Unternehmensführung

Industrielle Zukunft: Fortsetzung des Beitrags aus Heft 5/15

Wie das „Internet der Dinge“ die Industrieproduktion revolutionieren wird – Teil 2

Unter dem Druck der Globalisierung werden die Industriebranchen eine Reihe größerer Veränderungen durchlaufen. Die Produktlebenszyklen werden sich verkürzen, Produkte werden noch kundenspezifischer und der weltweite Wettbewerb wird sich auf zahlreichen Märkten intensivieren. Diese Entwicklungen zeigen sich bereits auf dem Markt für Mobiltelefone. Prof. Dr. Detlef Zühlke, Dr. Dominic Gorecky und Stefanie Fischer vom Forschungsbereich „Innovative Fabriksysteme“ (IFS) am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern werfen einen Blick in die Zukunft der Industrieproduktion – hier die Fortsetzung des Beitrags in unserem Oktober-Heft.

Normen

Wie im Grundmodell (siehe Steine+Erden, 5-2015, S. 71ff. oder www.steine-und-erden.net) beschrieben, kann die strikte Trennung zwischen Hardware und Funktionalität nur erfolgreich sein, wenn sie auf Standards basiert. Ein Element in einem cyber-physikalischen System (CPS) muss, mindestens hinsichtlich der Informationstechnologie, ähnlich aufgebaut sein wie ein Lego-Baustein, d.h., es muss auf der Basis von Standards auf allen Schichten des ISO/OSI-7-Modells kommunizieren können. Mindestens die Transportschichten 1 bis 4 basieren bereits auf etablierten Standards oder Normen wie IEEE 802.xx oder Internet Protocol. Die Standards für die Applikationsschichten 5 bis 7 werden sich erst unter massivem Druck der Märkte herausbilden, denn kein Hersteller wird von der Vorstellung begeistert sein, aus seinen Produkten austauschbare Lego-Steine zu machen. Die aktuelle Debatte über die Standardisierung bei drahtlosen Industrienetzwerken (z.B. ISA100) oder über die Sprache für die Gerätebeschreibungsspezifikation (z.B. FDT) zeugt von Widerständen und Interessenkonflikten. Mit OPC-UA – der aktuellen Generation standardisierter Software-Schnittstellen – für die Schichten 5 und 6 scheint es aber zumindest einen vielversprechenden Implementierungsansatz zu geben, den immer mehr Hersteller und Anwender zu akzeptieren bereit sind.

Sicherheit

Ein herausragendes Merkmal der Steuersysteme für die Fabrik der Zukunft ist der Einsatz IP-basierter Netzwerke auf allen Schichten. Er erleichtert den reibungslosen Import der Daten von Feldgeräten in das übergeordnete Enterprise-Resource-Planning-System (ERP). Offene Protokolle können jedoch die Fabrik dem Risiko immer leistungsstärkerer Cyberangriffe aussetzen. Stuxnet und andere bösartige Software („Malware“) haben ganz klar gezeigt, wie real diese Gefahr ist.

Eine CPS-basierte Produktionsumgebung kann letztlich nur erfolgreich implementiert werden, wenn die Unternehmen selbst hohe Sicherheits- und Vertrauensstandards für die Technologien setzen. Das erfordert nicht nur technologische Lösungen, sondern vor allem organisatorische Maßnahmen. Die Sicherheitsfrage bleibt ein zentrales Thema. Ihre endgültige Lösung erfordert Vorschläge aus den Reihen der Industrie, der Forschung und der Regierung.

Stilisierte Darstellung vernetzter Produktionseinrichtungen
Im „Internet der Dinge“ kommunizieren die einzelnen Produktionseinheiten und Steuerungsmodule eines Unternehmens miteinander. Cyber-physikalische Systeme (CPS) bilden dafür die Basis. // Mimi Potter - Fotolia.com

Wie wird die unmittelbare Zukunft aussehen?

Es wird davon ausgegangen, dass die hier beschriebene Version der Vision „Industrie 4.0“ in zehn bis 15 Jahren ihren Weg in die Produktionsumgebungen finden wird. Angesichts der vielen offenen Fragen und der noch durchzuführenden Forschungen wird es einige Zeit dauern, bis holistische Fertigungsszenarien allgemein in unseren Branchen akzeptiert und implementiert werden. Daher werden die ersten, für diese Vision geeigneten Elemente und Objekte einen evolutionären Weg zurücklegen müssen, bevor sie die Industriepraxis erobern können. Die Verfügbarkeit hochaufgelöster Informationen und die Entschärfung von Medienbrüchen bilden die Grundlage für vielseitige, transparente Produktionsumgebungen. Die bereits verfügbaren Auto-ID-Technologien können beim Tracking von Elementen und deren Repräsentation in der digitalen Welt helfen. Mobilgeräte wie Notebooks, Tablet-PCs oder SmartGlasses (die sogenannten Datenbrillen) bieten unmittelbaren Zugang zum Unternehmenswissen von praktisch überall – aus dem Unternehmen, aber auch darüber hinaus. Entscheidungen und Handlungen können auf umfassende und präzise Informationen gestützt werden und die Reaktionen daher schneller erfolgen. Intelligente Assistenzsysteme helfen dabei. Die Technologie-Initiative SmartFactoryKL – eine herstellerunabhängige Demonstrations- und Forschungsplattform – hat bereits einen großen Schritt zur Vision „Industrie 4.0“ gemacht, indem sie Lösungen entwickelt und umgesetzt hat, die flexible Produktionsstrukturen ermöglichen und die aktuellen Herausforderungen in der Industrie berücksichtigen. In ihrem Netzwerk aus über 30 Industriepartnern entwickelt und testet die SmartFactoryKL innovative Informations- und Kommunikationstechnologien und ihre Anwendung in einer realistischen, industriellen Produktionsumgebung. Im Rahmen des aktuellen Projekts wurde eine revolutionäre Fertigungsstraße zusammen mit wichtigen Partnern aus der Industrie entwickelt. Die Fertigungsstraße ist komplett modular ausgeführt und erlaubt die Plug-&-Play-Integration neuer Fertigungsmodule. Die Plug-&-Play-Funktionalität wird auf der Basis mechanischer, elektronischer und informationstechnischer Standards erreicht, die von der SmartFactoryKL und ihren Partnern definiert wird.

Tablet-Computer mit Schlosssymbol auf dem Display
Mittels mobiler Endgeräte wie Tablet-PCs und Smartphones erhalten die Teamplayer eines Industrie-4.0-Unternehmens umfassenden Zugriff auf das gesamte Wissen ihrer Firma – unabhängig von Ort und Zeit. // CLIPAREA.com - Fotolia.com

Ausblick

Technologische Revolutionen werden nie übereilt angestoßen. Häufig ziehen sich die Umbrüche über mehrere Jahrzehnte hin. Der Wandel erfolgt evolutionär. Er wird von Fortschritten in unterschiedlichen technischen Bereichen (Technologie-Push), aber auch von Markterfordernissen (Markt-Pull) getrieben. Höchstwahrscheinlich wird die aktuelle Entwicklung zur Industrie 4.0 einen ähnlichen evolutionären Verlauf nehmen und mehrere Jahrzehnte dauern. Ein positiver Aspekt ist, dass die Industrie 4.0 eine klare Vision liefert, an der sich Hersteller und Endanwender erfolgreich orientieren können. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse der IT-Umgebung sind eng mit den Anforderungen der Produktionsumgebung verknüpft. Das setzt eine interdisziplinäre Zusammenarbeit üblicherweise getrennter Fachrichtungen voraus. Dennoch wird der Mensch der wichtigste Faktor in diesem Übergangsprozess sein. Die Analyse der drei bisherigen Revolutionen zeigt, dass die Bedürfnisse und der Lebensstandard des Menschen die wichtigste Triebkraft für Veränderungen sind. Wenn diese Anforderungen auf die richtigen technologischen Randbedingungen treffen, entsteht ein fruchtbarer Boden für innovative Veränderungen. Seit der dritten Industriellen Revolution, der sogenannten „Digitalen Revolution“, haben zahlreiche innovative Technologien und politische Veränderungen das Zusammenleben der Menschen beeinflusst. Charakteristische Beispiele sind das Ende des Kalten Krieges, die Herausbildung globaler Märkte – vor allem in China – und technologische Fortschritte wie das Internet und die zahlreichen intelligenten Geräte.

Der Mensch nimmt nicht nur die wichtige Rolle des Technologietreibers ein, sondern auch die Rolle des Getriebenen. Die modernen IKT führen zu einer starken Beschleunigung aller Geschäftsprozesse – im weltweiten Rahmen. Angebote für Produktionsanlagen und Dienstleistungen können weltweit in Sekundenschnelle gesendet werden; globale Zusammenschlüsse zur Bereitstellung von Lösungen lassen sich ad hoc bilden. Effizientere und integrierte Logistiksysteme an Land, auf See und in der Luft können Güter viel schneller zu den Kunden liefern. Um im globalen Wettbewerb erfolgreich zu sein, müssen Produktionssysteme agil sein und sich schnell anpassen. Die Fortschritte bei den IKT machen das möglich. In dieser neuen Systemumgebung muss der Mensch immer schneller planen, umsetzen und agieren. Nur Nationen, die ihre Bildungs- und Ausbildungssysteme rechtzeitig an die neuen Realitäten anpassen können, werden auf den Weltmärkten erfolgreich sein. In dieser Hinsicht ist Europa in einer guten Position.

Prof. Dr. Detlef Zühlke, Dr. Dominic Gorecky und Stefanie Fischer vom Forschungsbereich „Innovative Fabriksysteme“ (IFS) am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern

 
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