Smart Factory und Integrated Industry

Industrie 4.0: Mehr Flexibilität in Produktion und Logistik

Industrie 4.0 verspricht mehr Flexibilität in Produktionsprozessen und -logistik als bisher. Doch mit dem Umstieg auf solche Technologien sind auch Risiken verbunden.

Industrie 4.0, Bildquelle: Thinkstock/iStock

Die Industrie von morgen: integrierte Vernetzung

Bereits auf der Cebit im März dieses Jahres stieß man insbesondere bei ERP- und Sicherheitsanbietern immer wieder auf den Begriff Industrie 4.0. Getoppt wurde das Ganze gut einen Monat später von der Hannovermesse – die gesamte Veranstaltung stand unter dem Motto „Integrated Industry“, was Begriffe wie „Industrie 4.0“ und „Smart Factory“ ebenfalls in den Mittelpunkt rückte.

Doch was steckt hinter diesen Schlagwörtern? Handelt es sich – wie sooft – allein um eine neue Marketingphrase der IT-Branche? Eine solche Deutung greift laut vielen Branchenkennern zu kurz. Allein schon deshalb, weil der Begriff diesmal überhaupt nicht aus IT-Kreisen stammt. „Vielmehr wurde er von der Bundesregierung und der deutschen Industrie geprägt“, betont Georg Kube, Global Vice President Industrial Machinery & Components bei SAP. Desweiteren handelt es sich vor allem um ein im deutschsprachigen Raum geläufiges Schlagwort. In anderen Ländern wie den USA spreche man hingegen vom „Industrial Internet“ oder allgemeiner vom „Internet of Things“ oder von der „Networked Economy“, so Kube weiter.

Inhaltlich besitzt der Begriff die unterschiedlichsten Facetten, wie Olav Strand, Director Central EMEA bei dem IT-Sicherheitsanbieter Splunk, erklärt: „Industrie 4.0 bedeutet, dass Unternehmen künftig ihre Maschinen, Lagersysteme und Produktionsstätten in Form von Cyber-Physical-Systemen (CPS) vernetzen. Grundlagen für diese vernetzte Intelligenz bilden das Internet der Dinge und Machine-to-Machine (M2M).“ Dem fügt Georg Kube hinzu: „Der Begriff Industrie 4.0 bezeichnet die ‚vierte industrielle Revolution’, die durch die Annäherung der ‚klassischen Welt der Maschinen’ und des Internets zu cyber-physikalischen Systemen geprägt ist. Dadurch entsteht ein Verbund softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die über eine Dateninfrastruktur wie das Internet kommunizieren.“

Vor diesem Hintergrund, so könnte man meinen, reicht es aus, sämtliche Anlagen, Maschinen und Produkte mit IP-Adressen auszustatten und internetfähig zu machen. Doch weit gefehlt, die Sachlage gestaltet sich viel komplexer. „Die Vernetzung – und damit die Vergabe von IP-Adressen an Maschinen oder auch Werkstücke – ist nur ein Teilaspekt von Industrie 4.0. Ebenso wichtig sind die bereits erwähnten Cyber-Physical-Systeme. Dahinter stehen sich zum Teil selbst steuernde Prozesse in der Fertigung, eine durchgängige Datenhaltung sowie IT-Systeme, die einen digitalen Workflow vom Design der Produkte über die Produktion bis hin zur Koordination und Optimierung der Prozesse und umgekehrt ermöglichen“, erklärt Prof. Dr. Dieter Wegener, Technologiechef Sector Industry bei Siemens. Erst damit lassen sich Produkt- und Produktionslebenszyklen miteinander integrieren und deutlich verbessern. Langfristig bedeutet dies laut Georg Kube eine Umwälzung der Fertigungsprozesse, indem die bisherige zentrale Steuerung von Fabrikhallen durch sich selbst steuernde und optimierende Systeme abgelöst wird. „Das Ideal von Industrie 4.0 ist die selbstständige Kommunikation der Werkstücke mit den sie bearbeitenden Maschinen, auch wenn der Weg dorthin zugegebenermaßen noch weit ist“, räumt Kube ein.

Die Vorteile von Industrie 4.0

Von einer künftigen, flächendeckenden Verbreitung von Industrie-4.0-Technologien versprechen sich die Unternehmen verschiedene Vorteile. „Aus unserer Sicht steht eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit an erster Stelle, die im Zuge von Industrie 4.0 vor allem durch eine größere Flexibilität und eine höhere Produktivität erreicht werden soll. Damit können Firmen ihren Kunden weitgehend individualisierte Produkte anbieten, die zu kostengünstigen Massenfertigungskonditionen hergestellt werden“, betont Dieter Wegener.

Neben dem Novum unter den Bedingungen der Massenproduktion, erstmals auch individuelle Produkte und kleine Losgrößen herzustellen, „kann eine bessere Ablaufkontrolle sowie deren Optimierung durch Einblicke in Echtzeit realisiert werden“, betont Olav Strand. In diesem Zusammenhang verweist er auf zwei Beispiele: So soll die auf Bremssysteme spezialisierte New York Air Brake ihren Kunden jährlich eine Milliarde US-Dollar sparen, indem sie mithilfe von Splunk-Technologien Züge vernetzt und mittels der daraus resultierenden Daten vorausschauende Wartungen ermöglicht. Als weiteres Beispiel verweist Strand auf den Automobilhersteller Volkswagen. Dieser gab im Rahmen der Cebit bekannt, dass seine E-Up-Autos vernetzt sind und ihren aktuellen Status über M2M-Technologien übermitteln. „Auf diese Weise können zusätzliche Services angeboten werden, beispielsweise vorausschauende Reparaturen, Remote-Diagnosen, Troubleshooting oder ein verbesserter Kundendienst“, betont Strand.

Darüber hinaus können in der Fabrik von Morgen besondere Nachfrage- und Energie-Management-Systeme auf Mikro- und Makroebene Rückmeldungen geben. „Dadurch unterstützen sie die Betreiber bei der Analyse der optimalen Betriebszeiten ihres Equipments“, betont Karl Osti, Business Development Manager Manufacturing bei der Autodesk GmbH. Im Rahmen eines sogenannten Condition-Monitorings sammeln Sensoren an den Maschinen Daten und können damit Fehler oder Abnutzungserscheinungen melden. Laut Osti bilden diese Informationen nicht nur die Grundlage für eine optimierte Instandhaltung von Maschinen, sondern auch für eine verbesserte Servicelogistik. „Gleichzeitig geben diese Informationen Hinweise darauf, wo künftige Konstruktionen weiter verbessert werden können. Dadurch ändern sich auch die Nutzungsprozesse und Betriebskennlinien der Maschinen“, berichtet der Autodesk-Manager. Die Anlagenführer erhielten durch die Sensoren genauere Informationen darüber, ob der laufende Betrieb der Maschinen reibungslos ist, wo etwas repariert werden muss und welche konkreten Schritte dazu notwendig sind. Dies wiederum könnte zu enormen Kosten- und Zeiteinsparungen durch schnellere, punktgenaue Reparaturen, weniger Stillstandzeiten und die Früherkennung von Instandhaltungsbedarf führen. „Ein intelligenteres, flexibleres Produktionsumfeld ist durch die reduzierte Rüstzeit für eine schnellere Auftragsabwicklung auch für Kleinserien von Vorteil“, fasst Osti zusammen.

Mögliche Risiken, offene Fragen

Neben den beschriebenen Vorteilen, dürfen allerdings auch die Risiken nicht außer Acht gelassen werden. Mit der Vernetzung sämtlicher Industrieprozesse, Anlagen, Maschinen und Werkstücken eröffnen sich zahlreiche neue Einfallstore für Cyberkriminelle wie auch Industriespione. Von daher sollte kein Betrieb ohne entsprechend durchdachte Sicherheitskonzepte und -maßnahmen das Abenteuer Industrie 4.0 angehen. Dabei gilt laut Dieter Wegener: „Industrial Security ist in erster Linie eine Managementaufgabe und kein Produkt, das man von der Stange kaufen kann. Vielmehr geht es darum, allen Beteiligten bewusst zu machen, wo die Unsicherheit anfängt – und dies beginnt bei der Zugangskontrolle an der Pforte und endet beim Einsatz immer aktueller Sicherheitsmaßnahmen, etwa Virenscanner und Firewalls.“ Als weiteres probates Mittel nennt Wegener Lösungen für das Security Incident und Event Monitoring (SIEM). Damit können sämtliche Daten automatisiert auf Angriffe hin untersucht werden, wobei Statistiken helfen, Sicherheitslücken bereits im Vorfeld zu erkennen und entsprechend zu schließen.

Neben dem Sicherheitsrisiko sollten die Unternehmen zudem nicht blindlings Industrie-4.0-Investitionen tätigen. Denn dies birgt laut Georg Kube das Risiko, dem „Hype“ um Industrie 4.0 zu erliegen. „Die Verantwortlichen setzen hier Projekte nur deshalb um, weil sie technisch machbar sind, ohne sich vorher über den konkreten Anwendungsfall und Geschäftsnutzen Gedanken zu machen“, so Kube. Nicht zuletzt mangelt es im Industrie-4.0-Umfeld derzeit noch an allgemeingültigen Standards. „Die Standards entwickeln sich gerade erst“, so Kube weiter. Unternehmen, die bereits in neue Technologien investieren, sollten darauf achten, dass diese den OPC-UA-Standard aus der Fertigung in jedem Fall unterstützen.

Für Software- wie Infrastrukturanbieter bleibt demzufolge noch einiges zu tun. Dabei ist die Entwicklung adäquater, zukunftsfähiger Industrielösungen alles andere als ein Kinderspiel. „Industrie 4.0 ist nach wie vor eine junge Welt. Von daher können wir davon ausgehen, dass sich die Anforderungen, abhängig von den Anwendungsfällen, in den nächsten Jahren noch oft ändern werden. Alle Systemanbieter werden für sich überlegen, welche Rolle sie in welchem Bereich spielen möchten und werden ihre Systeme anpassen, erweitern und integrieren“, unterstreicht Karl Osti die Herausforderungen. Demzufolge sollte kein Anbieter erwarten, dass man hinter den Anforderungskatalog einen Haken macht und dann für die kommende industrielle Revolution gerüstet ist. „Industrie 4.0 ist aktuell noch vergleichbar mit einer Reise. Jeder muss mit seiner Unternehmenskultur und seinem Geschäft entscheiden, in welchem Maße und zu welchem Zeitpunkt er auf den Zug aufspringt“, so Osti.

Der lange Weg zu Industrie 4.0

Geht es um den Einsatz moderne Technologien in der Industrie, kommt man an mobilen Endgeräten kaum mehr vorbei. So macht Olav Strand zahlreiche Einsatzfelder in und neben den Produktionsprozessen aus. Dazu gehören die Überwachung des Herstellungsprozesses, die Bestandskontrolle in Echtzeit, der mobile Zugang zu ERP-Systemen und zur umgebenden Wertschöpfungskette. „Desweiteren verbessert der Einsatz mobiler Geräte die Zusammenarbeit mit dem Produktionsteam, ermöglicht einen schnellen Umgang mit Vorfällen und Störungen und eröffnet den bequemen Zugang aller im Produktionsprozess Beteiligten zu operativen Erkenntnissen in Echtzeit“, ergänzt Strand.

Über klassische Smartphones und Tablets hinaus können auch sogenannte „Wearables“ im Rahmen von Industrieprozessen ihren Einsatz finden. „Insbesondere der Service ist für den Einsatz von Wearables und Datenbrillen prädestiniert“, betont Georg Kube. Im bereits genannten Fall der Predictive Maintenance könne man zum Beispiel einen Servicetechniker mit einer Datenbrille ausstatten, die ihm direkt an der zu wartenden Anlage sämtliche für seine Arbeit notwendigen Informationen sichtbar macht. Als weiteren möglichen Einsatzbereich sieht Kube die Logistik. Im Rahmen der Kommissionierung wird der Lagermitarbeiter per Datenbrille zum richtigen Regal geführt und kann die dortige Ware allein durch bloßes Anschauen scannen und verbuchen.

Auch Dieter Wegener von Siemens erwartet, dass ähnlich den mobilen Endgeräten auch andere Devices in Bereichen wie Service, Wartung oder in der Planung Verwendung finden. „Um solche Wearables in der Produktion einzusetzen, müssen jedoch zahlreiche spezifische Eigenschaften wie Sicherheit, Robustheit oder der garantiert störungsfreie Betrieb im Industrieumfeld gegeben sein“, so Wegener.

Über die mobilen Lösungen hinaus, scheint der Einsatz sogenannter Big-Data-Analyse im Umfeld von Industrie 4.0 als äußerst sinnvoll. „Für das große Ganze müssen die verschiedenen existierenden, thematischen digitale Modelle in der Produktion wie Puzzlebausteine zusammenarbeiten“, so Karl Osti. Hierfür könnten Big-Data-Technologien alle Daten analysieren, in Informationen aufbereiten und gegebenenfalls abhängig von der Auftragslage in Wissen und Empfehlungen zur Produktions- und Betriebssteuerung verwandeln. „Dadurch lassen sich der Zustand der Fabrik hinsichtlich unterschiedlicher Nachhaltigkeitskriterien überwachen und die daraus resultierenden Informationen auswerten. Qualifizierte Arbeiter werden durch die bessere Datenqualität zum Zustand ihrer Anlagen und künftig auch durch abgesicherte Handlungsempfehlungen in ihrer Entscheidung unterstützt“, ist sich Osti sicher.

Ein konkretes Big-Data-Beispiel beschreibt Dr. Bettina Horster, Direktorin Mobile im Eco – Verband der deutschen Internetwirtschaft: Bereits heute verfügen herkömmliche PKWs über etwa 100 Sensoren, die Daten liefern, welche dann wiederum aufgezeichnet werden. Überwacht ein Betrieb nun 100.000 Maschinen und sammelt deren Daten, kann schnell ein Volumen von einem Petabyte zusammenkommen. „So eine Datenflut ist mit herkömmlichen Auswertungsmethoden nicht mehr zu bewältigen. Mit Big-Data-Analysetools können hingegen bestimmte Muster etwa bei der Fehlersuche erkannt werden“, so Horster. Zum Beispiel tritt ein bestimmter Fehler immer dann auf, wenn die Temperatur in der Produktion unter einen bestimmten Punkt fällt. Ändert man dies, erreicht man deutliche Verbesserungen für die Zukunft.

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