Mittelstand hinkt hinterher

Beim Thema „Industrie 4.0“ hapert es im deutschen Mittelstand immer noch, obwohl schon vor zehn Jahren die vierte industrielle Revolution in Deutschland ausgerufen wurde. Zu diesem ernüchternden Ergebnis kam im Frühjahr eine Studie der Unternehmensberatung Roland Berger, für die Führungs- und Fachkräfte des Mittelstands aus fünf Branchen befragt wurden. Gleichzeitig zeigt die Erhebung aber auch, dass etwa sieben von zehn Befragten in den kommenden zwei Jahren ihre Investitionen aufstocken wollen.

Industrie 4.0 realisieren Mittelständler oft nur in Form von Einzelanwendungen, die alles andere als optimal in die Wertschöpfungskette eingebunden sind. „Obwohl die Digitalisierung in den meisten deutschen Unternehmen ganz oben auf der Agenda steht, existiert die digitale Fabrik bislang erst in Ansätzen“, beobachtet Oliver Knapp, Partner und Leiter der Innovationsplattform „Next Generation Manufacturing“ bei Roland Berger. „In den meisten Fällen sind die existierenden Anwendungen einzelfallbezogene Lösungen, entwickelt für ganz spezielle Aufgaben.“ Hier fehle es an einer Positionierung und Strategien.

40 Prozent aller Industrie-4.0-Projekte im Mittelstand sind der Studie zufolge nur Ideen, 25 Prozent bereits in der Planung. Wo neue Technologien bereits verwendet werden, nennen die Unternehmensvertreter vor allem das Verbessern von Prozessen (64 Prozent) und Senken von Kosten (44 Prozent) als Haupttreiber für die Digitalisierung, gefolgt von Qualitätssteigerungen (24 Prozent). Zu ähnlichen Ergebnissen kommt eine aktuelle Studie von Deloitte, für die weltweit über 2.000 C-Level-Führungskräfte zur Industrie 4.0 befragt wurden – darunter auch 125 CXOs deutscher Firmen. Wie gehen sie mit den Chancen und Herausforderungen um? Die Analyse zeigt, dass neben Wertschöpfung und Wachstum zunehmend auch Nachhaltigkeit und soziale Verantwortung an Bedeutung gewinnen. In der Umfrage gaben aber lediglich zehn Prozent der weltweit Befragten an, dass ihre Unternehmen eine umfassende Industrie-4.0-Strategie verfolgen; in Deutschland sind es gar nur neun Prozent. Und das, obwohl das Industrial Internet of Things (IIoT) die Schlüsseltechnologie schlechthin ist für die Smart Factory mit ihren flexiblen Fertigungsprozessen und intelligenten Maschinen, die auf Basis von Daten gesteuert werden.

Allerdings: Laut IDC-Studie „Industrial IoT in Deutschland 2021“ wollen fast 40 Prozent der rund 250 befragten deutschen Unternehmen wegen Covid-19 ihre Investitionen in das IIoT erhöhen. Technische Innovationen bei Edge Computing, 5G und Künstliche Intelligenz (KI) sowie Machine Learning (ML) fördern neue Anwendungsszenarien – und damit auch eine IIoT-Adaption, denn das IIoT verbessert die Kommunikation zwischen den Anlagen und Maschinen einerseits und den Menschen andererseits. Diese Investitionsbereitschaft wird auch Projekte zum Thema „Industrie 4.0“ pushen, denn unter IIoT versteht IDC „die Digitalisierung und Vernetzung von Maschinen, Werkzeugen und Produkten zur Erzeugung von Daten, beispielsweise für Automatisierung und Analysen“. Hier kommen die Kulturen von Informationstechnik (IT) und Operativer Technik (OT) zusammen, was mitunter zu Konflikten führen kann.

IT und OT wachsen zusammen

Dank der Digitalisierung verknüpft Industrie 4.0 die Produktions- und Logistikprozesse eines Mittelständlers auch mit denen von Zulieferern und Partnern. Zudem ist es möglich, den Wartungsbedarf bei Maschinen frühzeitig zu erkennen und manchen kostspieligen Ausfall zu verhindern (Predictive Maintenance), weil in die Maschinen integrierte Sensoren in Echtzeit Daten zu ihrem aktuellen Status an eine zentrale Cloud-Plattform übermitteln, etwa Temperatur, Leistung, Feuchtigkeit oder Auslastung. Werden durch die Analyse der Daten Abweichungen von der Norm erkannt, kann der Service proaktiv agieren, bevor größere Schäden entstehen.

Eine zentrale Rolle für das IIoT und die Industrie 4.0 spielen daher IoT-Plattformen. Sie stellen die Verbindung zwischen vernetzten Geräten und Systemen her, die IoT-Daten speichern, verarbeiten und auswerten. Diese Bedeutung unterstreicht eine Studie von Tüv Süd und IDG Research. Demnach bilden IoT-Plattformen mit 41 Prozent die wichtigste Technologie für das IoT.

5G als Treiber des IIoT

„5G kann ein Treiber des Industrial Internet of Things sein, also einer komplett vernetzten Produktion“, sagte Klaus-Dieter Tuchs, Projektleiter Konzern-IT bei VW, anlässlich der testweisen Inbetriebnahme eines 5G-Campusnetzes in Wolfsburg. „Des halb legen wir großen Wert darauf, uns das notwendige  Know-how frühzeitig und selbst zu erarbeiten. Tatsächlich hat das private 5G-Netz seine besonderen Stärken bei Anwendungen, die im Einsatz hohe Flexibilität erfordern. Es steuert und vernetzt etwa Schrauber, Roboter oder fahrerlose Transportfahrzeuge. Heute besitzt jedes dieser FTS einen eigenen kleinen Computer, der seine Route berechnet. Über 5G können wir die Fahrzeuge oder Roboter zentral steuern. Wir erproben das derzeit auch in der Gläsernen Manufaktur Dresden.“

So muss bei der Smart Factory ein Rad ins andere greifen. Laut IDC-Definition umfasst eine IIoT-Plattform als Fundament dafür mehrere Technologieebenen, die miteinander interagieren. Verschiedene Anbieter liefern Lösungen zu unterschiedlichen Kompetenzen. Das macht den Markt sehr unübersichtlich. Die Spreu vom Weizen trennt sich, wenn es um zusätzliche Funktionen geht – etwa um Low-Code-Lösungen, Anlagensteuerung, Workflows oder Advanced Analytics. Moderne ERP-Systeme dienen als Plattformen für die Digitalisierung aller Geschäftsprozesse in Produktion und Logistik. Die Frage ist also: Wie sollte die Aufgabenteilung zwischen IIoT-Plattform und ERP-System aussehen, damit vor Ort z.B. Produktions- und Qualitätskontrollen, Maschinenintegration und Echtzeitanalysen koordiniert und automatisiert, aber auch zielgerichtet erfolgen können?

ERP im IIoT-Kontext

„Das ERP-System steht weit oben in der Automatisierungspyramide, ISA95 genannt“, sagt Viviane Schmidt, Lead Solution Architect, IoT & Data Analytics bei Hewlett Packard Enterprise. „Es ist nahe an den Geschäftsprozessen verortet, das IIoT operiert nahe an der Feldebene, wo die Sensordaten verarbeitet werden.“ Mit der Smart Factory werde diese Pyramide durchlässiger. „Daten, die bei den Sensoren und der Produktionssteuerung entstehen und vorher auf ihren Mehrwert geprüft wurden, ergänzen die Informationen im ERP“, beschreibt Schmidt diesen Prozess. „Das ERP kann damit das Geschäft entlang der Lieferkette optimieren für eine zuverlässige und günstige Beschaffung, eine schnelle Wartung, einen erfolgreichen Vertrieb oder Maßnahmen im After-Sales. Dazu muss das ERP-System aber vom starren in einen flexiblen Betrieb überführt werden, weil nur so mehr Automatisierung möglich ist.“

Für diese Digitalisierung der Produktion ist eine offene ERP-Plattform gefragt. Sie stellt ein semantisch beschriebenes Datenmodell bereit, das alle Objekte der Produktion, deren Status und deren Beziehungen untereinander definiert. „Zusätzlich muss die Plattform Schnittstellen zum lesenden und schreibenden Zugriff auf diese Objekte bereitstellen“, sagt Bernd Berres, Principal Product Management beim MES-Hersteller MPDV. „Dadurch entsteht die Möglichkeit, dass die vielen Komponenten der Fertigung – Maschinen, Systeme, Steuerungen etc. – interoperabel miteinander arbeiten.“

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 11/2021. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Tatsächlich ist Berres davon überzeugt, dass die vielen Daten des IIoT nicht im ERP persistiert werden sollten, sondern besser im MES-Layer gespeichert werden. Über (REST-)Schnittstellen könne das ERP dann bei Bedarf auf die Daten zugreifen. „Zusätzlich halte ich es für extrem wichtig, neben der Datenflut der vielen Sensoren und Endgeräte auch die zugehörigen Kontextdaten zu erfassen: Welcher Artikel wird aus welchen Materialien von welchem Lieferanten an welcher Maschine mit welchem Werkzeug gefertigt?“, ergänzt Berres. Das ermögliche dann mithilfe von KI, versteckte Wirkzusammenhänge aus den vielen Daten zu ermitteln, ohne Äpfel mit Birnen zu vergleichen.

Elegant andocken an das RZ

So kann das IIoT elegant an das Rechenzentrum angedockt werden, ohne dass dort das ERP-System in der Echtzeitdatenflut der vielen Sensoren und Endgeräte untergeht. Auch hier steckt der Teufel im Detail, weiß HPE-Expertin Viviane Schmidt. Denn was heißt z.B. Echtzeit in der Praxis? Manche Daten werden im Millisekundentakt erzeugt, andere vielleicht nur bei einer Zustandsveränderung, etwa bei einer Fehlermeldung – beides ist Echtzeit. „Aber wenn sich nichts ändert, muss das System auch nichts tun und man braucht die Daten nicht zu sammeln“, macht Schmidt auf einen wesentlichen Punkt aufmerksam. „Hinzu kommt, dass IoT nicht von heute auf morgen ans ERP andockt, es ist vielmehr ein schrittweiser Prozess.“

Entscheidend ist dafür laut Schmidt auch die richtige Datenarchitektur, die auf die folgenden Fragen eine Antwort liefern sollte: Woher kommen die Daten? Welche bieten einen Mehrwert, wenn ich sie in meinem ERP-System verarbeite? „So können z.B. Daten aus dem Bereich ‚Predictive Maintenance‘ genutzt werden, um bei Maschinenschäden über das ERP-System Beschaffungsprozesse für Ersatzteile anzustoßen“, führt Schmidt an. „Relevante Daten können etwa durch das Setzen von Filtern selektiert werden.“

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