Die Fabrik der Zukunft ist (noch) nicht autark

Vernetzte Fertigungsanlagen, sensorgesteuerte Roboter, autonome Lkw: Auf der ganzen Welt arbeiten Unternehmen mit Hochdruck an der Digitalisierung der Industrie. Allein in Deutschland wollen vier von fünf Unternehmen ihre komplette Wertschöpfungskette bis 2020 digitalisieren. Sie planen dafür jährlich mehr als 40 Milliarden Euro in entsprechende Lösungen zu investieren – das geht aus einer aktuellen Studie des Beratungshauses PwC hervor. Auch auf der in Kürze stattfindenden Hannover Messe ist die „Integrated Industry“ ein wichtiges Thema und zwar für alle Branchen. Doch bei allem Hype und Euphorie: Kann die Fabrik der Zukunft wirklich ganz ohne menschliches Zutun, komplett autark funktionieren? Ich habe einen Blick auf das Fundament der „Smart Factory“ gewagt. 

Vorantreiber der vierten industriellen Revolution, kurz Industrie 4.0, sind neueste Entwicklungen in der Robotik sowie die zunehmende Verbreitung von internetfähigen Geräten. Deren digitale Vernetzung im Sinne eines „Internets der Dinge“, macht sie zu autonomen Maschinen. Nach der Vision von Industrie 4.0 sollen bald nur noch solche, miteinander kommunizierende Maschinen in unseren Fabriken stehen. Die sogenannten „Smart Factories“ sollen in naher Zukunft automatisch produzieren können, ohne dass Menschen in den Produktionsprozess eingreifen. Volkswirtschaftlich wichtige Branchen versprechen sich davon eine Produktivitätssteigerung von rund 78 Milliarden Euro bis 2025 sowie mehr Flexibilität in der Großserienproduktion. Die Rede ist von einer kundenindividuellen Massenproduktion, also praktisch einer Auftragsarbeit für Jedermann. Wie ist das möglich? Mithilfe automatisch übertragener Daten können Roboter sich selbst konfigurieren und müssen nicht mehr für jeden Auftrag aufwendig umgerüstet werden. Selbst die Produktion von Waren mit der Losgröße eins wären somit wirtschaftlich.

Das folgende Video von der Hannover Messe 2014 zeigt auf eindrucksvolle Weise, wie ein Produktionsprozess in der „Smart Factory“ aussehen könnte.

Auch Roboter brauchen Rohstoffe           

Wird die Fabrik von morgen folglich ganz ohne Personal auskommen? Zwar sind die Weichen für die „Smart Factory“ mit ausgeklügelter Industrierobotik, drahtloser Kommunikation und Verarbeitung großer Datenberge gestellt – was meiner Ansicht nach bei der Thematisierung jedoch häufig in den Hintergrund gerät, sind intelligente Entscheidungen. Denn in Zeiten volatiler Märkte und steigender Kundenanforderungen müssten Roboter und Maschinen vorausschauend handeln und Ressourcen so effizient wie möglich einsetzen, um mit unerwarteten Ereignissen umgehen zu können.

Ich will dies am Beispiel des Bestandsmanagements kurz deutlich machen: Ein autonom arbeitender Roboter, welcher in der Automobilindustrie zukünftig beispielsweise für das Anbringen von Autoteilen eingesetzt wird, erkennt automatisch, wenn der Lagerbestand zu Neige geht und bestellt selbstständig Ware nach. Ohne eine vorausschauende Planung können dabei jedoch schnell Engpässe entstehen, die die Produktion verzögern. Diese Gefahr sehe ich insbesondere bei der kundenindividuellen Massenfertigung gegeben, da diese an eine hohe Kundenerwartung bezüglich der Lieferzeit gekoppelt ist. Um dies zu gewährleisten wird ein vorausschauendes Bestandsmanagement benötigt, um rechtzeitig für Nachschub bei Zukaufteilen und Rohstoffen mit langen Lieferzeiten zu sorgen.

Eine weitere Herausforderung für die „Smart Factory“ sind saisonale Spitzen. Selbst Maschinen haben begrenzte Kapazitäten. Je nach Produktbeschaffenheit und Kundennachfrage wird eine rein auftragsgesteuerte Fertigung in Hochzeiten nicht möglich sein. Auch hier kommt es auf intelligente Entscheidungen auf Basis von aktuellen und historischen Marktzahlen an. Ist etwa ein „Auftrags-Peak“ in den kommenden Monaten abzusehen, kann z.B. eine Vorproduktion von Halb-Fertigteilen zu einer reibungslosen Auftragsabwicklung beitragen. Diese würde allerdings wiederum Anforderungen an die Beschaffung von Rohmaterial und die Einplanung von Kapazitäten stellen.

Die beiden Beispiele zeigen: Selbst wenn Maschinen autonom handeln und z.B. automatisch Bestellungen auslösen, bedarf es einiger intelligenter Entscheidungen im Vorfeld.

Künstliche Intelligenz mit Entscheidungskompetenz

Ist am Ende also einzig und allein auf den menschlichen Verstand Verlass? Falsch! Möglichkeiten für ein vorausschauendes Bestandsmanagement gibt es sogar bereits im Industrie 3.0-Zeitalter. Prognosealgorithmen aus dem Operations Research (OR) und Fuzzy Logic optimieren schon heute die Supply Chain-Prozesse in vielen Industrieunternehmen. Eingebettet in Software ergänzen die OR-Algorithmen bestehende IT-Systeme um Optimierungskomponenten. Damit lassen sich große Mengen an Geschäftsdaten flexibel für optimale Entscheidungen nutzen. Denn entlang der Lieferkette laufen Daten aus verschiedensten Abteilungen zusammen – eine unüberschaubare Menge an Informationen. OR-Algorithmen stimmen Aufträge, Termine, verfügbare Ressourcen und andere Entscheidungsparameter möglichst gut aufeinander ab. Dabei werden nicht nur einzelne Vorgänge beachtet, sondern die Abläufe für viele Tausende Aufträge oder Transportladungen gleichzeitig berechnet. Millionen von alternativ möglichen Ablaufsequenzen werden in kürzester Zeit nach der sinnvollsten Lösung durchsucht. Begrenzte Kapazitäten wie Maschinen oder LKW werden berücksichtigt.

Vorausschauendes Bestandsmanagement in der Praxis

Zur Auswertung gehören Informationen wie Bestellvorgänge bei den Lieferanten, Art und Menge der auf Lager genommenen Artikel und der Verkauf. Die OR-Software berechnet dann etwa solide Prognosen für den Einkauf. Dadurch gibt es weder zu viele noch zu wenige gelagerte Teile. Unterm Strich können Unternehmen ihre Bestände um bis zu 40 Prozent reduzieren und schaffen dennoch eine fast hundertprozentige Lieferfähigkeit. Zudem bedeutet weniger Lagerware, mehr flüssiges Kapital. Durch die digitale Vernetzung und Datenübertragung können zudem immer mehr Bereiche in die Planung einbezogen werden.

Dabei werden dann z.B. folgende Fragen abgeklopft: Hat das Unternehmen ausreichend Vorräte, Personal und Maschinen? Haben die Lieferanten genug von diesen Ressourcen? Wie sieht es mit dem Transport aus, kann der garantiert werden? Müssen die Hersteller noch Rohstoffe besorgen? Auch die Kundenseite wird integriert. So werden z.B. Rabattaktionen oder Marktentwicklungen mit in die Kalkulation aufgenommen.

Fazit

Ohne intelligente Entscheidungen, z.B. mithilfe von OR-Technologie, werden selbst Roboter und Maschinen der vierten industriellen Revolution Produktionsassistenten bleiben. Im Zuge der voranschreitenden Digitalisierung werden Produkte und Prozesse immer detaillierter dokumentiert. In der „Smart Factory“ wird dies zukünftig z.B. auch mithilfe von Sensoren geschehen. Die dabei entstehenden, stetig wachsenden Datenberge, bilden die Auswertungsgrundlage für Algorithmen. OR-Software könnte folglich schon bald noch exaktere Prognosen sowie noch bessere Optimierungsvorschläge liefern. Blickt man über den Tellerrand der „Smart Factory“ in Richtung lückenlose Digitalisierung der Prozesse, sind wir von einer vollständigen, horizontalen Integration der Supply Chain nicht mehr weit entfernt. Mithilfe von Operations Research könnte dann eine ganzheitliche Optimierung möglich sein, von der Lieferanten, Produzenten und Händler gleichermaßen profitieren.

Ich wünsche Ihnen eine spannende Zeit auf der Hannover Messe und freue mich auf Ihre Einschätzung zum Thema „autonome Fabrik“!