UK

Was die Zukunft bringt

Für Hersteller ist der Vormarsch von Robotern und günstigere Konnektivität eine gute Nachricht. Dadurch verbessert sich die Produktion, die Kosten sinken und der Gewinn steigt. Aber für langfristige Erfolge müssen intelligente Fabriken Vorteile erzielen, die über Effizienzgewinne hinausgehen. Mitarbeiter müssen echte Vorteile spüren – und dürfen nicht das Gefühl haben, als würden sie ständig von einem Roboter überwacht oder übertroffen.

Worauf es bei intelligenten Fabriken letztendlich ankommen wird, ist jedoch ihre Fähigkeit, sich mit der Zeit zu entwickeln. Veränderungen der Verbrauchernachfrage, die Einführung neuer Produkte oder Dienstleistungen und Expansionen in neue Märkte müssen berücksichtigt werden. Andernfalls können wir mit einer weiteren industriellen Revolution rechnen.