In unserer heutigen Zeit unterliegen die verschiedenen Branchenzweige in der fertigenden Industrie einem stetigen Wandel. Gerade die Produktion von Gütern erfolgt unter dem Anspruch, stets auf dem neuesten Stand der Technik zu erfolgen, um im Wettbewerb mit anderen Unternehmen mithalten zu können. Innovative Technologien tragen in der modernen Industrie dabei maßgeblich zum fortlaufenden Wandel der Fertigungsbranche bei. Ziel ist eine effiziente Produktion unter optimaler Nutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen – sowohl in finanzieller Hinsicht als auch unter Zeitaspekten, denn Kunden wünschen sich vermehrt bestmögliche Leistung und Qualität in kürzerer Zeit. Dazu müssen Produktionsabläufe fortlaufend verbessert und weiterentwickelt werden. Dieses Vorgehen entlang der gesamten Wertschöpfungsketten eröffnet Unternehmen bei einer guten Umsetzung bestmögliche Chancen im wirtschaftlichen Wettbewerb.
Die Stärkung der Industrie und Sicherung von Produktionsstandorten ist auch Ziel des Bundesprojektes „Industrie 4.0“. Die vierte industrielle Revolution ist gekennzeichnet durch eine Digitalisierung sämtlicher Prozesse. Die Fertigung 2020 kann verstanden werden als Produktion der Zukunft – vor dem Hintergrund der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (Internet of Things, kurz IoT). Sie ist durch eine zunehmende Vernetzung, Digitalisierung und Adaptionsfähigkeit gekennzeichnet. Die damit verbundenen Zielsetzungen und Forschungsschwerpunkte sind Arbeitsschwerpunkt verschiedener Interessenverbände der Industrie. Die Umsetzung erfolgt in Public-Private-Partnerships (PPP) unter Zusammenarbeit und Bereitstellung von Mitteln öffentlicher Träger und Akteure aus der Industrie.
In der Forschung lassen sich verschiedene Schwerpunkte beobachten. Unter dem Begriff „Factories of the Future“ (FoF) wird vor allem der Bereich der Forschung zusammengefasst, der sich mit neuen Produktionsverfahren, Maschinen und deren effizientem Einsatz im gesamten Produktionssystem sowie in Interaktion mit dem Menschen beschäftigt. SPIRE steht für Sustainable and Low-Carbon Technologies in Energy-Intensive Process Industries – hierbei wird die Produktion auf Prozessebene beleuchtet. Im Vordergrund steht die Schaffung effizienter Prozesse, die optimale Nutzung von Rohstoffen sowie die Steuerung und Anpassung von Prozessen.
Ein weiterer Bereich „Technologies Enabling Energy-Efficient Buildings“ (EeB) widmet sich speziell der Baubranche inkl. Baustoffen, Bauwerken, Bausystemen, der Gestaltung von Gebäuden und deren Ausrüstung. Darüber hinaus gibt es noch weitere Schwerpunkte, u. a. im Bereich energiefreundliche Fahrzeuge, der Robotik oder dem Internet der Zukunft.
Die zukünftigen Trends und Herausforderungen in der Produktion
Die Fertigung 2020 ist durch verschiedene Trends gekennzeichnet, die Unternehmen vor besondere Herausforderungen stellen. Die zunehmende globale Vernetzung erfordert spezifische Lösungen zur Optimierung von Produktionsnetzwerken. Im Produktbereich geht der Trend zu kleineren Losgrößen und einer immer größer werdenden Vielfalt an Artikeln. Daraus ergeben sich komplexer werdende Produktionsprozesse, die eine hohe Dynamik und Anpassungsfähigkeit aufweisen müssen. Gleichzeitig ist der Anspruch an die Qualität von Produkten gestiegen. Neuartige Stoffe werden verarbeitet und technische Innovationen genutzt. Angesichts dieses stetigen Wandels und den damit verbundenen Unsicherheiten müssen Prozesse in der Fertigung so geplant und gestaltet werden, dass sie zu jedem Zeitpunkt die höchstmögliche Leistung sicherstellen.
Folgende Aspekte sind hierfür kennzeichnend und wichtig für die Umsetzung und Anpassung von Fertigungsprozessen:
- integrierte und vernetzte intelligente Systeme zur Regelung und Überwachung von Prozessen
- das Wissen über eingesetzte aktuelle Technologien
- der Einsatz neuester Kommunikationsmittel für den Abruf von Informationen zum Prozessgeschehen und Kommunikation mit den Maschinen in Echtzeit
- die Schaffung einer Datenbasis für den ortsunabhängigen und einheitlichen Zugriff zu jeder Zeit und eine zentrale Datenspeicherung und -verwaltung
- die Schaffung eine ununterbrochenen Informationskette
Die Schlüsselrolle der „Smart Factory“ für die Industrie 4.0
Ein Kernelement der Industrie 4.0 und Produktion der Zukunft ist die Smart Factory als intelligente Fabrik. Die Vision sieht selbstorganisierte Produktions- und Logistikprozesse vor und damit auch die Möglichkeit der stetigen Anpassung und Optimierung. Möglich wird dies durch intelligente sowie innovative Technologiesysteme – sogenannte cyber-physische Systeme. Sie sorgen für eine Verbindung von Informationstechnologien und Softwareanwendungen mit elektronischen und mechanischen Komponenten, die wiederum über das Internet kommunizieren. In der Produktion spricht man von Cyber Physical Production Systems (CPPS). Die Smart Factory verfolgt ein Konzept, dass vor allem die Optimierung der Prozesse mit Wertschöpfungscharakter vorsieht. Das Internet of Things steht für die Erweiterung der digitalen Welt durch intelligente Gegenstände, z.B. Produkte oder Maschinen, und ermöglicht mehr Transparenz und Optimierungsmöglichkeiten. Smart Products tragen die nötigen Informationen zum jeweiligen Fertigungsprozess oder Produkteigenschaften bei sich, gespeichert auf Datenträgern. Dabei spielt der Einsatz von Barcodes und der RFID-Technologie eine entscheidende Rolle.
In allen Bereichen – von der Planung über die Umsetzung bis zum Ergebnis – sorgt eine lückenlose Dokumentation im Rahmen des integrierten Informationsmanagements für die nötige Rückverfolgbarkeit aller Produktionsschritte. Die Produkte können über die Kennzeichnung mit Barcodes oder RFID-Chips eindeutig identifiziert werden. Intelligente Maschinen liefern Betriebsdaten in Echtzeit und ermöglichen dadurch eine Überwachung der Funktionalität und Fertigungsschritte, aber auch eine intelligente Energieverwaltung. So schließt sich die Lücke im Informationsaustausch zwischen der realen und digitalen bzw. virtuellen Umgebung.
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