Evolution der automatisierten Fertigung: Effizienter durch KI, maschinelles Lernen und Cobots

• Wenn Maschinen und Software zur automatischen Ausführung von Produktions- und Geschäftsabläufen in Fertigungsbetrieben eingesetzt werden, wird von automatisierter Fertigung gesprochen
• Je höher der Automatisierungsgrad, desto stärker profitieren Unternehmen von den vielen Vorteilen der automatisierten Fertigung. Entscheidende Vorteile sind beispielsweise die Verringerung von Personalengpässen und die Verkürzung der Time-to-Market 
• Der nächste evolutionäre Schritt der automatisierten Fertigung ist dank KI, Cobots und maschinellem Lernen (ML) die intelligente Automatisierung. Daraus folgt die sogenannte Hyperautomation, die gerade hinsichtlich der Effizienzsteigerung enormes Potenzial bietet

Automatisierte Fertigung: Manche stellen sich darunter eine monochrom-futuristische Szene vor, in der Kolben auf und ab stampfen und Tausende identischer Produkte ohne jedes menschliche Zutun vom Fließband laufen. Andere sehen vielleicht eine kunterbunte Maschine wie in der Schokoladenfabrik von Willy Wonka vor sich, die rund um die Uhr Süßigkeiten ausspuckt. So oder so liegen die Vorteile der Automatisierung in der Fertigung eindeutig auf der Hand: mehr Effizienz, höhere Produktivität, eine größere Workforce für kreative, wertschöpfende Tätigkeiten, die zum Geschäftswachstum beitragen.

Was ist automatisierte Fertigung?

Unter der Automatisierung der Fertigung versteht man die Nutzung von Maschinen und Software zur automatischen Ausführung von Produktions- und Geschäftsabläufen in Fertigungsbetrieben. Der eigentliche Zweck besteht darin, dass schmutzige, gefährliche oder eintönige Aufgaben nicht wie früher von Menschenhand erledigt werden müssen, sondern der Technologie überlassen werden. Es geht also keineswegs darum, Arbeitsplätze für menschliche Fachkräfte zu streichen; vielmehr sollen diesen Fachkräften monotone Routineaufgaben erspart werden, damit sie ihre Kenntnisse und Kompetenzen stattdessen in kreative Tätigkeiten mit hohem Wertschöpfungspotenzial investieren können, die der Geschäftsentwicklung zugutekommen.

Die Automatisierung selbst erfolgt häufig in mehreren Schritten, zielt jedoch letztlich darauf ab, sämtliche Betriebsabläufe nahtlos miteinander zu vernetzen, sodass Daten quasi in einer Endlosschleife von der Arbeitsvorbereitung bis zur Nachbearbeitung, Weiterverarbeitung und Wartung der fertigen Produkte und schließlich wieder zurück in die Produktentwicklung fließen. Mithilfe dieser vernetzten Daten lassen sich alle Zwischenstufen auf dem Weg vom virtuellen Modell zum marktreifen physischen Produkt optimieren.

Roboter, die am Fließband mechanische Tätigkeiten ausführen, sind nur einer von vielen Möglichkeiten der automatisierten Fertigung. Durch die Automatisierung von Fertigungsschritten und Arbeitsabläufen lassen sich Verbesserungen gleich in mehreren Bereichen erzielen:

• Eliminierung von Datensilos, Verbesserung des Informationsflusses, Vernetzung zwischen allen Projektbeteiligten
• Optimierung des Durchsatzes und der Rendite auf das gebundene Kapital (Return on Capital Employed, ROCE)
• Minimierung von Ausfallzeiten
• Reduzierung von Fehlern und Nachbearbeitung
• Freisetzung der Kapazitäten menschlicher Arbeitskräfte für kreative Tätigkeiten mit hohem Wertschöpfungspotenzial
• nahtlose Vernetzung sämtlicher Daten zur Verbesserung von Transparenz und Feedback
• mehr Agilität
• Unterstützung von individualisierter Massenfertigung
• Straffung der Betriebsabläufe im Rahmen von Lean Management
• Einsparungen, Senkung der Kosten pro Einheit

Die Geschichte der automatisierten Fertigung

Bestrebungen, Maschinen zu erfinden, die uns körperliche Arbeiten abnehmen, reichen bis in die Anfänge der Menschheitsgeschichte zurück. Ein gutes Beispiel dafür ist das Wasserrad. Die weitere Entwicklung der Automatisierung im Fertigungsgewerbe wurde durch eine Reihe von Innovationsschüben geprägt:

Die industrielle Revolution im Laufe des 18. und 19. Jahrhunderts wurde durch die Erschließung neuer Energiequellen wie Kohle, Erdöl, Erdgas und Dampf sowie technischer Errungenschaften wie Dampf-, Spinn- und Nähmaschinen ermöglicht.

1913 setzte Henry Ford erstmals Fließbänder im Automobilbau ein und verkürzte die Zeit, die für die Montage eines einzelnen Fahrzeugs erforderlich war, von 12 Stunden auf nur noch 90 Minuten, indem der Fertigungsprozess in viele Einzelschritte mit wenigen Handgriffen unterteilt wurde, die nacheinander an mehreren Arbeitsstationen ausgeführt wurden. Die Idee dafür stammte ursprünglich aus der Fleischverarbeitung.

Fabrikbesitzer, die der Elektrifizierung anfänglich eher skeptisch gegenüberstanden, ließen sich schnell von den Produktivitäts- und Effizienzgewinnen überzeugen, die sich durch die Umstellung von Dampfmaschinen auf Elektromotoren erreichen ließen. Bereits in den 1920er Jahren verzeichneten elektrifizierte Fertigungsbetriebe eine Produktionssteigerung um 30 %.

Mitte des 20. Jahrhunderts gingen in den USA durch Automatisierung so viele Arbeitsplätze verloren, dass das zuständige Ministerium den mahnenden Slogan ausgab: „You won’t get tomorrow’s jobs with yesterday’s skills!“ – frei übersetzt: Die Kompetenzen von gestern nützen Ihnen wenig auf dem Arbeitsmarkt von morgen. Bei General Motors standen die ersten Industrie-Roboter am Fließband. Zunehmend hielt auch die elektronische Datenverarbeitung (EDV) Einzug in den Unternehmensalltag und ermöglichte die Automatisierung von betriebswirtschaftlichen Prozessen und Informationsmanagement.

In der Vergangenheit war Automatisierung gleichbedeutend mit Standardisierung, d. h. die identische Abfolge von Arbeitsschritten führte zu identischen, vorhersehbaren Ergebnissen bzw. Produkten. Dann begannen die Kunden plötzlich Sonderwünsche anzumelden: Sie wollten ihre Autos mit allen möglichen Extras ausgestattet haben und die Farbe selbst wählen können. (Der Ford war bekanntlich in jeder gewünschten Farbe erhältlich – vorausgesetzt, der Kunde entschied sich für Schwarz.)

Inzwischen ist die Automatisierung in der Fertigung weit fortgeschritten – und hat allen Befürchtungen zum Trotz die menschliche Arbeitskraft keineswegs überflüssig gemacht. Ganz im Gegenteil sind und bleiben qualifizierte Fachkräfte eng in Produktionsabläufe eingebunden und leisten unverzichtbare Beiträge zur Wertschöpfung. (Nicht nur) im Autobau ist die kundenspezifische Fertigung längst gang und gäbe; ebenfalls können verschiedene Modelle dank flexibler Fertigungssysteme auf ein und derselben Produktionsstraße montiert werden. Auch bei Ford bleibt man der Tradition als Wegbereiter für neue Technologien treu und setzt heute auf Roboter und KI. Wer von der rapiden Weiterentwicklung nicht abgehängt werden will, muss sich agil aufstellen, um schnell auf Änderungen in der Nachfrage und den Marktbedingungen zu reagieren. Konkret geht es insbesondere um den zunehmenden Trend zur individualisierten Massenfertigung sowie die Bewältigung von Engpässen in den Lieferketten. Ein weiterer Aspekt der Automatisierung, der noch jede Menge ungenutztes Potenzial bietet, ist die Vernetzung von Daten.

Vorteile der automatisierten Fertigung

Je höher der Automatisierungsgrad, desto besser sind Fertigungsbetriebe in der Lage, das Potenzial der Automatisierung voll auszuschöpfen. Automatisierte Fertigungsbetriebe profitieren von einer ganzen Reihe von Vorteilen:

Freisetzung von Kapazitäten

Ihre Mitarbeitenden sind Ihre wichtigste Ressource. Durch Automatisierung eintöniger Routineaufgaben setzen Sie entsprechende Kapazitäten menschlicher Arbeitskräfte für kreative Aufgaben mit höherem Wertschöpfungspotenzial in neuen Funktionen frei – u. a. als Datenwissenschaftler, Entwickler und Konstrukteure. Die Erschließung dieser Kapazitäten kommt der Innovationskraft des Unternehmens zugute.

Vernetzte Daten

Wenn Informationen nicht mehr in isolierten Datensilos gespeichert, sondern in sämtlichen Phasen des Fertigungszyklus und der Lieferkette miteinander vernetzt werden, lassen sich Abläufe optimieren und rationalisieren. Zentrale Datenspeicherung gewährleistet Wissenskontinuität, da sie eine gezielte Suche nach den jeweils benötigten Informationen ermöglicht, ohne dass die Mitarbeitenden Papier- und Aktenberge durchwühlen müssen.

Gleichbleibende Produktqualität

Mit entsprechender Programmierung sind Maschinen und Digitaltools sehr viel besser in der Lage, wiederholbare Aufgaben mit identischen Ergebnissen auszuführen, als menschliche Arbeitskräfte. Maschinen laufen rund um die Uhr, ohne von Langeweile, Konzentrationsschwäche oder körperlicher Ermüdung beeinträchtigt zu werden, und machen (so gut wie) keine Fehler. Diese Zuverlässigkeit und Vorhersehbarkeit gewährleistet Konformität mit den geltenden Normen und Vorschriften, und Kunden können sich bei jeder Bestellung darauf verlassen, Produkte in identischer Qualität zu erhalten.

Optimierte Arbeitsabläufe

Durch Automatisierung lassen sich Arbeitsabläufe optimieren, sodass weniger Nacharbeiten anfallen und dadurch weniger Zeit, Werkstoffe und Ressourcen verschwendet werden.

Weniger Ausfallzeiten

Maschinen brauchen keine Pausen, keine regelmäßigen Mahlzeiten und keinen Feierabend. Zudem unterstützt Automatisierung eine vorausschauende Instandhaltung, die das Risiko unerwarteter Betriebsunterbrechungen durch Geräteausfälle reduziert.

Sicheres Arbeiten

In Fertigungsbetrieben lauern zahlreiche Gefahrenquellen. Mit zunehmender Automatisierung werden die entsprechenden Tätigkeiten von Maschinen und Robotern ausgeführt, was zur Senkung der Unfallhäufigkeit beiträgt.

Verringerung des Personalmangels

Bedingt durch die Überalterung der Belegschaften sowie das Fehlen von Nachwuchskräften haben Fertigungsbetriebe seit Jahren mit einem akuten Personalmangel zu kämpfen. Eine beschleunigte Automatisierung trägt zur Schließung dieser Lücken bei und ermöglicht den Unternehmen, sich stattdessen auf die Anwerbung hochqualifizierter Fachkräfte für wertschöpfende Tätigkeiten zu konzentrieren.

Kontinuierliche Optimierung der Betriebsabläufe

Fertigungsbetriebe mit hohem Automatisierungsgrad profitieren von Analyseerkenntnissen, die datengestützte Entscheidungen zur Optimierung der Betriebsabläufe ermöglichen. Der Einsatz neuer Technologien trägt ebenfalls zur Rationalisierung bei. Weltweit investieren bereits 42 % aller Unternehmen in Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen, um die Fähigkeit von Computern zum Erkennen von Mustern und zur eigenständigen Verbesserung ihrer Leistung auszunutzen und auszubauen.

Erfüllung der Compliance-Verpflichtungen und Minderung von Risiken

Die Automatisierung von Geschäftsabläufen mit branchenspezifischer Software unterstützt Unternehmen bei der Erfüllung ihrer Compliance- und Nachweispflichten gegenüber den zuständigen Aufsichtsbehörden.

Mehr Agilität

Durch Automatisierung der Betriebsabläufe verbessern Fertigungsunternehmen ihre Fähigkeit, auf geänderte Kundenbedürfnisse und Marktbedingungen zu reagieren, ebenso wie ihre Flexibilität und Resilienz gegenüber Störfaktoren und unerwarteten Herausforderungen.

Durch Automatisierung verschaffen Unternehmen sich also Produktivitäts- und Effizienzgewinne, eine bessere Wettbewerbsposition und bessere Geschäftsergebnisse.

Nahtlose Vernetzung sämtlicher Daten aus allen Phasen des Produktlebenszyklus

Traditionell sind Fertigungsprozesse durch eine lineare Abfolge mehrerer Schritte gekennzeichnet, die sich grob in drei Phasen unterteilen lassen: Produktplanung, Produktion, Vertrieb. Informationen werden in voneinander isolierten Datensilos gespeichert und enden mit dem Versand des Produkts. Jede Störung oder Unterbrechung hält die Produktion auf und erfordert menschliche Intervention, die häufig mit Nacharbeiten und Ressourcenverschwendung verbunden ist. Vergegenwärtigen kann man sich das am Beispiel der Druckpresse, wo schon ein kleiner Defekt dazu führen konnte, dass die gesamte Auflage als Makulatur eingestampft werden musste.

Ein vorrangiges Ziel der Automatisierung besteht darin, diesen horizontalen Ablauf in einen geschlossenen Kreislauf zu transformieren, in dem alle Daten miteinander vernetzt sind und in einer nahtlosen Endlosschleife vom Produktdesign über Konstruktion, Fertigung, Vertrieb und Lieferung bis zum Einsatz beim Kunden und wieder zurück ins Design fließen. Sämtliche Daten, die von Maschinen und Software generiert werden, sind an einem zentralen Speicherort für alle Abteilungen abrufbar. Der eigentliche Wert dieses Ansatzes liegt jedoch in der Feedbackschleife, die dadurch ermöglicht wird: Nach Abschluss der Produktion werden die erfassten Daten in den nächsten Fertigungszyklus eingespeist und zur Optimierung der Abläufe sowie des Endprodukts verwendet.

Fertigungsbetriebe, die ihre Daten in einer geschlossenen Feedbackschleife vernetzen, profitieren in allen Phasen des Produktlebenszyklus von zahlreichen Vorteilen:

• umsetzbare Analyseerkenntnisse
• abteilungsübergreifende Zusammenarbeit
• kontinuierliche Optimierung
• individualisierte Massenfertigung
• bedarfsgerechte Produktion unter Berücksichtigung geänderter Marktbedingungen
• verbesserte Wettbewerbs- und Reaktionsfähigkeit und mehr Agilität
• weniger Verschwendung
• höhere Produktqualität
• kürzere Bearbeitungszeiten

Vernetzung von Daten aus unterschiedlichen Quellen

Durch Automatisierung werden große Mengen von Daten aus verschiedenen Quellen generiert. Diese Daten sind umso wertvoller, je besser sie miteinander vernetzt und für alle Beteiligten jederzeit problemlos abrufbar und verwertbar sind. Durch Vernetzung, Standardisierung und Automatisierung ihrer Systeme führen Fertigungsbetriebe diese Datenquellen zusammen. Dadurch lassen sich Abläufe und Kommunikation unternehmensweit synchronisieren, da allen Mitarbeitenden eine zentrale Informationsquelle zur Verfügung steht, die jederzeit auf dem aktuellen Stand ist.

Fertigungsbetriebe, die das Potenzial der Automatisierung zur Optimierung ihrer Betriebsabläufe voll ausschöpfen wollen, sollten möglichst ganzheitlich vorgehen und insbesondere folgende Prozesse und Zyklen auf nahtlose Feedbackschleifen umstellen:

1. Automatisierung von Geschäftsabläufen

Automatisierung in der Fertigung beschränkt sich nicht darauf, Roboter für die Fließbandarbeit zu programmieren. Vielmehr gehört dazu auch die Optimierung der Unternehmensprozesse, die quasi hinter der Fabrikkulisse den reibungslosen Ablauf der Geschäftstätigkeit gewährleisten. Im Zuge der Automatisierung von Geschäftsabläufen werden manuelle Aufgaben von der Erstellung von Kaufaufträgen bis hin zur Personalverwaltung von Computerprogrammen statt von menschlichen Arbeitskräften erledigt. Auch hier geht es primär um die Freisetzung von Kapazitäten, Steigerung der Effizienz und Gewährleistung einheitlicher Ergebnisse. So werden etwa durch Automatisierung der Gehaltsabrechnung zusätzliche Ressourcen für die Personalentwicklung sowie die Anwerbung und langfristige Bindung qualifizierter Fachkräfte verfügbar gemacht.

Insbesondere lassen sich durch Automatisierung der Geschäftsabläufe folgende Vorteile erzielen:

• schnellere Abwicklung einzelner Prozesse durch Vernetzung unterschiedlicher Systeme
• Konsolidierung von Daten in einer zuverlässigen zentralen Informationsquelle
• automatische Erstellung von Zwischenergebnissen zur Weiterbearbeitung im nächsten Prozess
• Reduzierung von Verschwendung und Kostenüberziehungen durch Erkennen von unnötigen oder doppelten Arbeitsschritten
• bessere Inventarverwaltung zur Unterstützung einer bedarfsgerechten Fertigung

2. Produktlebenszyklus-Management

Früher wurden Produktentwicklung, Fertigung und Vertrieb als einzelne Schritte mit je eigenen Abläufen und Informationsspeichern gehandhabt, die der Reihe nach abgeschlossen werden mussten. Mit der Automatisierung wird hingegen ein ganzheitliches Produktlebenszyklus-Management möglich, das man sich am besten als kontinuierlichen Prozess vorstellt, in dem alle Daten nahtlos miteinander vernetzt sind. Die zentrale Datenspeicherung ermöglicht eine unternehmensweite Zusammenarbeit zwischen sämtlichen Mitwirkenden an den unterschiedlichen Phasen des Produktlebenszyklus – von der Produktplanung und -konstruktion über die Fertigung bis zum Vertrieb – und verkürzt dadurch die Time-to-Market.

3. Produktdatenverwaltung

PDM-Software (Product Data Management) wie Autodesk Vault unterstützt die Automatisierung von Konstruktions- und Entwicklungsprozessen und stellt eine zentrale und übersichtliche Datenquelle bereit, auf die alle Projektbeteiligten jederzeit zugreifen können. Durch Optionen zur Verwaltung von Entwürfen und Revisionen lässt sich die Zusammenarbeit zwischen Konstruktions- und Fertigungsteams sowie externen Lieferkettenpartnern verbessern.

So wird etwa bei der Erstellung eines 3D-Modells für ein neues Produkt ein Datensatz mit großen Mengen von Informationen generiert, die allzu häufig beim Übergang von der Konstruktion zur Fertigung verloren gehen und ggf. in jeder weiteren Phase wieder neu erstellt werden müssen. Eine effiziente Produktdatenverwaltung sorgt dafür, dass diese Informationen auch für die Weiterverarbeitung und Nachbearbeitung sowie im weiteren Verlauf des Produktlebenszyklus für Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten zur Verfügung stehen.

4. Kundenlebenszyklus-Management

Mithilfe von Daten lassen sich nicht nur interne Betriebsabläufe, sondern auch die Verwaltung von Kundenbeziehungen optimieren, indem sie individualisierte und gezielte Interaktionen an jedem einzelnen Kontaktpunkt – von der Neukunden-Akquise bis zur Kundenbindungskampagne – ermöglichen. Ein digitaler Kommunikationskanal zur Erfassung von Daten liefert Ihnen Auskunft über den aktuellen Status der Kaufentscheidung, stellt eine zentrale Schnittstelle für alle Kundeninteraktionen bereit und unterstützt einen kundenzentrierten Vertriebsansatz.

Über einen digitalen Kommunikationskanal (etwa eine Chat-Funktion oder ein Selfservice-Portal) können Sie hundert unterschiedliche Anfragen von hundert verschiedenen Kunden bearbeiten und Ihr Angebot jeweils auf die individuellen Anforderungen jedes einzelnen von ihnen abstimmen. Diese Automatisierung unterstützt die individuelle Ausgestaltung Ihrer Kundenbeziehungen, ermöglicht reibungslose Kundenerfahrungen, fördert die Kundenbindung und damit das Geschäftswachstum. Spätestens seit der Pandemie hat sich in der Fertigungsbranche die Erkenntnis durchgesetzt, dass positive Kundenerfahrungen entscheidend zum Geschäftserfolg beitragen.

5. Management des Technologielebenszyklus'

Bei der Automatisierung von Fertigungsanlagen und -prozessen empfiehlt es sich unbedingt, den Lebenszyklus von Investitionen in neue Hard- und Software von der Anschaffung bis zur Außerbetriebnahme sorgfältig zu planen. Diese Planung wird als Technologielebenszyklus-Management bezeichnet.

Bei der Planung von Neuanschaffungen und Auswahl geeigneter Softwarelösungen und Hardwareprodukte sollten Sie bedenken, welche Produkte Ihr Unternehmen herstellt, welche Kunden Sie damit beliefern und welche Werkstoffe Sie verarbeiten. So würde ein Hersteller von Sportwagen eher mit Kohlefaser, ein Hersteller von Familienautos eher mit Stahl und Aluminium arbeiten. Entsprechend kommen zur Bedienung unterschiedlicher Kundenansprüche und Marktsegmente unterschiedliche Betriebsmittel zum Einsatz. Bei der Entscheidungsfindung sind u. a. folgende Fragen zu berücksichtigen:

• Welche Technologien benötigt Ihr Unternehmen zum Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit?
• Welche Geräte und Maschinen werden zur Verarbeitung der Werkstoffe benötigt? Ließe sich mit den vorhandenen Betriebsmitteln ggf. eine Umstellung auf nachhaltigere Werkstoffe bewältigen, wenn dies durch Änderungen der einschlägigen Auflagen und Vorschriften erforderlich würde?
• Welche Verfahren sind zur Aktualisierung bzw. Entsorgung veralteter Betriebsmittel vorgesehen?

Ein automatisierter Betrieb mit geschlossener Feedbackschleife gewährleistet mehr Transparenz über die Funktionsfähigkeit der vorhandenen technischen und technologischen Infrastruktur und liefert aussagekräftige Erkenntnisse zum optimalen Management ihres Lebenszyklus.

3 Problemfelder, die bei der Automatisierung zu berücksichtigen sind

Bei allen Vorteilen, die Fertigungsbetriebe aus der Automatisierung ziehen können, müssen auch einige Herausforderungen bedacht und Abwägungsentscheidungen getroffen werden. Hier soll insbesondere auf drei Punkte hingewiesen werden:

1. Betriebswirtschaftliche Machbarkeit

Kosten und Nutzen von Automatisierungsmaßnahmen müssen auf Einzelfallbasis gegeneinander abgewogen werden. Jeder Fertigungsbetrieb muss im Rahmen einer fundierten Entscheidungsfindung prüfen, inwieweit die Automatisierung nicht nur technisch machbar, sondern auch aus betriebswirtschaftlichem Kalkül sinnvoll ist. Für Fertigungsbetriebe in Niedriglohnländern lohnt es sich unter Umständen nicht unbedingt, massiv in neue Technologien und Maschinen zu investieren. Sobald steigende Lohnkosten das Unternehmen vor die Wahl zwischen Automatisierung und Auslagerung der Produktion stellen, muss die Kosten/Nutzen-Rechnung neu aufgemacht werden.

Als weiterer Faktor muss die Stabilität der Lieferketten in diese Abwägungen einbezogen werden. Selbst noch so niedrige Lohnkosten nützen einem Unternehmen herzlich wenig, wenn dringend benötigte Bauteile, Roh- oder Werkstoffe in einem Hafen auf der anderen Seite der Welt festliegen. Neben den Arbeitskosten müssen Fertigungsbetriebe bei der betriebswirtschaftlichen Entscheidung für oder gegen Automatisierung auch die potenziellen Vor- und Nachteile des sogenannten On- bzw. Nearshoring berücksichtigen, also der Produktion in geografischer Nähe zu den Beschaffungsquellen und Absatzmärkten.

2. Logistik

Die konkreten Details der Automatisierung eines Fertigungsbetriebs sind mit logistischen Herausforderungen verbunden. Hier ist sorgfältige Planung erforderlich, um zu verhindern, dass der Aufwand die Kapazitäten des Unternehmens überfordert. Bei der Automatisierung der einzelnen Prozesse sind Störungen der Betriebsabläufe unvermeidlich – schließlich kann man die Reifen nicht im Fahren wechseln. Um diese Unterbrechungen auf ein Minimum zu beschränken, sollten Sie sich bereits im Vorfeld Gedanken darüber machen, wie sich die wichtigsten Herausforderungen möglichst effizient und reibungslos lösen lassen. Hierzu gehören:

• Vernetzung der unterschiedlichen Datenströme
• Vernetzung der einzelnen Projekte und Produkte
• Standardisierung des Datenaustausches zwischen unterschiedlichen Systemen und Abteilungen

3. Umstrukturierung

Die Produktivitäts- und Effizienzgewinne, die sich durch die Automatisierung von Fertigungsbetrieben erzielen lassen, machen eine Umstrukturierung der Belegschaft erforderlich, sprich: die Versetzung von Arbeitskräften in neue Verantwortungsbereiche. In automatisierten Fertigungsbetrieben der Zukunft werden vor allem kognitive Kompetenzen benötigt. Die entsprechenden Fachkräfte müssen entweder extern angeworben oder im Rahmen interner Fort- und Weiterbildungsprogramme umgeschult werden.

Im Hinblick auf die Personalpolitik bringt die Automatisierung für Fertigungsbetriebe einen weiteren großen Vorteil, indem sie nämlich ihre Attraktivität als Arbeitgeber steigert. Dennoch wird die Anwerbung hochqualifizierter Fachkräfte angesichts der gegenwärtigen Arbeitsmarktsituation zunehmend zur Herausforderung. Deutschlandweit meldete die Bundesagentur für Arbeit im Mai 2023 insgesamt über 750.000 unbesetzte Stellen; die sogenannte Fachkräftelücke – also die Zahl der offenen Stellen, die rein rechnerisch nicht besetzt werden konnten, da es keine entsprechend qualifizierten Arbeitslosen gab – wurde vom Institut der deutschen Wirtschaft im Dezember 2022 auf 533.000 beziffert. Die Umstrukturierung und Umschulung der vorhandenen Belegschaft ist daher ein unbedingter Imperativ für eine erfolgreiche Automatisierung im Fertigungsgewerbe.

Praxisbeispiele für eine erfolgreiche automatisierte Fertigung

Auch wenn die Automatisierung von Betriebsabläufen immer nach einem ähnlichen Grundschema verläuft, ergeben sich je nach Branche und Unternehmen doch sehr unterschiedliche Anwendungsszenarien, wie die drei folgenden Beispiele zeigen:

GEA: Optimierte Abläufe für kundenspezifische Sonderanfertigungen

Seit der Gründung 1881 hat sich GEA als ein führender Anbieter von Systemen und Komplettanlagen für die verarbeitende Industrie, insbesondere für die Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, etabliert. Neben dem Standardsortiment bietet das Unternehmen auch kundenspezifische Sonderanfertigungen an. Standardbauteile wie Kompressoren, Pumpen und Ventile werden dabei je nach Kundenanforderungen in unterschiedlichen Konfigurationen eingesetzt. Zur Automatisierung der Entwicklungsprozesse setzt GEA auf Autodesk Inventor, bei der Automatisierung von Konstruktionsaufgaben und Modellverbesserungen auf Vault. Dadurch konnte GEA die Entwicklungsprozesse deutlich optimieren und die Konstruktionszeit in einigen Fällen von drei Wochen auf zwei Stunden verkürzen.

ANDRITZ: Geringere Fehlerquote durch die Automatisierung der Datenverwaltung

Seit der Umstellung auf digitalisierte Planungs- und Konstruktionsprozesse mithilfe von Autodesk Forge, Vault und BIM 360 profitiert der österreichische Maschinenbauspezialist ANDRITZ entlang der gesamten Wertschöpfungskette von optimierten Arbeitsabläufen und zentral abrufbaren Informationen, Daten und Entwürfen. Durch die Automatisierung der Datenverwaltung ließen sich Fehler reduzieren, die durch manuelle Datenverarbeitung entstehen; zudem wurde die direkte Vernetzung mit den Zulieferern ermöglicht.

VisiConsult: Röntgensysteme für Kunden in verschiedenen Branchen

VisiConsult hat sich auf die Herstellung von industriellen Röntgensystemen insbesondere für die Luft- und Raumfahrt spezialisiert und beliefert heute einen stetig wachsenden Kundenstamm in verschiedenen Branchen. Zur Gewährleistung nahtloser Arbeitsabläufe setzt man bei VisiConsult auf Fusion 360 Manage und Fusion Lifecycle zur Automatisierung von Kundeninteraktionen und Produktlebenszyklus-Management, um Entwürfe für neue Produkte vor der Verarbeitung von Rohstoffen virtuell zu testen und zu simulieren.

Ein Blick in die Zukunft der automatisierten Fertigung

UN-Schätzungen zufolge wird die Weltbevölkerung bis 2060 die Zehn-Milliarden-Marke erreichen. Entsprechend wird auch die Nachfrage nach Konsumgütern aller Art weiter steigen. Fertigungsbetriebe sind gefordert, diese Nachfrage durch optimierte Produktionsabläufe zu bedienen – und das unter denkbar ungünstigen Voraussetzungen: instabile Lieferketten, knappe Ressourcen und eklatanter Fachkräftemangel.

Durch Automatisierung auf ihrem heutigen Stand kann die Fertigungsbranche diese Herausforderungen nicht bewältigen. Indes gibt es berechtigten Anlass zur Hoffnung, dass sie in naher Zukunft neue Möglichkeiten zur Lösung dringender Probleme erschließen wird. Bei allen technischen Neuerungen bleibt das Kernprinzip der Automatisierung im Fertigungsgewerbe erhalten: Auch im weiteren Verlauf wird es darum gehen, menschliche Arbeitskräfte zu entlasten und Kapazitäten für wertschöpfende Tätigkeiten etwa in der Produktinnovation freizusetzen, indem Routineaufgaben von Maschinen übernommen werden. Als weiteres Element kommt das Bestreben hinzu, das enorme Potenzial von Daten noch besser zu nutzen.

Insbesondere werden folgende Technologien die Zukunft der Automatisierung prägen:

Intelligente Automatisierung

Mit der zunehmenden Vernetzung und Digitalisierung von Systemen im Zuge der Transformation zu Industrie 4.0 werden durch Automatisierung weitere Innovationsschübe in der Fertigungsbranche ermöglicht. Heutige Maschinen können Routineaufgaben mit vorkonfigurierten Abläufen ohne menschliches Zutun bewältigen. Die Maschinen von morgen werden dank leistungsstarker ML-Kapazitäten in der Lage sein, unerwartete Vorfälle vorherzusehen und autonom entsprechende Maßnahmen einzuleiten.

Dieser nächste Schritt in der Evolution der Fertigungsbranche wird als intelligente Automatisierung bezeichnet und führt seinerseits zu einem Zustand der Hyperautomation, in dem das Potenzial der Prozessautomatisierung komplett ausgeschöpft wird. Das Ergebnis ist eine weitgehend autonome Fertigungsanlage, die ohne menschliches Zutun zur Überwachung, Analyse und Optimierung von Prozessen in der Lage ist. Insbesondere spielen dabei folgende Technologien und Elemente eine wichtige Rolle:

Künstliche Intelligenz

Mit der Weiterentwicklung von KI-Systemen eröffnen sich völlig neue Perspektiven für die Automatisierung von Industrie- und Fertigungsbetrieben. Durch Datenüberwachung in Echtzeit können Betriebsabläufe autokorrigiert und optimiert werden. Auch in der Produktentwicklung ist das Potenzial des KI-gestützten Generativen Design noch nicht annähernd erschlossen.

Maschinelles Lernen

Bisher waren Computer auf die Ausführung von Befehlen programmiert. In Zukunft werden sie darüber hinaus in der Lage sein, die von ihnen generierten Daten eigenständig zu analysieren und Maßnahmen zur Optimierung ihrer Performance zu ermitteln und umzusetzen. Ansätze dieses Trends sind bereits heute erkennbar, so etwa bei der vorausschauenden Instandhaltung. Unterbrechungen durch Geräteausfälle können Fertigungsbetriebe sechsstellige Summen pro verlorene Stunde kosten. Der Automatisierungsgrad, der erforderlich wäre, um diese Ausfallzeiten durch vorausschauende Instandhaltung zu minimieren, ist in der Fertigungsbranche bislang noch nicht erreicht. Es steht jedoch zu hoffen, dass sich durch den verstärkten Einsatz von Sensoren zur Erfassung von Daten schnelle Fortschritte im Bereich des maschinellen Lernens erzielen lassen.

Robotic Process Automation

RPA-Software (Robotic Process Automation) wird zur Überwachung und Nachverfolgung menschlicher Handgriffe eingesetzt, die dann analysiert und von Maschinen imitiert werden, um sie zu automatisieren.

Menschliche Fachkräfte als Kernelement der intelligenten Automatisierung

Dass die beschleunigte Automatisierung die Berufsperspektiven für menschliche Arbeitskräfte einschneidend verändern wird, steht außer Frage. Der Trend geht eindeutig von der körperlichen zur Kopfarbeit: Herkömmliche Fertigungsberufe in der Werkshalle verlieren zunehmend an Relevanz; dafür eröffnen sich neue Chancen für Fachkräfte mit hervorragenden kognitiven und kreativen Kompetenzen. Im automatisierten Fertigungsbetrieb der Zukunft werden vor allem Arbeitskräfte benötigt, die für die Orchestrierung der komplexen Systeme und Netzwerke zuständig sind.

Die vollautomatisierte Fertigungsanlage, in der sämtliche Arbeitsschritte ohne jegliches menschliche Zutun von autonomen Fahrzeugen, Robotern, intelligenten Maschinen und Software gesteuert und abgewickelt werden, dürfte auch in Zukunft eher die Ausnahme als die Regel darstellen. In der Mehrzahl aller Betriebe wird die Realität eher so aussehen, dass Cobots in hochgradig flexiblen Produktionsumgebung buchstäblich Hand in Hand mit menschlichen Arbeitskräften zusammenarbeiten. Der nächsten Generation von Fachkräften werden neuartige technische Möglichkeiten zur Verfügung stehen, die ein bislang undenkbares Maß an Produktivität und Effizienz in der Fertigung unterstützen. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass sie das Potenzial haben, die Welt zu verändern.

Intelligente Automatisierung braucht Cloud-Plattformen

Ist die intelligente Automatisierung sämtlicher Betriebsabläufe einmal abgeschlossen, stellt sich als nächstes die Frage nach einem geeigneten Speicherort für die riesigen Datenmengen, die Ihre vernetzten Systeme nun generieren. Deswegen dreht sich in der nächsten Phase der Automatisierung alles um Plattformen – genauer gesagt: um cloudbasierte Plattformen als vernetzte Ökosysteme, in denen sämtliche durch Automatisierung generierten Daten gehostet werden. Durch Vernetzung von Systemen, menschlichen Arbeitskräften und Prozessen wird der Informationsfluss zwischen unterschiedlichen Abteilungen und Technologien deutlich verbessert. Auf diese Weise schaffen Plattformen die technischen Voraussetzungen für weitere Innovationsschübe.

Mehr Resilienz und Innovationskraft durch datengestützte Entscheidungen

In den gut hundert Jahren, die seit der Einführung der Fließbandfertigung im Automobilbau vergangen sind, hat die Automatisierung im Fertigungsgewerbe enorme Entwicklungssprünge vollzogen. Die optimale Nutzung von Daten zur Unterstützung der Prozessoptimierung und Geschäftsentwicklung steht dabei zunehmend im Vordergrund. Bereits heute wird durch Automatisierung ein deutliches Mehr an Transparenz und Analytik ermöglicht. Dieser Trend dürfte sich auch in Zukunft fortsetzen und automatisierten Fertigungsbetrieben durch die Fähigkeit, datengestützte Entscheidungen zu treffen, entscheidende Wettbewerbsvorteile im Hinblick auf Resilienz und Innovationskraft verschaffen.

Intelligente Automatisierung bietet damit zukünftig enormes Potenzial für die Fertigungsbranche.