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Dossier: Industrie 4.0 – und es werde Licht (… zumindest ein bisschen)

Man schrieb das Jahr 2012, in dem sich die CeBIT in Hannover erstmals werbewirksam mit dem Thema Industrie 4.0 auseinandersetzte. Das hatte für mich zunächst zur Folge, dass in meinem Kopf mehr Fragezeichen als Ausrufezeichen auftauchten: „Internet der Dinge“, „Smart Factory“, „Cyber Physical Systems“ usw. – alles irgendwie schon mal gehört. Nach Meinung der Technologieprotagonisten sollte die sogenannte vierte industrielle Revolution das Business und insbesondere den Wirtschaftsstandort Deutschland beflügeln.

So weit, so gut – oder auch nicht! Ich ging davon aus, dass sich die oben erwähnten Fragezeichen im Laufe der Zeit in Wohlgefallen auflösen würden. Das war und ist nicht der Fall. Deshalb unternehme ich hier und jetzt den Versuch, dem vermeintlichen „Buzzword“ Industrie 4.0 thematisch etwas auf die Pelle zu rücken. Ist da mehr drin als nur alter Wein in neuen Schläuchen? Was sind die Nutzenversprechen? Und wohin soll die Reise gehen?

Frei nach dem Motto „Der Kunde braucht keine Teileliste, er braucht ein funktionierendes System“ ist Industrie 4.0 ein übergeordneter Begriff. Ein Begriff, der – nach Meinung der Experten – Möglichkeiten impliziert,  Arbeitsabläufe maßgeblich zu optimieren, zu individualisieren, zu automatisieren und intelligenter zu gestalten.

Soll – kurz gefasst – heißen: Aufseiten der Unternehmen können Produkte schneller, effizienter und nachhaltiger hergestellt, Dienstleistungen entwickelt und angeboten sowie nachfragegerecht bereitgestellt werden. In Verbindung mit Big Data und der Cloud erweitert sich so das Spektrum auf sich selbst optimierende, „intelligente“ Maschinen und Systeme, die eigenständig über Netzwerke miteinander kommunizieren.

So ging’s los

Der Grundgedanke für Industrie 4.0 wurde schon in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts mit dem Computer Integrated Manufacturing (CIM) gelegt, was schlicht und ergreifend bedeutete, sich in der Fertigung ab sofort durch Computer unterstützen zu lassen. Laut Rahman Jamal vom Hard- und Softwarekonzern National Instruments ist Industrie 4.0 die „zeitgemäße evolutionäre Fortsetzung dieses Konzeptes“.

Die Basis für Industrie 4.0 sind die sogenannten Cyber Physical Systems (CPS). Der Begriff wurde 2006 im Rahmen eins Workshops der International Science Foundation von Dr. James Trouchard geprägt und bezeichnet eingebettete Systeme, Internetdienste sowie Prozesse aus den Bereichen Produktion, Logistik, Engineering, Koordination und Management.

Keine „Raketentechnik“

Was heißt CPS nun aber konkret? Der Einsatz umfangreicher Mess- und Regeltechnik erlaubt es, „physikalische“ Daten (Füllstände, Druck, Temperatur, Drehzahl, Abmessungen usw.) zu erfassen, auf die durch voreingestellte Parameter mittels physikalischer Aktoren (aktives Einwirken auf den Prozess, zum Beispiel durch eine Bremse) automatisch reagiert werden kann.

CPS stellen nun ein umfangreiches vernetztes System dar, in dem die anfallenden Daten verschiedener untergeordneter Maschinen beziehungsweise Sensoren zusammenlaufen, zur weiteren Verwendung abgerufen und per Software ausgewertet werden können. So werden Möglichkeiten zur Selbstoptimierung von Arbeitsabläufen durch „intelligente“ Maschinen, wie etwa autonome Roboter (Rasenmäher/Staubsauger), überhaupt erst geschaffen. Neu ist dabei die Verknüpfung der Datenquellen mit den Auswertungs- und Entscheidersystemen über das je nach Datenart und -menge jeweils sinnvolle Netzwerk.

Be Smart – intelligente Geräte, Maschinen und Fabriken

Der Begriff „smart“ taucht im Zusammenhang mit Industrie 4.0 häufig auf und weist auf „Intelligentes“ hin. Unter einem „Smart Product“ stelle ich mir also ein Produkt vor, das zum Beispiel mittels Übertragungstechnologien wie RFID, UMTS oder WLAN selbstständig die gesammelten Daten – sei es in Echtzeit oder per Abruf – zur Verfügung stellen und so mit anderen Produkten, je nach Komplexität (Verkehrstechnik, Maschinensteuerung, Materiallogistik etc.), kommunizieren und bei Bedarf Aktionen auslösen kann.

Diese Möglichkeit der Vernetzung von Geräten und Maschinen („Machine to Machine“) kommt uns beispielsweise bei der Überwachung und Steuerung von Abläufen in der Fertigung oder dem Informationsaustausch von Smartphones und Tablets zugute, die sich mit anderen Geräten aus unserem Alltag „unterhalten“.

Menschen inklusive

Das große Zusammenspiel von smarten Dingen in den Fabriken nennen die Experten dann „Smart Factory“. Also intelligent gestaltete Unternehmen, in denen Informations- und Kommunikationstechnik in der Entwicklung, Planung, Produktion, Logistik und Koordination als Schnittstelle eingesetzt wird, um die Bereiche dynamischer zu gestalten. In einem Produktionsablauf, der die zuvor von mir genannten Cyber Physical Systems berücksichtigt, werden heute beispielsweise RFID-Transponder für elektromagnetische Wellen eingesetzt. Die waren mir erstmals so richtig auf der CeBIT 2010 als wirklich relevante, „massentaugliche“ Technologie aufgefallen.

Mittlerweile sind diese Transponder so klein und kosteneffizient produzierbar, dass sich der Einsatz für die individuelle Fertigung bis hin zur Losgröße eins auszahlen kann. Die Kommunikation in der „intelligenten Fabrik“ findet also nicht mehr nur zwischen Menschen statt, sondern zwischen Menschen, Maschinen und Rohlingen. So entsteht eine komplexe, effiziente und weniger störanfällige Produktion als sie bisher möglich war.

Das Internet der Daten, Dienste und Dinge

Wie eingangs bereits erwähnt, spielen auch Cloud- und Big Data-Lösungen im „Technologiekonzert“ der Industrie 4.0 mit: Sie unterstützen den Zugriff auf Geschäftsdaten von überall, die Auswertung dieser Daten in Echtzeit, die Speicherung großer Datenmengen und die Optimierung bereits bestehender Lösungen. So lassen sich – global betrachtet – Produktionsabläufe planen, die dem Lauf der Sonne folgen und in der Theorie keinerlei Stillstandszeit aufweisen.

Im sogenannten Internet der Dienste stellen SAP und Co. Funktionen und Dienste für Unternehmen zur Verfügung, die diese dezentral beziehen und nutzen können: Cloud- und Virtualisierungslösungen zum Beispiel, die es dem Unternehmen ermöglichen, hochflexible, skalierbare und anforderungsspezifische Anwendungen einfach und schnell in die Wertschöpfungskette einzubinden bzw. einbinden zu lassen. Dies kann in einem gewissen Rahmen automatisiert und selbstständig vonstatten gehen.

Damit geht ein aus meiner Sicht nicht unbedeutender Nebeneffekt einher: Es müssen vonseiten der Unternehmen nicht länger dauerhafte Produktlizenzen angeschafft werden. Stattdessen bezieht man die benötigten Dienste so lange bedarfsgerecht aus der Cloud, wie sie fürs Unternehmen benötigt werden.

Mehr Zeit für besseres Geschäft

Das Internet der Dinge wird hingegen von Alltagsgegenständen bevölkert, die durch den Einsatz von IT zu Kommunikatoren werden und somit mit anderen Geräten/Maschinen interagieren können. Eine Lagerkiste kann so beispielsweise der Warenwirtschaft mitteilen, dass ihr Bestand zur Neige geht und sie gerne aufgefüllt werden möchte. Oder der Ablauf ist schon so weit entwickelt, dass die Kiste selbstständig eine Bestellung bei einem Lieferanten tätigt. Die so freigesetzten Ressourcen lassen sich durch die entfallenden zeitraubenden Tätigkeiten wesentlich zielführender im Kerngeschäft des Unternehmens einsetzen.

Und jetzt?

Computer Integrated Manufacturing, Cyber Physical Systems, Smart Products und Factories, Machine to Machine-Kommunikation, Internet der Dienste und Dinge, etc.: Für mich steht außer Frage, dass sich Industrie 4.0 für den Wirtschafts- und Produktionsstandort Deutschland – global gesehen – zu einem „Booster“ entwickeln kann.

Für die nahe Zukunft wünsche ich mir deshalb vor allem, dass Industrie 4.0 nicht nur theoretisch am runden Tisch ein Thema bleibt. Ich wünsche mir vielmehr von Anfang an aktives Handeln, konstruktive Auseinandersetzung und operative Umsetzung von konkreten Projekten. Mir ist es viel lieber, dass sowohl die Anwenderunternehmen als auch Technologiepartner konsequent den Weg „der kleinen Schritte“ gehen, als sich an Hypothesen und Planspielen zu ergötzen. Denn es wäre wirklich bedauerlich, wenn der Begriff Industrie 4.0 sich irgendwann in den digitalen Archiven des Internet wiederfindet – als Buzzword.