Der smarte Handschuh ProGloveDer smarte Handschuh ProGlove soll Arbeiter in der Produktion, Fertigung und Logistik dazu befähigen, schneller und sicherer zu arbeiten. (Foto: Copyright © ProGlove) | (Foto: Copyright © ProGlove)
TrendIndustrie 4.0 und Internet der Dinge

Leitplanken für die digitale Pandemie

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Bernd Seidel

Bernd Seidel

freier Journalist

Die Geschwindigkeit, mit der momentan Produkte und Geschäftsmodelle im Umfeld von Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge entstehen, übertrifft die kühnsten Erwartungen. Ausreichend Zeit, um das Wachstum auf ingenieurmäßige Standards und Normen zu stellen, fehlt. Doch was passiert mit den Daten, und wie könnte eine Referenzarchitektur für Industrie 4.0 aussehen?

18. Februar 2016

Das Virus der Digitalisierung ist entfacht. Kein Tag vergeht, an dem nicht ein neues Produkt angekündigt wird oder ein bestehendes durch digitale Lösungen angereichert wird. Beispiele sind: Der intelligente Logistikroboter der Firma Magazino, ein „Multi Elevator“ von Thyssen-Krupp, ein Aufzug, der sowohl vertikal als auch horizontal Personen befördern kann. Oder der mit Sensoren, RFID-Chips und Scanner ausgestattete Handschuh ProGlove.

Sensoren als Anbauhelfer

Auch in der Agrarwirtschaft ist Digitalisierung angesagt: Erntemaschinen von John Deere sind beispielsweise mit Sensorik ausgestattet, mit deren Messungen des Getreides sich während des Erntens das Mikroklima auf jedem Quadratmeter Acker exakt bestimmen und damit die künftige Düngung optimieren lässt. Kalifornische Winzer statten ihre Rebstöcke mit Sensoren aus, bestimmen damit das Mikroklima am Weinberg und justieren die Menge an Wasser sowie Dünge- und Pflanzenschutzmittel punktgenau.

Die explosionsartige Geschwindigkeit hat allerdings eine Kehrseite: Übergreifende, internationale Standards für das Design, die Entwicklung und die Implementierung von IoT- und Industrie-4.0-Lösungen gibt es nicht oder nur auf der Ebene von Sensoren und Protokollen. „Diese adressieren allerdings in der Regel nur Teilaspekte der ganzheitlichen Sicht auf Industrie 4.0“, kritisieren Branchenverbände wie der BITKOM und ZVEI in Strategiepapieren.

Verhaltene Umsetzung im Mittelstand

„Die zunehmende Vernetzung und Interaktion von Systemen braucht ganz neue Festlegungen“, wurde auf einer Veranstaltung des Münchner Kreises Ende Januar gefordert. Speziell mittelständische Unternehmen seien überfordert und skeptisch bezüglich der Datensicherheit. Die verhaltene Umsetzung von Industrie 4.0 sei bei diesen Unternehmen daher eine logische Konsequenz, meldete sich eine Teilnehmerin des Kongresses zu Wort.

Prof. Helmut Krcmar, Inhaber des Lehrstuhls für Wirtschaftsinformatik der TU München, kennt den Ruf nach Standards. Aber: „Man sollte die Vielfalt, die derzeit entsteht, nicht durch langwierige Normierungsarbeit bremsen“, erklärte er auf der Veranstaltung. Er plädiert für eine Lösung, die auf semantischer Ebene dafür sorgt, dass unterschiedlichste Systeme miteinander kooperieren können. Einen ähnlichen Ansatz habe es bereits beim Konzept der serviceorientierten Architekturen (SOA) gegeben.

Wem gehören die Daten?

Doch wie kann das funktionieren; in einer Welt, in der jeder Mensch laut den Prognosen von Forrester Research im Jahr 2018 eine Datenmenge von 1 GB transferiert, in der es zig Milliarden von Sensoren und IoT-Devices geben soll? Wem gehören die Daten, wie tauscht man sie sicher aus und wie lässt sich der Datentransfer zwischen unterschiedlichen IoT- sowie I-4.0-Systemen gestalten?

Die vor wenigen Wochen offiziell gestartete Initiative „Industrial Data Space“ sowie das Konzept von „Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0“ (RAMI) könnten Antworten liefern und Leitplanken für die Digitale Transformation sein.

Gemeinschaftliche Regeln

„Der Industrial Data Space ermöglicht einen sicheren Datenaustausch mit gemeinschaftlichen Regeln für alle Unternehmen – auf Basis eines offenen Architekturmodells“, sagte Prof. Dr. Reimund Neugebauer, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, anlässlich der Vereinsgründung Ende Januar in Berlin. Bestreben des Vereins ist, die digitale Souveränität über Daten und Dienste für Wirtschaft und Gesellschaft zu erhalten. Die Fraunhofer-Gesellschaft, 16 Wirtschaftsunternehmen und der ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. sind Gründungsmitglieder.  

Kernaufgaben sind es, die Anforderungen an den Industrial Data Space zu bündeln, den Erfahrungsaustausch zwischen Wissenschaft und Wirtschaft zu organisieren und Leitlinien für die Zertifizierung, Standardisierung und Verwertung der Ergebnisse des Forschungsprojekts „Industrial Data Space“ zu entwickeln. Als Kandidaten für Pilot-Use-Cases lägen rund 70 Vorschläge vor.

RAMI

RAMI ist im Rahmen der Plattform Industrie 4.0 in Zusammenarbeit der Verbände BITKOM, VDMA, ZVEI und den Unternehmen der Deutschen Industrie entstanden. Das Referenzarchitekturmodell besteht aus einem dreidimensionalen Koordinatensystem, das die wesentlichen Aspekte von Industrie 4.0 beinhaltet. Komplexe Zusammenhänge sollen sich somit in überschaubarere Pakete aufgliedern.  

Die Achse „Hierarchy Levels“:
Auf der rechten horizontalen Achse sind die Hierarchiestufen aus der IEC 62264, der internationalen Normenreihe über die Integration von Unternehmens-EDV und Leitsystemen, angeordnet. Diese Hierarchiestufen stellen die unterschiedlichen Funktionalitäten innerhalb der Fabrik oder der Anlage dar. Die Funktionalitäten wurden um das Werkstück, „Product“, und den Zugang in das Internet der Dinge und Dienste, „Connected World“, ergänzt, um die Industrie-4.0-Umgebung abzubilden.

Die Achse „Life Cycle & Value Stream“:
Die linke horizontale Achse stellt den Lebenszyklus von Anlagen und Produkten dar. Grundlage hierfür ist die IEC 62890 zum Life-Cycle-Management. Unterschieden wird zusätzlich zwischen Typ und Instanz. Aus einem „Typ“ wird eine „Instanz“, wenn die Entwicklung und Prototypenfertigung abgeschlossen ist und in der Fertigung das eigentliche Produkt hergestellt wird.

Die Achse „Layers“:
Mit Hilfe der sechs Schichten, der sogenannten Layers, auf der vertikalen Achse des Modells wird die IT-Repräsentanz, das heißt, das digitale Abbild beispielsweise von einer Maschine, strukturiert Schicht für Schicht beschrieben. Die Darstellung in Schichten stammt aus der Informations- und Kommunikationstechnologie. Dort ist es üblich, komplexe Produkte in Schichten aufzugliedern.

Die drei Achsen bilden alle wesentlichen Aspekte von Industrie 4.0 ab. Sie ermöglichen es, einen Gegenstand wie beispielsweise eine Maschine im Modell einzuordnen. So können mit dem RAMI 4.0 hoch flexible Industrie-4.0-Konzepte beschrieben und umgesetzt werden. Das Referenzarchitekturmodell erlaubt dabei die schrittweise Migration aus der heutigen in die Industrie-4.0-Welt.

Ob und welchem Umfang RAMI und Industrial Data Space praktikabel sind, werden die nächsten Monate zeigen: Sicher ist, dass sich das Digitalisierungsvirus weiter ausbreitet.