„Industrie 4.0“

Evolution statt Revolution

Mit dem Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ möchte die Bundesregierung die vierte industrielle Revolution einläuten. Doch die IT-gestützte Vernetzung von Produkten, Produktionsanlagen und Steuerungssystemen schreitet in der Branche nur gemächlich voran. Was sind die Bremsklötze?

Drei Revolutionen hat es in der Industrie bereits gegeben. Die erste bestand in der Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft. Dann folgte die Massenfertigung mithilfe von elektrischer Energie – und schließlich die digitale Revolution, sprich der Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion. Der Begriff „Industrie 4.0“ soll nun die vierte industrielle Revolution zum Ausdruck bringen: die Vernetzung eingebetteter ITK-Systeme untereinander und mit dem Internet.

Aber der Weg dorthin ist ein evolutionärer Prozess, „denn es müssen vorhandene Basistechnologien und Erfahrungen den jeweiligen Besonderheiten der Produktionstechnik und des -ablaufs angepasst werden“, betont Dr. Daniel Holz, Leiter Vertrieb Manufacturing und Automotive sowie Mitglied der Geschäftsleitung der SAP Deutschland AG. Die Umsetzung einer „Integrated Industry“ erfolge aber bereits und werde in den nächsten Jahren verstärkt ausgebaut. Durch technologische Neuerungen wie „smarte“ Produkte bzw. Maschinen, die miteinander kommunizieren können, entsteht letztlich eine vernetzte Welt, in der umfangreiche Daten durch neue Analysemöglichkeiten ausgewertet werden und Entscheidungen schneller proaktiv getroffen werden können.

Mit Blick auf die Anwender ist auch Rainer Deisenroth, Vertriebsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung bei der MPDV Mikrolab GmbH, der Ansicht, „dass die visionären Ansätze aus ‚Industrie 4.0’ eher langsam und evolutionär in die Fertigungswelt einfließen werden. Es wird also keine harte Grenze zwischen dem heutigen Stand der Technik und ‚Industrie 4.0’ geben. Von einer industriellen Revolution ist also definitiv nicht die Rede.“ Insofern könne er auch nicht behaupten, dass eine „Integrated Industry“ heute bereits Status quo ist. Gleiches bestätigt Peter Dibbern, Head of Business Development bei der Psipenta Software Systems GmbH: „Eine industrielle Revolution beschreibt immer eine Epoche und kein konkretes Datum. Die Zyklen werden zwar kürzer, aber schlussendlich handelt es sich hier um wegweisende und langfristige Projekte in der Investitionsgüterindustrie.“ So ist es in jedem Fall wichtig, die eigenen Systeme bereits heute auf zukünftige Neuerungen vorzubereiten.

Reichlich Potential

Schließlich soll das Zukunftsprojekt der Bundesregierung, bei dem es in erster Linie um die Sicherung des Wirtschaftsstandortes Deutschland geht, reichlich Potential bergen. „Zahlen belegen, dass es zu einer 30 Prozent höheren Produktivität führen kann“, sagt Thomas Ahlers, Executive Vice President Consulting von Freudenberg IT. Mit der Automatisierung der Fertigungsprozesse sei es zudem künftig möglich, deutlich energie- und ressourceneffizienter zu arbeiten. Siegfried Wagner, Geschäftsführer der In-integrierte Informationssysteme GmbH, sieht den größten Vorteil indes in der Durchgängigkeit der Abläufe und Daten – von der Idee bis zu Produktentwicklung, Planung, Produktion, Vertrieb und After-Sales-Services inklusive der beteiligten Lieferketten. Damit ließen sich Durchlaufzeiten verkürzen, Innovationen schneller in Produkte umwandeln und die manuelle Bearbeitung reduzieren. Dies wiederum schaffe Freiräume für Kreativität, Zusammenarbeit und Kundenbetreuung.

„Die Umsetzung der Visionen wird unsere Industrielandschaft elementar verändern, da die Maschinen automatisch aus den Erfahrungen der Vergangenheit lernen“, fügt Dieter Meuser, CTO der Itac Software AG, an. „Hierdurch ergibt sich eine hohe stabile Produktqualität bei einer gleichzeitigen optimalen Ausbringung der Fertigungsanlagen.“ Und auch Simone Cronjäger, Vorstand der Guardus Solutions AG, würde die Realisierung der „Industrie 4.0“-Idee sehr begrüßen, „denn historisch betrachtet haben sich Standards für den Standort Deutschland stets bewährt und als Entwicklungsmotor bewiesen“.

Unterstützung durch MES

Eine große Rolle bei der Umsetzung der Initiative spielen Manufacturing-Execution-Systeme (MES). Ohne sie werde „Industrie 4.0“ nicht funktionieren, ist sich Rainer Deisenroth von MPDV sicher. Die autonome Kommunikation aller fertigungsbeteiligten Systeme würde eine enorme Datenmenge generieren, mit der die heute bekannten Netzwerke vollkommen überfordert wären. Bündelt man die Kommunikation jedoch über eine zentrale MES-Datenbank, so bleibt der dezentrale Ansatz intelligenter Werkstücke und Maschinen erhalten, aber die Kommunikation wird zentral unterstützt.

„Die Suche nach mehr Produktionseffizienz und höherer Flexibilität ist in Zeiten der Globalisierung enorm groß“, fügt Simone Cronjäger an. „Dieses Streben ist sicherlich ein Hauptgrund für die kontinuierlich wachsende Marktdurchdringung von Manufacturing-Execution-Systemen, da ein MES die schnelle Kommunikation zwischen Enterprise Resource Planning (ERP) und Steuerungsebene ermöglicht.“ Die Implementierung eines innovativen MES sei letztlich die Voraussetzung für „Industrie 4.0“. Auch Daniel Holz von SAP schreibt der Unterstützung durch jene Systeme eine große Bedeutung zu: „Der MES-Markt ist grundlegend auf die lokalen Fabriken ausgerichtet und damit natürlich relevant für ‚Industrie 4.0’. Es geht speziell darum, dass globale Entscheidungen, die letztlich lokal ausgeführt werden, flexibel und anpassbar gehandhabt werden.“ MES unterstütze demzufolge die Themen Flexibilität, Anpassbarkeit und eine schnellere Entscheidung in der Produktion.

Noch viel Aufklärungsbedarf

Doch inwieweit ist die „4.0“-Initiative bereits bei den mittelständischen Anwendern angekommen? Technisch sei schon heute vieles möglich, aber meist nur in Teilen umgesetzt, mein Peter Dibbern von Psipenta. Gerade in Hochlohnländern wachse der Druck auf die Produktion. Jedem sei klar, dass nur derjenige langfristig erfolgreich sein kann, der sein Unternehmen in der Fertigung flexibel und schnell auf Änderungen in der Produktpalette oder des nachgefragten Sortiments ausrichten kann. Es sei aber noch ein weiter Weg bis dahin.

Dem schließt sich Rainer Deisenroth an. „Uns ist kein mittelständischer Produktionsbetrieb bekannt, der sich schon ernsthaft mit ‚Industrie 4.0’ beschäftigt oder zeitnah plant, seine Fertigung entsprechend zu verändern.“ MPDV sei jedoch mit seinem Konzept „MES 4.0“ schon heute bereit, interessierte Unternehmen aktiv auf dem Weg zur „4.0“-Fähigkeit zu begleiten. SAP entwickelt beispielsweise mit verschiedenen Partnern individuelle Software und Lösungen für kleine und mittelständische Unternehmen, mit denen sie sämtliche Prozesse in ihre Abläufe integrieren können. „Wir geben ihnen damit das Werkzeug an die Hand, um ‚4.0’-fähig zu werden“, so Daniel Holz. Die Unternehmen seien grundsätzlich dafür offen, müssten aber noch effektiver darauf vorbereitet werden.

„Es ist noch viel Aufklärungsaufwand erforderlich, um die Visionen des Jahres 2025 von den bereits möglichen ‚Industrie 4.0’-Anwendungsszenarien zu differenzieren“, bekräftigt Dieter Meuser von Itac. „Mit utopischen Visionen sind schon viele Innovationen im Keim erstickt worden.“ Von daher gelte es, die Herausforderungen des Zukunftsprojektes in mehreren Phasen umzusetzen. Einige mittelständische Unternehmen sind zumindest schon damit beschäftigt, die Grundlagen zu schaffen, und beginnen in der ersten Ausbauphase mit einer konsequenten Harmonisierung ihrer anlagennahen IT-Systemlandschaften. Doch die Aufrüstung ist generell nicht verpflichtend. Vielmehr ist sie eine Chance, deren Rentabilität eigenständig abgeschätzt werden muss.

Mangel an IT-Standards

Entscheiden sich Unternehmen für die Umgestaltung ihrer Prozesse, gibt es laut Daniel Holz zwei Faktoren, die mit einfließen sollten: Zum einen müssen sie Mitarbeiter im Umgang mit der neuen Technologie schulen. Zum anderen geht mit „Industrie 4.0“ eine noch engere Vernetzung der Firmen mit Partnern, Zulieferern usw. einher. Das ermöglicht zwar zügigere Abläufe, bedarf aber auch einer starken Vertrauensbasis. Schließlich verlangt der Umgang mit großen Datenvolumina und schnelllebigeren Abläufen Vertrauen gegenüber Themen wie Finanzen, Haftung oder auch Risiko.

Die technologischen Herausforderungen liegen indes vor allem in der Standardisierung der höchst proprietären Anlagenschnittstellen. „Das Internet ist wie bei vielen Visionen der Neuzeit das Maß aller Dinge“, erläutert Dieter Meuser. „Somit müssen Endgeräte wie Smartphones dazu befähigt werden, über das Internet miteinander zu kommunizieren.“ Dies gehe nur über kommerzielle Middleware-Technologien, denen die Industrie aus Security-Gesichtspunkten noch nicht offen gegenübersteht. Hier soll eine der größten Herausforderungen zur Umsetzung der vierten industriellen Revolution für Anbieter als auch Anwender liegen.

Den Mangel an IT-Standards hält auch Rainer Deisenroth für einen Bremsklotz: „Ohne eine umfassende Standardisierung von Schnittstellen wird ‚Industrie 4.0’ nicht möglich sein. Der von uns entwickelte Standard zur Anbindung von Maschinen aller Art an MES – UMCM (Universal Machine Connectivity for MES) – ist ein Schritt in diese Richtung. Aber es müssen sich nicht nur die Software-Anbieter an Standards halten – auch die Maschinenhersteller müssen sich daran beteiligen.“

Weitere Bremsklötze auf dem Weg zu „Industrie 4.0“ sieht Christian Erlinger, Produkt-Marketing-Manager bei der Proxia Software AG, in der Vielfalt der einzelnen Akteure. Maschinen und Anlagenbau, Software-Entwicklung, Automatisierung und Infrastrukturerrichter seien nur schwierig unter einen Hut zu bekommen. Außerdem können die Unternehmen nicht von heute auf morgen ihre Anlagen und Maschinen erneuern. Die Kosten wiederum werden stark vom Ausbau der Lösungen abhängen. „Wir sind aber überzeugt“, so Erlinger, „dass bereits mit 10 bis 20 Prozent der Anschaffungskosten von Maschinen und Anlagen eine zukunftsfähige und tragende Basis im Bereich der Planung und Informationsvernetzung geschaffen werden kann.“

Lückenloser Datenaustausch

Doch: „Kein Mittelständler wird in der Lage sein, mit einem ‚Big Bang’ ein solches Projekt finanziell oder kapazitiv zu stemmen“, betont auch Peter Dibbern. „In vielen Betrieben sind aber bereits gute Voraussetzungen geschaffen, sich in kleinen Schritten in Richtung ‚Integrated Industry’ zu bewegen.“ Entscheidend sei, nicht auf Anhieb zu viel zu wollen, sondern sich die Einflussgrößen heranzuziehen, die für den Werksleiter oder den Mitarbeiter an der Maschine für eine wirtschaftliche Steuerung relevant sind.

Manufacturing-Execution-Systeme werden in einer „Industrie 4.0“-Umgebung dabei die Rolle der Informationsdrehscheibe übernehmen. Durch die horizontale Integration und ein integratives Datenmanagement können alle am Produktionsprozess beteiligten Ressourcen schnittstellenfrei erfasst, geplant und ausgewertet werden. Durch eine zentrale Schnittstelle zum ERP-System wird laut Rainer Deisenroth sichergestellt, dass die Anforderungen der betriebswirtschaftlichen Welt im Produktionsprozess berücksichtigt und wichtige Informationen ins ERP zurückgespielt werden. „MES ist im Unternehmen so positioniert, dass zur führenden ERP-Ebene softwaretechnisch kommuniziert wird“, geht Christian Erlinger von Proxia Software weiter ins Detail. „Dazu werden sogenannte Konnektoren verwendet, die einen lückenlosen Datenaustausch gewährleisten.“ In der Kommunikation zur Produktionsebene kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Moderne Systeme können hier über virtuelle SPS-Systeme (Speicherprogrammierbare Steuerung) oder Datenbankverbindungen mit der Automatisierungsebene kommunizieren.

Laut Werner Ernst, Technik-Vorstand bei der Proalpha Software AG, sind die einzelnen Ebenen der Automatisierungspyramide heute noch sehr stark voneinander getrennt. Allerdings werden sich die Funktionen aus den einzelnen Schichten miteinander vernetzen. „Das ERP-System wird zukünftig mehr Aufgaben eines MES übernehmen können“, ist er der Meinung. „Wenn die Fertigungssysteme zukünftig mehr serviceorientiert strukturiert sind, kann man diese Services im ERP-System nutzen und muss nicht künstlich eine Zwischenebene einziehen.“ Die vorhandenen MES werden diesem Trend folgen und somit eine flexible Integration in die ERP-Welt ermöglichen.



Manufacturing-Execution-System (MES)
Bei einem MES handelt es sich um ein System zur effizienten Steuerung der Produktion eines Unternehmens. Es zeichnet sich im Vergleich zu ähnlich wirksamen Systemen zur Produktionsplanung (Enterprise Resource Planning, ERP) dadurch aus, dass es direkt an die Betriebsprozesse angebunden ist und die Führung, Lenkung, Steuerung und Kontrolle der Produktion in Echtzeit ermöglicht. Durch das System werden sämtliche Daten erfasst, die eine direkte Auswirkung auf den Fertigungsprozess im Unternehmen haben – wie etwa Betriebs-, Maschinen- oder Personaldaten. Indem es die Auftragsabwicklung und Fertigungsprozesse optimiert, trägt ein MES letztlich zu einer verbesserten Konkurrenzfähigkeit gegenüber Mitbewerbern bei. 


Bildquelle: © Thinkstock/Brand X Pictures

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