Industrie 4.0 beginnt bereits heute

07.04.2014 22:59

Industrie 4.0 beginnt bereits heute

Zum Motto der diesjährigen Hannover Messe „Integrated Industry - NEXT STEPS“ beantworten Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl, Leiter des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), und der Siemens-Deutschland-Chef Rudolf Martin Siegers (Foto), einige Fragen. Es geht in dem Gespräch sowohl um den theoretischen Hintergrund von Industrie 4.0 als auch um die ersten Schritte zur praktischen Umsetzung und damit verbundene Herausforderungen.

Industrie 4.0 ist erst einmal ein Schlagwort. Was verstehen Sie darunter?

Prof. Bauernhansl: Der Schlüssel zur Industrie 4.0 ist Kommunikation. Es geht um permanenten Wissens- und Informationsaustausch – möglichst in Echtzeit. Genau das ermöglicht die sogenannte Smart Factory. In dieser intelligenten Fabrik können die Mitarbeiter und alle Objekte – wie Maschinen, Aufträge oder auch Lagerplätze – miteinander über das Internet kommunizieren und softwarebasierte Dienste nutzen. Das heutige „Internet der Menschen“ wird so um das „Internet der Dinge und Dienste“ erweitert. Dadurch bilden sich hoch flexible Wertschöpfungsnetze, die sich dezentral selbst organisieren können. Diese Entwicklung wird oft als vierte industrielle Revolution bezeichnet – nach der Mechanisierung, der Elektrifizierung und der Einführung von Elektronik und IT in die Produktion.

Siegers: Aus unserer Sicht besteht Industrie 4.0 aus drei Kernelementen: 1. Dem Produktionsnetzwerk. Darin spielt die Manufacturing Execution (MES) eine immer wichtigere Rolle, sie wird über Unternehmensgrenzen hinweg mit der Automatisierungsebene und den Produktionsplanungssystemen verknüpft. Damit sind dann alle erforderlichen Informationen unternehmensübergreifend in Echtzeit verfügbar. 2. Es kommt zum Zusammenwachsen des Produkt- und Produktionslebenszyklus auf Basis eines einheitlichen Datenmodells. Erst damit lassen sich die Anforderungen, die sich aus immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen ergeben, technisch und wirtschaftlich beherrschen. Und schließlich das 3. Kernelement: Das sind die cyber-physischen Systeme, in denen die reale und die digitale Welt fast in Echtzeit miteinander verbunden wird. Sie stellen die Basis zur Steigerung der Flexibilität und der Verkürzung der Markteinführungszeiten für neue Produkte dar. Diese „intelligenten“ und – in einem festgelegten Rahmen – selbständigen Produktionseinheiten lassen sich flexibel in bestehende Fertigungsprozesse integrieren.

Und was soll damit erreicht werden?

Prof. Bauernhansl: Industrie 4.0 bringt einen weiteren Schub in der Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz, die Innovationszyklen werden kürzer und wir können komplexere und intelligentere Produkte herstellen. Durch die Erhöhung der Flexibilität wird mit einer hohen Produktivität eine individualisierte Massenfertigung möglich. Die intelligente Selbststeuerung ermöglicht es erstmals, praktisch jedes Produkt – sei es ein Auto oder ein Fahrrad – wirtschaftlich und maßgeschneidert nach Kundenwunsch herzustellen. Das verbessert die globale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie deutlich.

Wie genau soll das funktionieren?

Siegers: Am besten lässt sich das mit einem Bild veranschaulichen: Die cyber-physischen Systeme sind vergleichbar mit einem aus vernetzten Einzelkomponenten bestehenden Schachcomputer im Lernmodus, der im Produktionsschach Szenarien ermittelt, vergleicht und optimale Kombinationen vorschlägt. Und irgendwann – bis dahin ist es aber noch ein langer Weg – werden die Systeme den besten Zug in diesem Produktionsschach auch selbst auswählen.

Wie schnell wird das geschehen?

Prof. Bauernhansl: Schon heute sind zahlreiche Industrie 4.Anwendungen in der Entwicklung und Umsetzung. Beispielsweise Intralogistik-Fahrzeuge, die autonom ihren Weg in ein Lager finden und dabei Ameisenalgorithmen nutzen – also voneinander lernen können. Für die Endausbaustufe werden wir sicher noch ein bis zwei Jahrzehnte benötigen. Ein erster Meilenstein ist die Schaffung durchgängiger Technologien und Datenverbindungen über alle Wertschöpfungsstufen hinweg.

Siegers: Ein Pionier, der daran bereits arbeitet, ist zum Beispiel der Maschinenbauer OptoTech Optikmaschinen aus Jena. Die haben kürzlich die modernste und größte Präzisionsoptikmaschine der Welt auf den Markt gebracht, mit der höchst präzise Teleskopspiegel für die Weltraumforschung gefertigt werden können. In dem Koloss steckt jede Menge Industriesoftware, Steuerungs- und Automatisierungstechnik von Siemens und die Entwicklung fand zunächst komplett am Bildschirm statt. Vor ihrer endgültigen Realisierung wurde die spätere Arbeitsweise der Maschine unter realistischen Produktionsbedingungen simuliert, analysiert und laufend optimiert. Dadurch konnte sie deutlich schneller und ohne Fehler auf den Markt gebracht werden.

Ist Industrie 4.0 nur Thema für die Großbetriebe oder kann der Mittelstand davon auch profitieren?

Siegers: Das Beispiel von OptoTech zeigt das ja. Solche „Hidden Champions“ aus Deutschland geben heute weltweit den Ton bei Maschinenbau und Elektroindustrie an. Nur wenn diese kleinen und mittleren Unternehmen frühzeitig in die Entwicklung eingebunden werden, lässt sich die Digitalisierung der Produktion wirklich in die Breite tragen. Industrie 4.0 ist eine deutsche Erfindung, deshalb haben unsere Unternehmen auch gute Chancen bei der Umsetzung im internationalen Vergleich ganz weit vorn zu liegen.

Und was ist mit dem Thema Datensicherheit? Gibt es dafür bereits Lösungen?

Prof. Bauernhansl: Die Vernetzung stellt völlig neue Anforderungen an die Datensicherheit, denn davon hängt die Produktion ab. Gemeinsam genutzte sensible Daten müssen so sicher in der Cloud aufbewahrt werden, wie die US-Goldreserven im legendären Stützpunkt Fort Knox. Mit unserem „Virtual Fort Knox“ entwickeln wir deshalb am Fraunhofer IPA eine Plattform, über die Produktionsbetriebe schnell, kostengünstig und risikoarm ihre realen Anlagen mit der virtuellen Softwarewelt verknüpfen können. Diese „Community Cloud“ ist intelligent, vernetzt, skalierbar und sicher. Wenn wir Vertrauen in die gemeinsam entwickelten Sicherheitsstandards schaffen, werden die Unternehmen in Deutschland durch die Nutzung solcher vernetzter Plattformen einen direkten Wettbewerbsvorteil gewinnen.

Siegers: Das Thema Datenschutz und -sicherheit ist eine Gretchenfrage von Industrie 4.0 und vor allem eine Führungsaufgabe. Wir bieten deshalb Schulungen für das Management und die Konzeptentwicklung an. Um eine Produktionsanlage umfassend schützen zu können, müssen unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden. Dies reicht von der Unternehmensorganisation und deren Richtlinien über Schutzmaßnahmen für PC- und Steuerungssysteme bis hin zur Sicherung von Automatisierungszellen durch die Segmentierung des Netzwerks. Das von Siemens verfolgte Zellenschutzkonzept reduziert die Störungsanfälligkeit von Produktionsanlagen und erhöht damit deren Verfügbarkeit.

Wo befindet sich Siemens heute auf dem Weg zur Industrie 4.0?

Siegers: Wir sind weltweit ein Pionier auf diesem Gebiet. Die Hard- und Software zur Verknüpfung von virtueller und realer Welt gibt es zum Beispiel heute bereits bei uns zu kaufen. Unter anderem hat damit die NASA ihren Mars-Rover Curiosity entwickelt. Das gesamte Fahrzeug wurde mit unserer Software digital entworfen, simuliert und virtuell zusammengesetzt, ohne einen Prototyp bauen zu müssen. Aber um es klar zu sagen: Industrie 4.0 ist heute noch eine Vision, die vielleicht in Jahren real sein wird und kein Produkt von der Stange. Um im Bild zu bleiben: Wir bei Siemens sind heute etwa bei Industrie 3.x und auf einem sehr guten Weg in die Zukunft. Und wir wissen: Wer jetzt nicht mit auf diesen Zug aufsteigt, wird später keine Chance mehr haben.

Welche Rolle wird der Mensch noch in dieser „Fabrik der Zukunft“ spielen?

Prof. Bauernhansl: Der Mensch steht nach wie vor im Mittelpunkt dieser Fabrik. Die Mitarbeiter werden aber mehr und mehr zu Dirigenten der Wertschöpfung. Sie greifen nicht mehr unbedingt selbst in die Abläufe ein, sondern gestalten in allererster Linie die Rahmenbedingungen. Denn die menschliche Intelligenz wird – bei aller Autonomie der cyber-physischen Systeme – immer unerlässlich bleiben. Der Mensch entwirft und gestaltet das Produkt – das werden die Roboter nie tun können. Und der Mensch muss die Produktionsregeln und Zielgrößen aus Physik und Materialwissenschaft festlegen. Um im Bild des von Herrn Siegers erwähnten Produktionsschachcomputers zu bleiben: Jemand muss entscheiden, wie sich der Springer bewegen darf.

Siegers: Die Anforderungen an den Mensch steigen. Für Industrie 4.0 müssen Fachkräfte ausgebildet werden, die über den Tellerrand einer einzigen Disziplin hinausschauen können – der Mechatroniker ist hier ein gutes Beispiel. Neben Mechanik und Elektronik werden nun IT- Kenntnisse immer wichtiger. Dem Fachkräftemangel wirkt Siemens entgegen, indem wir die betriebliche Ausbildung erweitern. In Erlangen errichten wir einen neuen Campus, in den Siemens eine halbe Milliarde Euro investiert. Denn im weltweiten Kampf um Fachkräfte müssen wir uns als innovatives und kreatives Unternehmen präsentieren, das eine entsprechende Arbeitsumgebung bietet. 

Angebote conosco
Es wurde noch kein Inhalt eingegeben.