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Smart Factory

Supply Chain Management in der Fabrik von morgen

| Autor / Redakteur: Ralf Bernhard / Benedikt Hofmann

Auch die Supply Chain befindet sich im Wandel und wird in Zukunft noch digitaler und vernetzter.
Auch die Supply Chain befindet sich im Wandel und wird in Zukunft noch digitaler und vernetzter. (Bild: vege - Fotolia)

Industrie 4.0 beschreibt die nächste große industrielle Revolution: die Digitalisierung und intelligente Vernetzung von Produktion und Wertschöpfungsketten. Daraus entsteht, so die Vision, die sich selbst organisierende Smart Factory. Gerade für das Supply Chain Management der Zukunft gilt es hier einige Herausforderungen zu meistern.

Die Wirtschaft steht vor der nächsten großen industriellen Revolution und in ihrem Zentrum das Internet der Dinge. Dabei ist es nicht nur die Grundlage für die intelligente Fabrik von morgen, sondern vernetzt auch alltägliche Gegenstände und Lebenssituationen: Das selbstfahrende Auto oder der Kühlschrank, der Alarm schlägt, sobald sich ein bestimmtes Lebensmittel dem Ende neigt, sind nur zwei Beispiele dafür, wie das Internet der Dinge die reale Welt auf eine virtuelle Ebene hebt. Vernetzt und mobil werden so aus alltäglichen Gegenständen Smart Devices. Zukunftsweisende Szenarien aus dem Alltag wie diese funktionieren in ganz ähnlicher Weise auch in der industriellen Fertigung. Industrie 4.0 verändert das Supply Chain Management (SCM) von Unternehmen in erheblichem Maße, denn es bietet völlig neuartige Möglichkeiten für eine Zusammenarbeit über die Unternehmensgrenze hinaus. Aus den einzelnen Komponenten einer Supply Chain werden Smart Devices und Services, die über einen ortsunabhängigen Onlinezugang verfügen und so in Echtzeit über eine Server-Infrastruktur Informationen zur Analyse liefern. Hieraus ergeben sich Handlungsanweisungen, die in einer Smart Factory automatisiert umgesetzt werden und menschliches Eingreifen weitgehend reduzieren.

Die kommunizierende Maschine

Möglich machen das RFID-Chips, Strich- oder QR-Codes, mit denen physische Objekte versehen und im virtuellen Raum identifiziert werden. Die Informationen gelangen über Sensoren in die Cloud, werden dort analysiert und münden anschließend in Handlungsempfehlungen. Auf diese Weise ist die Smart Factory in der Lage, ein breites Spektrum kundenspezifischer Produkte auf Basis der Losgröße 1 ohne permanente Rüstvorgänge herzustellen. All diese Prozesse verlaufen nahezu autark.

Im SCM entsteht eine virtuelle Abbildung der gesamten Lieferkette, was zum Vorteil hat, dass die Fabrik zu jeder Zeit die Lagerbestände, sämtliche Warenströme sowie den Stand der Fertigung kennt – vorausgesetzt, dass auch externe Dienstleister wie Zulieferer oder Speditionen eingebunden sind. Nur so können Stillstände und Missstände aufgrund von Verzögerungen in der Supply Chain eliminiert werden. Die Smart Factory, deren Mittelpunkt eine adaptive Logistik bildet, sorgt für selbststeuernde und planende Produktionsprozesse, die wiederum in das SCM integriert sein müssen.

Wie die intelligente Fabrik der Zukunft im Detail funktioniert, lässt sich in folgendem Szenario skizzieren: Nachdem Elektronik und IT zur Automatisierung der Produktion geführt haben, folgt nun die Vernetzung durch die Kommunikation von Maschinen, Menschen und Produkten. Durch eine frühzeitige Verschmelzung realer und virtueller Planung können die Produktionsprozesse optimiert werden.

In der Cloud verknüpft

Über die Konfiguration eines Produkts führt der Kunde Fertigungsinformationen in digitaler Form zu. Hieraus ergeben sich die an der Produktion beteiligten Komponenten und Arbeitsschritte, die ihre Daten erfassen, speichern und an eine zentrale Stelle weiterleiten. Sämtliche Daten werden in der Cloud erfasst und über Datenbanksysteme wie beispielsweise SAP HANA S/4 miteinander verknüpft und analysiert. Auf diese Weise wird der gesamte Fertigungsprozess aufgenommen und optimiert. Durch die stetige Datenerfassung ist die Smart Factory in der Lage, bereits während der Produktion den Endzustand des Produkts vorherzusagen und gegebenenfalls in den Produktionsprozess einzugreifen, wenn die Daten von den im Vorfeld festgelegten Mustern abweichen. RFID- und NFC-Technologien, die QR-Codes ablesen, überprüfen die Produktionsprozesse und die Produktqualität und machen definierte Messpunkte im Fertigungsprozess zur Qualitätskontrolle überflüssig. Die Technologie ermöglicht es sogar, dass die komplette Überprüfung wegfällt, da die Smart Factory im Idealfall keine großen Qualitätsschwankungen zulässt. Voraussetzung dafür ist, dass die Maschinen allzeit fehlerlos laufen, womit ein Wandel von einer reaktiven hin zu einer vorausschauenden Instandhaltung einhergeht. Unternehmen machen sich dafür die Maschinendaten zunutze. Eine Auswertung dieser ermöglicht es, Maschinenfehler zuverlässig zu prognostizieren, voraus sich zwei wesentliche Vorteile ergeben: Zum einen erhöht sich die Verfügbarkeit der eingesetzten Produktionsanlagen und zum anderen reduzieren sich durch Wartungsarbeiten verursachte Stillstandzeiten. Außerdem verringern sich die Kosten für die Vorhaltung von Ersatzteilen.

Cyber-physische-Systeme (CPS) sind die Basis der Smart Factory und bilden die Schnittstelle zwischen realer und virtueller Welt. Sie bündeln informations- und softwaretechnische Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die über das Internet kommunizieren. Auf diese Weise koordinieren sie ihre Herstellungs- und Logistikprozesse selbst. Mithilfe von Sensoren verarbeiten cyber-physische-Systeme eine Unmenge von Daten und machen sie für netzbasierte Dienste verfügbar. Hierin besteht auch die Herausforderung: Nämlich die enorm große Datenmenge (Big Data) effizient zu nutzen. Und die ist durchaus beachtlich: Am Tag liefern die Sensoren in der Fertigung mehrere Millionen Datensätze.

Weitere Informationen stammen aus Kommunikationsverbindungen, dem Auslesen von RFID's oder aus den Aufzeichnungen von Kameras und Mikrofonen in den Produktionsstätten. Doch die Vernetzung der Produktion endet nicht innerhalb einer Smart Factory. Cyber-physische-Systeme, das Internet der Dinge und intelligente Fabriken bieten entlang der kompletten Lieferkette neue Möglichkeiten von Kooperation und Wertschöpfung. Die gesamte Wertschöpfungskette – von der Bestellung eines Produkts bis hin zur Auslieferung – lässt sich automatisieren. Dazu werden sämtliche Prozesse vor und nach der Produktion miteinander in Einklang gebracht und Lieferanten, Logistikdienstleister und Kunden in die eigenen Wertschöpfungsprozesse integriert. Die Verschmelzung unternehmensübergreifender Wertschöpfungsprozesse hängt von der Zuverlässigkeit genutzter Systeme sowie der Datenqualität ab.

Darüber hinaus müssen alle Teilnehmer einer Supply Chain zentrale Anforderungen erfüllen. Eine gemeinsame IT-gestützte Plattform sowie Schnittstellen sind hier nur zwei Beispiele. Ein weiterer Schritt besteht darin, die Maschinenebene (Automation) mit dem Supply Chain Management zu verbinden, um Informationsdefizite zu verhindern. Hintergrund ist, dass das SCM in der Regel über keine bis nur wenige Informationen zu Werkzeugen, Prüfmittel oder Personalqualifizierungen verfügt, da diese Daten aus der Automation häufig verzögert oder nur unzureichend an das SCM übertragen werden. Wesentlicher Vorteil der Integration auf der Automationsebene: Es entsteht eine papierlose Produktion. So können Unternehmen bei Bedarf auf der Automationsebene rasch auf veränderte Auftragsanforderungen reagieren und entsprechend nachsteuern. Fällt beispielsweise während der Produktion eine Maschine aus, können die am Produktionsprozess beteiligten Unternehmen in Echtzeit Änderungen vornehmen, da sie diese Information gemeinsam erhalten haben. Die Effizienz industrieller Fertigungsprozesse wird auf diese Weise rasant gesteigert.

Neue Herausforderungen, neues Denken

Ohne Zweifel bietet Industrie 4.0 Unternehmen attraktive Chancen. Gleichwohl haben Unternehmen noch einen weiten Weg vor sich, der vielfältige Herausforderungen birgt. Hauptsächlich fehlt es an standardisierten Systemschnittstellen, speziell zwischen Manufacturing-Execution-Systemen und der Steuerungsebene, sowie für das Management und die Bereitstellung von Daten aus der Cloud. Industrie 4.0 erzwingt von Unternehmen ein Umdenken: Die Fabrik der Zukunft ist ein komplexes Netzwerk, in dem die einzelnen Bereiche miteinander kommunizieren, ohne, dass sie hierarchisch gegliedert sind. Wo intelligente, softwaregetriebene Maschinen und Automatisierungsschritte immer mehr Prozesse übernehmen, geht auch die Angst um Stellenabbau umher. Jobverlust dank Industrie 4.0? Nein, denn die vierte industrielle Revolution bietet auch neue Möglichkeiten, die eigenen Mitarbeiter in Veränderungsprozesse einzubinden.

Ein Stichwort hierbei ist Augmented Reality. Die virtuelle Darstellung von Handlungsanweisungen oder Informationen, an welcher Stelle im Lager ein Bauteil zu finden ist, sind nur zwei Beispiele, welche Chancen Industrie 4.0 bietet. Doch um diese nutzen zu können, müssen Unternehmen die Herausforderungen aktiv angehen und handeln. Denn schon jetzt hat die Digitalisierung vieles verändert und wird es auch in Zukunft tun. MM

* Ralf Bernhard ist Partner in der Consilio IT-Solutions GmbH in 85609 Aschheim/Dornach, Tel. (0 89) 96 05 75-0, info@consilio-gmbh.de

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