TrendIndustrie 4.0

Revolution kommt in Trippelschritten

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Christoph Hammerschmidt

Christoph Hammerschmidt

freier Journalist

Unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ soll mit intelligenter Vernetzung von Produktionsmitteln und Werkstücken die Fertigungslandschaft radikal umgekrempelt werden, so dass die Herstellung individueller Produkte zum Großserienpreis möglich wird. Soweit die Theorie. Doch noch erwachsen der Revolution gerade mal ein paar zarte Pflänzchen.

13. Mai 2013

Im Jahre eins nach der Proklamation der industriellen Revolution Nummer vier kommt das Thema in der breiten Öffentlichkeit langsam an. Dafür sorgte nicht zuletzt die zur Hannovermesse termingerecht in Szene gesetzte Übergabe des Abschlussberichts des Arbeitskreises „Industrie 4.0“ an Bundeskanzlerin Angela Merkel und der ebenfalls punktgenau terminierte Startschuss für die "Plattform Industrie 4.0". Das ist insofern bemerkenswert, als sich hier die drei großen deutschen Branchenorganisationen für die Bereiche IT (Bitkom), Elektrotechnik (ZVEI) und Maschinenbau (VDMA) zu einem koordinierten Vorgehen hinsichtlich der Entwicklung der mit Industrie 4.0 verbundenen Techniken zusammengefunden haben. Dabei spielt die Ausarbeitung offener und spartenübergreifender Standards eine wichtige Rolle. Im Abschlussbericht sind acht Themenfelder aufgezeigt, in denen noch Forschungsbedarf besteht (siehe Kasten: Industrie 4.0: Die Hausaufgaben).

Taylor war gestern

Was ist nun Industrie 4.0? Kerngedanke ist ein hoher Grad an Selbstorganisation in der Fabrik, ermöglicht durch eine komplette Vernetzung nebst elektronischer Erfassung und dezentraler Verarbeitung aller relevanten Parameter. Nach der Einführung der Dampfmaschine, der Taylorisierung und der Entwicklung der elektronischen Steuerungen wäre das nun die vierte industrielle Revolution, glaubt man den Protagonisten.

Der Eindruck, dass das Thema „Industrie 4.0“ in der Öffentlichkeit Anklang findet, bestätigte sich beim Gang über die Messe. Die Messeleitung hatte die gesamte Veranstaltung unter das Motto "Integrated Industry" gestellt, was in die gleiche Richtung weist. Und in der Sonderschau "Digital Factory" fand sich eine Untermenge derjenigen Technikanbieter zusammen, die in ihrer Gesamtheit die Lieferkette revolutionieren wollen. Für die Vorstellung kompletter Lösungen oder auch nur von größeren Funktionsblöcken war es jedoch offenbar zu früh; viel mehr als Absichtserklärungen und Zukunftsvisionen gab es kaum zu sehen.

In Zukunft ohne Konstruktionszeichnung

Immerhin zeigten einige Anbieter Ansätze, wie sich durch Virtualisierung und Digitalisierung die Wertschöpfungskette von der Produktentwicklung bis zum Anlagenservice intelligenter gestalten lassen. So stellte der PLM-Softwarehersteller PTC ein Konzept vor, das Konstruktionszeichnungen – auch solche in elektronischer Form – überflüssig machen könnte. Stattdessen sollen diese Daten in ein Produktmodell eingebracht werden, das gleichzeitig für die Simulation, den Test und die Produktion taugt. „Die visuelle Repräsentation des Produkts wird dann nicht über CAD-Dateien, sondern aus dem Modell heraus generiert“, erklärte Robin Saitz, Senior Vice President von PTC.

Über das andere Ende der Lieferkette – der Maintenance – hat sich der Automatisierungsanbieter ABB Gedanken gemacht. Auf der Messe stellte der Hersteller ein Angebot für die Fernwartung von Produktionsrobotern vor, das die bekannte Preventive Maintenance (Vorbeugende Wartung) intelligenter macht und zur Predictive Maintenance weiterentwickelt. Dazu liest der Service-Rechner des Anbieters die relevanten Parameter aus den Robotern aus und erkennt frühzeitig Verschleißerscheinungen. Er berechnet daraus den Zeitpunkt eines wahrscheinlichen Ausfalls und kann rechtzeitig vorher eingreifen. Im Gegensatz zur vorbeugenden Wartung erfolgt das Eingreifen nicht nach einer starr festgelegten Betriebszeit, sondern ergibt sich aus der Analyse der tatsächlichen Belastung.

Das neue Internetprotokoll beherrschen

Der Automatisierungstechnik-Anbieter Weidmüller GmbH ging das Thema eher auf der Infrastrukturseite an. Das Detmolder Unternehmen stellte eine Familie von ethernet-fähigen Signalkonvertern und Gigabit-Ethernet-Switches für den Industrieeinsatz vor. Das Besondere: Die Geräte beherrschen IPv6, die neue Version des Internet Protocols, eine der softwaretechnischen Voraussetzungen für das "Internet der Dinge" mit seinen nach Sextillionen bemessenen Adressierungsmöglichkeiten. Und das Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA) zeigte eine selbstoptimierende Steuerung. Damit sollen Maschinen und Anlagen ihr Verhalten selbständig anpassen und so beispielsweise den Verbrauch von Energie oder Material verbessern.

Am gleichen Tag, an dem die Bundeskanzlerin den Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0 entgegennahm, bremste der Verband Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) allzu hochfliegende Erwartungen auf eine schnelle Umsetzung: Ja, Industrie 4.0 werde kommen, so der Verband – aber nicht vor dem Jahr 2025. Die Mitteilung des VDE basierte auf einer Umfrage unter Industrieunternehmen und Universitäten. Nur jeder fünfte Befragte glaubte an eine schnellere Implementierung. Als Hemmschuhe wurden vor allem fehlende Standards, IT-Sicherheitsprobleme und der hohe Qualifizierungsbedarf der Beteiligten genannt.

USA investieren zehnmal mehr in das industrielle Internet

Unterdessen hat man auch anderswo in der Welt die Vorteile erkannt, die aus einer vernetzten und in Echtzeit steuerbaren Fertigung resultieren könnten. Der US-Konzern GE hat unter der Bezeichnung "Industrial Internet" eine große Forschungsinitiative losgetreten, die nicht nur die Fertigung, sondern die gesamte industrielle Infrastruktur intelligent vernetzen will. Und die US-Regierung bewilligte zwei Milliarden Dollar für ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm zum Thema „Advanced Manufacturing“, dem amerikanischen Pendant zu Industrie 4.0. Diese Summe sei etwa das zehnfache dessen, was die Bundesregierung in die vergleichbare Forschung steckt, bemerkte Industrie-4.0-Vordenker und Acatech-Präsident Henning Kagermann auf der Hannover Messe trocken. Diese Diskrepanz sei aber nicht so gravierend, beschwor Kagermann das Prinzip Hoffnung. Immerhin müssten sich die Amerikaner im Gegensatz zu den Deutschen nach der Auslagerung fast der gesamten Produktion erst wieder re-industrialisieren. Bleibt zu hoffen, dass Kagermann Recht hat.

Industrie 4.0 – die Hausaufgabenliste

Der Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0 enthält acht Handlungsfelder für konkrete industriepolitische Entscheidungen. Im Einzelnen sind das:

• Standardisierung und offene Standards für eine Referenzarchitektur.
Die unternehmensübergreifende Vernetzung der Produktion kann nach der Auffassung der Architekten von Industrie 4.0 nur gelingen, wenn die Mechanismen der Zusammenarbeit sowie die auszutauschenden Informationen durchgängig standardisiert sind. Eine Referenzarchitektur beschreibt ein allgemeines Muster für die Produkte und Services aller Teilnehmer.

• Modelle zur Beherrschung dieser komplexen Zusammenhänge und Systeme.
Damit die Produktionssysteme trotz zunehmender Komplexität beherrschbar bleiben, sind Modelle zu schaffen, die bei Planungs- und Entwicklungsvorhaben als Tools eingesetzt werden können.

• Schaffung einer flächendeckenden Breitband-Infrastruktur für die Industrie.
Die angestrebte massive Vernetzung aller relevanten Produktionseinheiten erfordert naturgemäß die Verfügbarkeit entsprechender drahtgebundener und drahtloser Datennetze. Für das reibungslose Funktionieren der entsprechenden Anwendungen fordern die Fachleute zusätzlich das Einhalten garantierter Latenzzeiten, die Implementierung verlässlicher Service Level Agreements sowie eine hohe Ausfallsicherheit.

• Funktionale Sicherheit und Cyber Security. Von den vernetzten Cyber Physical Systems darf keine Gefahr ausgehen, weder für die Bedienpersonen noch für andere Menschen in der Umgebung. Daher ist bei der Entwicklung das Prinzip "Security by Design" strikt anzuwenden. Entsprechende Konzepte und Standards sind noch zu entwickeln. Gleichzeitig muss gewährleistet sein, dass die Anlagen, Daten und Dienste gegen Angriffe von außen immun sind. Hier ist noch viel Entwicklungsarbeit zu leisten und vor allem eine proaktive Sicherheitsstrategie zu etablieren.

• Arbeitsorganisation und Arbeitsgestaltung.
Diese sind an die Inhalte und Strukturen einer hochkomplexen, vernetzten Fertigung anzupassen. Gefordert ist eine sozio-technische Gestaltungsperspektive, die auch Aspekte wie Weiterbildung einschließt.

• Aus- und Weiterbildung.
In einer Umgebung nach Maßgabe von Industrie 4.0 sehen die Aufgaben- und Kompetenzprofile der Mitarbeiter ganz anders aus als heute. Die Ausbildungsinhalte und -formen sind darauf einzustellen.

• Rechtliche Rahmenbedingungen.
Der Schutz von Unternehmensdaten, Haftungsfrage, der Schutz personenbezogener Daten sind an die geänderten Anforderungen anzupassen.

• Ressourceneffizienz.
Fertigungsprozesse und Materialeinsatz sind unter den Gesichtspunkten von Ressourceneffizienz und Ressourcenproduktivität zu gestalten. Zur Messung sind anerkannte Maßzahlensysteme wie Ökobilanz oder CO2-Footprint anzuwenden.