Die deutsche Fertigungsindustrie steht unter hohem Wandlungsdruck. Doch wohin soll die Reise gehen? Und wo liegen die Schwierigkeiten?
Immer kürzere Produktlebenszyklen, immer mehr Variantenvielfalt und eine wachsende Zahl globaler Wettbewerber – die deutsche Fertigungsindustrie steht vor vielfältigen Herausforderungen. Gleichzeitig wachsen die Kundenanforderungen und damit rückt die Art und Weise, wie Kund*innen ein Produkt erleben, in den Mittelpunkt. Nachgefragt werden neue Verbrauchsmodelle, datenbasierte Services und individualisierte Produkte in kleinen Losgrößen zur gleichen Qualität und zu den gleichen Kosten wie in der Massenproduktion. Genau das zeichnet auch die Smart Factory aus, die auf den bewährten Konzepten Stabilität, Schlankheit und Effizienz des Lean Manufacturing aufbaut und diese um die eben genannten Aspekte erweitert.
Was also tun? Alles so belassen, wie es ist, ist keine Option. Zu hoch ist der Druck, zu hoch ist das Risiko. Deutsche Fertigungsunternehmen müssen neue Möglichkeiten erkennen und einen Schritt weitergehen – vom Lean Manufacturing zur Smart Factory. Es sind vor Allem neue IT basierte Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI) oder generell Smart Analytics sowie Edge und Cloud Computing, die ihnen dabei helfen können, in einem so hochdynamischen Umfeld reaktions- und damit wettbewerbsfähig zu bleiben.
Disruptive Technologien sind der Schlüssel
Obwohl nicht der einzige Baustein einer Smart Factory, sind moderne IT-basierte Technologien dennoch ein essenzielles Element. Sie sind ein wichtiges Instrument, um Prozesse zu optimieren und weiterzuentwickeln – und so die Grundlage für eine Smart Factory zu bilden. Ein Beispiel:
KI in der Produktion: Qualität als Mehrwert
Das „Auge der KI“ ist bereits seit einigen Jahren dem des Menschen überlegen. So lässt sich mit KI-gesteuerter optischer Bilderkennung wie der von Fujitsu die Anzahl fehlerhafter Produkte drastisch reduzieren. Der Grund: Statt langwierige und fehleranfällige manuelle Stichproben durchzuführen, kann mit einem solchen System jedes Produkt automatisiert geprüft werden. Dazu werden Fotos, Ultraschallbilder, Röntgenaufnahmen und andere Bilddaten, analysiert. Anhand von Referenzbildern stellt die KI dann fest, ob das fragliche Produkt fehlerhaft ist und welche Art von Fehler vorliegt.
Die Vorteile liegen auf der Hand. Mit KI-gesteuerter optischer Bilderkennung können 100 Prozent der Produkte ohne das Risiko menschlicher Fehler geprüft werden. Auch wird nur noch ein Bruchteil der Zeit für die Qualitätskontrolle aufgewendet. So kann etwa die Zeit für die Inspektion eines Windradflügels von 6 auf nur noch 1,5 Stunden gesenkt werden. Neben diesem Geschwindigkeitsgewinn spielt aber auch die nie nachlassende Qualität bei der Bilderkennung durch die KI eine Rolle. So zeigen Untersuchungen, dass Menschen schon nach kurzer Zeit etwa 30 Prozent der vorhandenen Fehler schlicht übersehen.
Aus Smart Factory-Perspektive fällt aber vor allem auf, dass in einem rein manuellen Prozess die Fehlerbilder meist unklar bleiben. Und das obwohl Menschen diese durchführen. Das ändert sich automatisch bei der Einführung einer KI-gestützten Qualitätskontrolle. Durch die jetzt systematische Erfassung der Fehlerbilder kann ein nachhaltiger Verbesserungsprozess des Produktes selbst gestartet werden. So wird nicht nur der Verwurf minimiert, sondern die Qualität generell gesteigert. Damit wird das Thema Qualität aus der Nische eines reinen Kostenfaktors heraus in eine echte Mehrwertargumentation überführt.
Das ist selbstverständlich nur eines von vielen Beispielen. So ließen sich KI oder generell Smart Analytics Techniken auch bei der Ursachenanalyse wiederkehrender Probleme einsetzen oder um Prognosen über die Zukunft zu erstellen. Damit eröffnen sich neue Einblicke, die für einen Menschen nicht offensichtlich oder nur schwer erfassbar sind. Immer attraktiver wird auch das Quanten-Computing. Obwohl diese Technologie noch in einer sehr frühen Phase steckt, hat Fujitsu mit dem sogenannten Digital Annealer eine Brückentechnologie auf klassischer Basis geschaffen, die es ermöglicht, innerhalb kürzester Zeit Lösungen für ansonsten zu komplexe kombinatorische Probleme zu finden. So konnte Fujitsu zusammen mit dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen an der Universität Hannover die Produktionszeit für eine bestimmte Fertigungsmenge innerhalb einer Minute von etwa 300 Stunden auf 200 Stunden reduzieren.
Im Dienste des Menschen
Die Transformation in Richtung einer Smart Factory stellt auch für den Menschen im Produktionsprozess eine große Herausforderung dar. In dem Qualitätssicherungsbeispiel haben wir exemplarisch gesehen, dass der Mensch für monotone Aufgaben nur bedingt geeignet ist, hier aber die KI ihm unter die Arme greifen kann.
Aber auch die Geschwindigkeit, mit der sich Unternehmen wandeln, verlangt eine enorme Änderungsbereitschaft bei den Mitarbeiter*innen. Hier können moderne Technologien bei der Anpassung an sich verändernde Marktbedingungen helfen: digitale Begleitsysteme wie die von Fujitsu etwa, die die Mitarbeitenden dabei unterstützen, sich in vorhandenes Know-how einzuarbeiten und die schnell fortschreitende Digitalisierung mitzugehen.
Digitalisierung als Herausforderung
Die Vorteile liegen auf der Hand. Was hindert deutsche Fertigungsunternehmen also daran, die notwendigen Schritte hin zur Smart Factory zu gehen?
Das Kernstück der deutschen Fertigungsindustrie bilden mittelständische Traditionsunternehmen. Viele von ihnen sind „Hidden Champions„, die in ihrem Bereich weltweit führend sind. So erfolgreich diese Unternehmen in ihrem spezifischen Sektor auch sein mögen, aufgrund ihrer geringen Größe fällt es ihnen jedoch häufig schwer, moderne Technologie einzusetzen und die damit verbundenen Chancen zu nutzen.
Oftmals fehlt es zudem schlicht am notwendigen Digitalisierungsgrad, der erforderlich ist, um disruptive Technologien aus dem Smart Analytics-Umfeld nutzbar zu machen. Die Schwierigkeit: Fertigungsunternehmen beginnen ihre Transformationsreise hin zur Smart Factory in der Regel von einer bereits existierenden produktiven Umgebung aus, die, um das laufende Geschäft nicht zu beeinträchtigen, äußerst behutsam angepasst werden muss. Aber es gibt noch weitere Hemmnisse.
Einer der zentralen Ausgangspunkte der Digitalisierungsbemühungen in Fertigungsunternehmen dürfte die Anbindung der oftmals isolierten Maschinenumgebung (Operational Technology, OT) an die bestehende IT‑Infrastruktur sein. Das bringt zwar grundsätzlich viele Vorteile, aber auch neue Herausforderungen. So können neue Sicherheitsprobleme entstehen, weil die bestehenden Systeme plötzlich nicht mehr isoliert sind, sondern mit dem Internet verbunden werden.
Eine weitere Frage, der sich Fertigungsunternehmen auf ihrer Digitalisierungsreise hin zur Smart Factory stellen müssen, ist die nach dem Umgang mit den neu erfassten Daten. Sollen sie in der Cloud oder maschinennah an der Edge ausgewertet werden? Oder bietet sich vielleicht ein Hybridmodell an? Zudem gilt es alte Technologien nachzurüsten, zum Beispiel durch die Integration von Sensoren.
Gemeinsam zum Erfolg
Die Herausforderungen für Fertigungsunternehmen sind groß, letztendlich überwiegen aber die Vorteile einer erhöhten Konnektivität. Schließlich sind es die Digitalisierung und disruptive Technologien, die es Entscheidern ermöglichen, zu sehen, was geschieht, wann es geschieht, wie es geschieht und welche Probleme daraus resultieren können – und das in Echtzeit. So vermeiden sie Produktfehler, verringern Maschinenleerlaufzeiten und sparen Kosten. Gleichzeitig steigern sie ihr Entscheidungs‑ und Handlungsvermögen enorm.
Hersteller müssen diese Chance jetzt ergreifen und sich darauf vorbereiten. Dazu müssen sie einen Weg finden, disruptive Technologien so in ihre Organisation einzubringen, dass sie dem Unternehmen und seinen Zielen ebenso dienen wie ihren Mitarbeiter*innen und den Kund*innen. Ein agiles Vorgehen ist für Fertigungsunternehmen der beste Weg, um dies zu erreichen. Denn sie ermöglicht es, kleine Veränderungen interaktiv vorzunehmen. So behalten sie auch die Auswirkungen und die Kosten stets im Blick und können schnell auf sich ändernde Rahmenbedingungen reagieren.
Helfen kann dabei ein erfahrener Partner wie Fujitsu. Mit unserem bewährten Co-creation-Ansatz bringen wir alle relevanten Experten innerhalb und außerhalb Ihres Unternehmens zusammen an einen Tisch. Gemeinsam entwickeln wir dann neue Ideen, loten Zukunftsvisionen für Ihre Smart Factory aus und helfen Ihnen dabei, die digitale Transformation zu meistern. Besuchen Sie dazu unser FUJITSU Digital Transformation Center in München.
Sie möchten mehr zum Thema erfahren? Dann werfen Sie einen Blick in unser E-Book „Die deutsche Fertigungsindustrie und die Smart Factory“. (Link leider nicht mehr verfügbar)