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TrendIndustrie 4.0

Revo­lu­tion kommt in Trip­pel­schritten

Lesezeit ca.: 6 Minuten
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.