Utopien zu einer ‚Dark Factory‘, in der Maschinen und Künstliche Intelligenz Fabriken und Produktionsabläufe ohne menschliches Zutun steuern, treiben Fantasie und Ängste so mancher Industrieentscheider und Mitarbeiter an. Die ‚Dark-Factory‘ wird in diesem Zusammenhang oft als Zukunftsvision dargestellt, die von Herstellern angestrebt werden sollte. Aber ist dieses Konzept, das im Wesentlichen eine Fertigung ohne Menschen beinhaltet, überhaupt ein realistisches und erstrebenswertes Ziel?

Vollständig automatisierte Fabriken wie das Foxconn-Werk im chinesischen Shenzen, das vom Weltwirtschaftsforum als führend in der vierten industriellen Revolution anerkannt wurde, gibt es bereits. Allerdings sind derartige Beispiele selten. Am meisten Anklang finden ‚Dark Factories‘ dort, wo so wenig menschliche Interaktion wie möglich angestrebt wird – hierzu gehören beispielsweise Produktionsabläufe mit signifikantem Risiko von Kontamination beispielsweise in der Lebensmittelverarbeitung oder bei der Herstellung spezieller elektronischer Komponenten. Interessant sind aber auch Bereiche, in denen die Produktmargen höher sind, etwa in der pharmazeutischen Produktion, wo ein Return on Investment (ROI) leichter zu erzielen ist.

Diese Anwendungen erfordern jedoch fast alle ein Szenario mit hohen Stückzahlen und geringem Produktmix (High-Volume-Low-Product-Mix), um rentabel zu sein. Dies steht im Widerspruch zur allgemeinen Entwicklung hin zu niedrigen Stückzahlen und hohem Produktmix (Low-Volume-High-Product-Mix) in vielen Wertschöpfungsketten, da die Unternehmen eine größere Auswahl für ihre Kunden schaffen wollen. Daher ist die zu 100 % automatisierte, autonome, vollständig unbeleuchtete und menschenleere Fabrik für die meisten Fertigungsunternehmen kein realistisches Ziel.

Vielmehr gibt es für jeden Hersteller ein Optimum zwischen 0 und 100 % Automatisierung, an dem er die beste Nutzenschöpfung für Investitionen in Automatisierungstechnologie erzielen kann. Wird dieser Punkt überschritten, sinkt die Rentabilität bei fortschreitender Automatisierung. Eine Gartner-Studie aus dem Juni 2020 kommt zu dem Ergebnis, dass lediglich 17 % der Befragten glauben, dass sie bis 2025 vollständig auf digitale, umfassend automatisierte Produktionsanlagen setzen werden. Die Mehrheit (79 %) geht davon aus, dass ihre Produktionsabläufe auf menschengesteuerten Prozessen basieren werden, die durch digitale Prozesse sinnvoll unterstützt werden.

Ein Hauptgrund, warum sich eine vollständig automatisierte Fabrik nicht realisieren lässt, ist, dass die Produktion menschliche Fähigkeiten braucht. So fortschrittlich die heutigen Automatisierungstechnologien auch sein mögen – es gibt Situationen, in denen die Flexibilität des Menschen immer noch am besten geeignet ist, um komplexe Prozesse auszuführen: Wenn etwa Improvisation oder komplizierte Entscheidungsfindung erforderlich sind, um auf ein unerwartetes Ereignis zu reagieren. Ein gutes Beispiel sind Abläufe in einer Flaschenabfüllanlage: Klemmt eine Flasche, ist es nicht einfach, dies automatisch zu beheben. Für einen Menschen hingegen ist es ein recht einfaches Problem, das leicht zu lösen ist.

Ohne menschliche Mitarbeiter? Geht nicht!

Digitalisierung ermöglicht die Erfassung wertvoller Prozessinformationen, die sich analysieren lassen, um die grundlegenden Ursachen von Produktionsproblemen zu identifizieren. Dies kann dann in die Anpassung von Linien und Maschinen einfließen, um Maschinenstillstände zu minimieren oder sogar zu vermeiden. Um beim Beispiel der Flaschenabfüllanlage zu bleiben: Hier wäre es möglich, die Zuführabläufe der Abfüllmaschine neu zu designen, um den Flaschenstau zu beseitigen. Aber: Entspricht eine spätere Charge der Flaschen des Lieferanten nicht den Spezifikationen, könnte das Problem trotz aller Bemühungen erneut auftreten. Zwar ließen sich Schritte zur Abmessung der Flaschen einbauen, bevor sie in die Linie eingespeist werden, doch dann könnte ein Materialproblem auftauchen, das einen weiteren Maschinenfehler verursacht. So lassen sich im Grunde immer wieder Schritte zur Optimierung einer Linie hinzufügen. Doch niemand kann wirklich hundertprozentig garantieren, dass alle potenziellen Probleme beseitigt werden.

Beispiele wie dieses zeigen, dass es nicht praktikabel sein kann, die letzten 10 % einer Produktionsanlage zu automatisieren, um die vollständige ‚Dark Factory‘ zu realisieren. Unabhängig davon geht eine allgemeine Entwicklung jedoch dahin, dass Mitarbeiter in der Fertigung statt traditionell operativer Aufgaben vermehrt Aufsichtsfunktionen übernehmen.

‚Proof of Concept‘ bringt Klarheit

Ein entscheidender Schritt für Hersteller ist es also, herauszufinden, in welchem Umfang und in welchen Bereichen Automatisierung den optimierten Return-on-Investment bietet. Viele Systemintegratoren und Technologieanbieter helfen dabei, eine Analyse durchzuführen und ein ‚Proof-of-Concept‘ zu realisieren – von einzelnen Anwendungen bis zu ganzen Anlagen. Omron beispielsweise verfügt über spezielle ‚Proof-of-Concept‘-Labore in Stuttgart, Dortmund und Langenfeld als Bestandteil einer globalen Infrastruktur aus Technologiezentren. Diese Standorte werden regelmäßig genutzt, um Prototypen zu konstruieren, die physische Demonstrationen als Teil des ‚Proof-of-Concept‘-Prozesses ermöglichen.

Von Bildverarbeitung bis Robotik

Fortschritte in der Automatisierungstechnologie bedeuten, dass sich Produktionsprozesse stetig der Vollautomatisierung annähern. Ein Beispiel ist die industrielle Bildverarbeitung, wo immer leistungsstärkere 3D-Vision-Systeme immer komplexere Pick-and-Place-Vorgänge ermöglichen. Mussten früher Bauteile präzise übergeben werden, kann die moderne Bildverarbeitungstechnologie problemlos Objekte identifizieren, die in zufälliger Anordnung in Transportbehältern liegen.

Eine grundlegende Voraussetzung für die automatisierte Fabrik – und entscheidend für ‚Dark Factory‘-Projekte – ist die Robotertechnologie, speziell der Transport von Materialien, Unterbaugruppen und anderen Gegenständen um und innerhalb des Produktionsprozesses.

Während in der Vergangenheit unterschiedlichst geführte Flurförderzeuge sowie Gabelstapler eingesetzt wurden, können heute mobile Roboter derartige Aufgaben automatisieren. Gesteuert werden sie über ein übergeordnetes Kontrollsystem, das sicherstellt, dass die richtigen Materialien an die Maschinen geliefert, laufende Arbeiten zwischen den Produktionssystemen übertragen und fertige Waren zurück ins Lager gebracht werden. Dabei können mobile Roboter beträchtliche Lasten tragen und nahtlos miteinander und sicher mit Menschen zusammenarbeiten.

Cobots im High-Mix-Low-Volume-Einsatz