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Industrie 4.0: Informationstechnik ist der Schlüssel für die Fabrik der Zukunft

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Automatisierte Feinbearbeitung einer gefrästen Turbinenschaufel. (Bild: Fraunhofer IP)

Die industrielle Produktion ist noch nicht durchgängig in der digitalen Welt angekommen. Im Gegensatz zu vielen anderen Branchen steht der Maschinen- und Anlagenbau eher noch am Anfang der Digitalisierung. Die Fabrik der Zukunft soll jedoch mit Hilfe spontan vernetzbarer und echtzeitfähiger Software funktionieren – mit gravierenden Auswirkungen auf die Art und Struktur der Wertschöpfung [1].

Ziel aller Anstrengungen muss es daher sein, Produktion und Wertschöpfung am Standort Deutschland zu erhalten und zu stärken. Deutschland braucht eine starke industrielle Basis für turbulente Zeiten im globalen Wettbewerb.

Veränderte Nachfrage

Es wird zukünftig für den Geschäftserfolg nicht mehr ausreichen, hochproduktive und zuverlässige Maschinen und Anlagen zu liefern. Vielmehr wollen Kunden neue »Gesamtpakete«. Damit rücken für Maschinen- und Anlagenbauer produktbegleitende Dienstleistungen rund um die eigentliche Maschine in den Fokus.

Nach einer Studie des Ifo-Instituts [2] für die Europäische Kommission stärken diese zusätzlichen Leistungen die globale Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus. Sie sorgen für neue Wertschöpfung und schaffen damit Arbeitsplätze für hochqualifizierte Mitarbeiter.

Steigende IT-Durchdringung

Schlüssel zu solchen neuen, produktbegleitenden Dienstleistungen sind Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT). Sie durchdringen den traditionellen Maschinen- und Anlagenbau immer stärker und schaffen Potentiale für innovative Dienstleistungen. Allerdings sind viele Maschinen- und Anlagenbauer auf die neuen IKT-basierten Leistungen noch nicht systematisch vorbereitet. Nach einer Studie des Fraunhofer IAO [3] hat nur ein Viertel der Maschinenbauer eine explizite Strategie, welche Internet-basierten Dienstleistungen sie auf- und ausbauen werden. Und nur ein Fünftel der gleichen Unternehmen verfügt über ein passendes Geschäftsmodell.

Hier besteht also Handlungsbedarf, zumal Software zukünftig zum eigenständigen Bestandteil des Produktportfolios gehören wird. Um einige Beispiele zu nennen, kann das eine Fernwartung für verteilte Anlagen über einen Browser sein, integrierte Montageanleitungen, regelmäßige Maschinen-Softwareupdates oder die Anlage erteilt selbst Auskunft über ihre Verfügbarkeit und die Produktionsergebnisse werden auf Smartphones oder andere mobile Endgeräte ausgegeben.

Dr.-Ing. Olaf Sauer vom Fraunhofer IOSB stellt fest:» Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau rüstet weltweit erfolgreich Produktionsstätten und Fabriken aus. „Made in Germany“ steht seit Jahrzehnten für die Qualität deutscher Ingenieurleistungen. Allerdings stehen die deutschen Maschinenbauunternehmen und ihre Ingenieure zunehmend im internationalen Wettbewerb – mit dem bekannten Druck hinsichtlich Kosten bzw. Preis, Zeit und Qualität. «

Die wichtigsten Herausforderungen aus seiner Sicht sind:

1. Herausforderung Interoperabilität: In hochkomplexen Herstellungsprozessen müssen sich die beteiligten »Akteure« untereinander verabreden und verständigen, sie benötigen also eine Art Simultandolmetscher für die unterschiedlichen Datenformate. Die produzierende Industrie ist angewiesen auf Methoden, Werkzeuge und Softwarekomponenten zur Synchronisierung der essentiellen Bereiche von Produktionsunternehmen und der sie unterstützenden IT-Systeme: Produktlebenszyklusmanagement, Digitale Fabrik, Manufacturing Execution Systems sowie ein durchgängiges Datenmanagement.

2. Herausforderung Datenkomplexität: es entstehen riesige Datenbestände in produktionsnahen IT-Systemen und aus den Sensordaten von Produktionsanlagen, die als verborgene Schätze schlummern und für eine Produktionsoptimierung nicht genutzt werden. Mit der zunehmenden Komplexität moderner Produktionsanlagen wächst der Bedarf nach einer automatischen Erkennung von Anomalien, von Verschleiß und von Anlagenfehlern. Moderne Data Mining-Verfahren bieten Lösungsansätze, um neue Erkenntnisse aus der Datenflut zu gewinnen.

3. Herausforderung Nutzerzentrierung: Damit nicht jeder Nutzer mit sämtlichen Informationen, die die einzelnen Systeme einer Fabrik liefern, »überschüttet« und überfordert wird, müssen die Informationen rollenspezifisch und verteilt bereitgestellt werden. Jeder Nutzer erhält »maßgeschneiderte« Informationen, die er für seine Aufgaben benötigt. Intelligente Datenfusion, Filterung und Entscheidungsunterstützung sind hier erforderlich.

4. Herausforderung Sicherheit: Sensible Daten müssen im frühestmöglichen Stadium gegen Angriffe durch Abhören und Modifikation geschützt sein. Standardisierte Security-Mechanismen wie Verschlüsselung, Signieren von Daten sowie Authentifizieren von Datenobjekten und Steuerungs-Komponenten stellen sicher, dass sich nur autorisierte Komponenten in das Produktionssystem »einklinken« können.

Auf der Hannovermesse 2013 zeigt das Fraunhofer IOSB in Halle 2 auf dem Stand des BMBF einen Demonstrator, mit dem »plug&work«-Konzepte veranschaulicht werden.

Quellen:

[1] Kagermann, H.; Wahlster, W.; Helbig, J.: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 – Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Forschungsunion im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, Berlin: 2012
[2] Vieweg, H.-G. (Ed.): An introduction to Mechanical Engineering: study on the Competitiveness of the EU Mechanical Engineering Industry. München: 2012.
[3] Münster, M.; Meiren, T.: Internet-basierte Services im Maschinen- und Anlagenbau. Stuttgart, Fraunhofer-Verlag, 2011.

Kontakt
Dr.-Ing. Olaf Sauer
Geschäftsfeld Automatisierung
Fraunhofer IOSB
Fraunhofer Straße 1
76131 Karlsruhe
Tel.: +49 721 / 6091 477
E-Mail: olaf.sauer@iosb.fraunhofer.de

(Sibylle Wirth | Fraunhofer-Institut)

Marc Brümmer

Ein Kommentar zu “Industrie 4.0: Informationstechnik ist der Schlüssel für die Fabrik der Zukunft

  1. Bis zur smarten Factory ist es allerdings noch ein langer Weg. Experten sehen eine Realisierung zwischen 2030 und 2050. Dabei ist die Technik im Prinzip vorhanden. Was fehlt, sind einheitliche Standards, auf die sich die einzelnen Interessengruppen einigen.

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