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Modellfabriken

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Industrie 4.0 blüht auf

Text: Johannes Winterhagen
Vor wenigen Jahren galt Industrie 4.0 noch als Zukunftsvision. Mittlerweile existiert in Deutschland nicht nur eine lebendige Forschungslandschaft. Erste technische Lösungen für die vollständig vernetzte Fabrik werden greifbar. Eine Reise nach Hannover, Lemgo und Mannheim.

Eine eindrucksvolle Karriere. 2011 mit den ersten akademischen Weihen versehen, nimmt sie bereits seit 2015 in offizieller Mission am Weltwirtschaftsforum in Davos teil. Dort trägt sie den Namen „Digital Transformation of Industries“, hierzulande ist sie gemeinhin als „Industrie 4.0“ bekannt, zur weltweiten Leitmesse in Hannover wird der Begriff „Integrated Industry“ verwendet. Gemeint ist aber immer derselbe Vorgang: Ein zunehmender Teil der industriellen Wertschöpfung beruht in Zukunft nicht mehr auf der Herstellung und dem Verkauf von Hardware, sondern auf Geschäftsmodellen, bei denen das Geld mit Software und Daten verdient wird. In klugen Debatten verweist regelmäßig mindestens ein Teilnehmer auf das „disruptive Moment“, das dieser Entwicklung innewohnt, oft untermauert durch die Tatsache, dass 88 Prozent der 500 größten Unternehmen, die zwischen 1955 und 2015 im Fortune-Ranking geführt wurden, heute nicht mehr existieren. Disruption, das klingt zunächst ungemütlich, insbesondere für jenen Teil der deutschen Industrie, der sich als Fabrikausrüster der Welt begreift. Als der Informatik-Professor Wolfgang Wahlster den Begriff „Industrie 4.0“ prägte, herrschte daher zunächst Zurückhaltung bei vielen Unternehmern. Vernetzt sei ohnehin jede moderne Produktion, hieß es mit Verweis auf die gängige Feldbus-Kommunikation zwischen Maschinen. Mancher Praktiker betonte, es handele sich um eine Vision, deren Umsetzung erst in ferner Zukunft möglich sei. Dass sich die Stimmung hierzulande mittlerweile gedreht hat, zeigen aktuelle Umfragen unter deutschen Managern. So waren 50 Prozent aller Fach- und Führungskräfte, die sich 2015 an einer Studie der Management-Beratung MHP beteiligten, der Meinung, dass die vierte industrielle Revolution bereits begonnen habe. Je nach Branche schätzten bis zu 80 Prozent der Teilnehmer, dass „Industrie 4.0“ für ihr Unternehmen wichtig wäre. Einen wesentlichen Anteil am Stimmungsumschwung dürfte das gemeinsame Handeln der Industrieverbände für Elektrotechnik (ZVEI), Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) und Informations- und Kommunikationstechnik (Bitkom) haben, die insgesamt mehr als 5.000 Unternehmen repräsentieren. Gemeinsam gründeten sie 2013 die „Plattform Industrie 4.0“. Zusätzlicher Rückenwind kam von der Politik: Industrie 4.0 wurde zu einem Zukunftsprojekt innerhalb der Hightech-Strategie 2020. Seither sind allein aus dem Etat des Bundesforschungsministeriums mehr als 120 Millionen Euro in Industrie-4.0-Projekte geflossen. Fünf Jahre nach den ersten Visionen ist es daher an der Zeit zu fragen: Wie kommt die praktische Umsetzung voran? Und wer profitiert davon?

Lösungen statt Grundsatzfragen

Unternehmen, auch wenn die internationale Beteiligung hoch ist. Allein aus den USA – dieses Jahr Partnerland der Hannover Messe – haben mehr als 250 Unternehmen ihre Beteiligung zugesagt, mehr als doppelt so viel wie in den Vorjahren. „Wer die Zukunft der Industrie sehen will, kommt nach Deutschland“, sagt Köckler stolz. Der US-Botschafter in Deutschland, John Emerson, gibt ihm recht: „Die Technologien, die wir in Hannover sehen werden, verändern nicht nur das Wirtschaftsleben und die Gesellschaft, sondern auch unser tägliches Leben.“ Wer steckt hinter den Lösungen, die in Hannover ausgestellt werden? Es sind Menschen wie Dr. Peter Adolphs, Geschäftsführer und Cheftechniker des mittelständischen Automatisierungsspezialisten Pepperl+Fuchs. Schon bei Gründung der Verbändeplattform Industrie 4.0 engagierte sich Adolphs, in der nun unter politischer Leitung arbeitenden neuen Plattform leitet der promovierte Diplom-Ingenieur die Arbeitsgruppe „Referenzarchitekturen, Standards und Normung“. Nüchtern berichtet er über die erzielten Erfolge: Das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 (siehe Seite 28) habe sich innerhalb kurzer Zeit etablieren können. Man habe in einer Unterarbeitsgruppe die Detaillierung der sogenannten „Verwaltungsschale“ vorangetrieben, die als digitaler Zwilling reale Gegenstände aus der Produktion in der Cloud abbilden soll. Es seien rund 200 existierende Normen identifiziert worden, die nun mit der Referenzarchitektur abgeglichen werden. Adolphs erläutert: „Dabei identifizieren wir gezielt Lücken und bauen daraufhin bis Ende 2016 eine Normen-Roadmap für Industrie 4.0 auf.“ Adolphs argumentiert mit Fachbegriffen aus der Welt der industriellen IT, die sich dem Laien nur schwer erschließen. Dennoch: Es ist wichtige Basisarbeit, die geleistet werden muss, damit künftig Anlagenkomponenten verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren können – und zwar so schnell und sicher, wie das in einer industriellen Produktion notwendig ist. Adolphs und seine Kollegen aus vielen anderen, überwiegend mittelständischen Unternehmen legen damit die Basis dafür, dass Deutschland seine Führungsrolle in der Ausrüstung von Produktionsstätten erhalten kann.

Erfolgsmodell Spezialisierung

Dieses Erfolgsmodell basiert nicht auf wenigen Megakonzernen, sondern auf einer eher fragmentierten, dafür aber hochspezialisierten Wirtschaftsstruktur. Viele Hersteller von Produktionsmaschinen und -anlagen beliefern nur einzelne Branchen – dafür aber weltweit. Auch in der Automatisierungstechnik, die für die Steuerung der Maschinen sorgt, sowie in der elektrischen Ausrüstung schlagen sich spezialisierte deutsche Mittelständler wacker gegen amerikanische und japanische Elektrokonzerne. Der Grund: Wer eine neue Produktionsanlage plant, kann sich in Deutschland die besten Komponenten und Systeme frei zusammenstellen, vom Industriestecker mit integrierter Sensorik über den Antrieb für das Förderband bis hin zu einem genau auf seine Bedürfnisse passenden Montageautomaten. Auch bislang kommunizieren die einzelnen Komponenten einer solchen Anlage miteinander, dafür sorgen konkurrierende, aber über genormte Schnittstellen letztlich kompatible Datenaustausch-Protokolle. Dieses Erfolgsmodell könnte in Gefahr geraten, wenn über die Produktivität nicht mehr allein die Anlage und die Qualität ihrer Komponenten entscheiden, sondern derAustausch und die Analyse von Daten – und zwar über die einzelne Produktionseinrichtung hinaus. Der höhere Grad der Vernetzung spielt internationalen Großkonzernen in die Hände.

Kein Wunder also, dass große Mittelständler und mittelständisch geprägte Industrieverbände wie VDMA und ZVEI das Rückgrat der Plattform Industrie 4.0 bilden. Allerdings: Bislang ist noch unklar, wie hoch die Produktivitätsgewinne durch die Vernetzung wirklich sein werden. „Das müssen wir exemplarisch durchspielen“, sagt Adolphs, dessen Unternehmen sich beim Aufbau einer neuen Forschungsfabrik engagieren will. „Erst wenn wir abgesicherte Erkenntnisse haben, können wir die Breite der Unternehmer davon überzeugen, in Industrie-4.0-Technologien zu investieren.“ Im kleinen Maßstab hat Adolphs das schon in einem eigenen Werk durchgespielt: Vor einiger Zeit wurde eine Fertigungszelle für optoelektronische Sensoren durchgängig vernetzt. Da solche Komponenten – quasi Lichtschranken für den industriellen Einsatz – im Zweifelsfall über Leib und Leben entscheiden, wird jeder Fertigungsschritt geprüft. Die dabei entstehenden Daten werden nun gespeichert – und jede neue Prüfung mit den vorliegenden Ergebnissen verglichen. Damit können Muster, die zu Fehlern führen, früher erkannt werden, die Ausschussquoten sinken. Nun prüft Pepperl+Fuchs die Übertragung auf andere Fertigungslinien. „Wir berechnen gerade die Wirtschaftlichkeit“, berichtet Adolphs. Ein typisches Beispiel für den Umgang mit Industrie 4.0 im Mittelstand: Umgesetzt wird, was immer die Produktivität verbessert.

Demonstrieren und Forschen

Das weiß auch Jürgen Jasperneite, der an der Hochschule Ostwestfalen-Lippe nicht nur das Institut für industrielle Informationstechnik leitet, sondern auch ein Fraunhofer-Anwendungszentrum und das CIIT, ein Institut, in dem Firmen und Hochschule gemeinsam an Industrie-4.0-Anwendungen forschen. Zwei Wochen vor der Hannover Messe 2016 eröffnet die unter seiner Leitung entstandene „Smart Factory OWL“, die zugleich Demonstrations- als auch Forschungsanlage sein soll. „Wir müssen den Nutzen einer sich selbst steuernden Produktion anhand einer realen Anlage vermitteln“, erläutert Jasperneite. „Die Bedingungen in unserer smarten Fabrik sind nicht nur realitätsnah, sondern realitätstreu.“ Daher wird auch ein echtes Produkt gefertigt, eine LED-Leuchte, die Kunden über das Internet selbst gestalten können. Von anderen, bereits existierenden Demonstrationsanlagen unterscheidet sich die in Lemgo vor allem in zwei Punkten: Erstens wird die Leuchte nicht nur aus bereits vorhandenen Bauteilen montiert, sondern Kernkomponenten entstehen erst vor Ort. So werden spannende Bearbeitung für Metallteile und ein additives Fertigungsverfahren für Kunststoffe integriert. Und zweitens erfolgt die komplette Auftragsbearbeitung direkt aus dem ERP-System heraus – wenn alles funktioniert, löst der Click auf „Bestellen“ also ohne jedes menschliche Zutun direkt den Produktionsvorgang aus. Die Hoffnung von Jasperneite: Auch kleinere Unternehmen sollen sich so begeistern lassen, dass sie die Übertragbarkeit auf Prozesse im eigenen Unternehmen prüfen.

Demonstrationen sind nicht der einzige Zweck der Modellfabrik. Denn die Forschung an Industrie-4.0-Technologien ist laut Jasperneite bei weitem nicht abgeschlossen. Seit 2007 beschäftigt sich der promovierte Nachrichtentechniker damit, wie Informationstechnologie aus dem Büro in die Fabrik übertragen werden kann. „Auch wenn wir damals den Begriff Industrie 4.0 noch nicht verwendet haben, so war uns damals schon klar, dass IT und industrielle Automation allmählich zusammenwachsen würden“, sagt Jasperneite. „Eine direkte Übertragbarkeit ist jedoch nicht möglich, vielmehr müssen viele Technologien für den industriellen Einsatz von Grund auf neu entwickelt werden.“ Man sei weit gekommen, doch wirklich intelligente Systeme für die Produktionssteuerung stünden erst am Anfang.

Was ist intelligent?

Um Besuchern am CIIT zu demonstrieren, was er unter Intelligenz versteht, führt Jasperneite sie gernean einen Robotor, der in Windeseile einen Zauberwürfel („Rubik’s Cube“) löst – und damit fast jeden Menschen schlägt. Der Roboter folgt dabei festen Regeln. „Intelligent ist also vor allem der Mensch, der ihn programmiert hat“, urteilt Jasperneite. „Wirklich intelligent sind technische Systeme, wenn sie lernfähig sind und auf geänderte Umfeldbedingungen reagieren können.“ Solche Systeme entstehen in Lemgo in vorwettbewerblicher Gemeinschaftsforschung, an der große Unternehmen wie Phoenix Contact und Weidmüller beteiligt sind, in der smarten Fabrik können sie erprobt werden. Weitere Forschungsschwerpunkte sind Maschinen, die sich selbst konfigurieren – Plug-and-Play für Industrieanlagen –, oder Assistenzsysteme für Montagearbeitsplätze mit hoher Variantenvielfalt.

Die Modellfabrik in Lemgo ist nur eine Anlaufstelle von vielen, in der sich mittelständische Unternehmen informieren und an Gemeinschaftsforschung beteiligen können. So fördert das Bundeswirtschaftsministerium im Rahmen der Initiative „Mittelstand 4.0 – Digitale Produktions- und Arbeitsprozesse“ den Aufbau von fünf regional verteilten Kompetenzzentren, die speziell kleine und mittlere Unternehmen bei der Einführung von Industrie-4.0-Technologien unterstützen sollen. Richtig so, meint Jasperneite. „Der Transfer in den Mittelstand funktioniert am besten über regionale Nähe.“ Hinzu gesellen sich zahlreiche weitere öffentlich geförderte Initiativen, Forschungseinrichtungen und die Aktivitäten einzelner Unternehmen. Im besten Sinne ist aus dem Schlagwort „Industrie 4.0“ eine aufblühende Landschaft geworden. Doch die Lage ist unübersichtlich. Abhilfe will die Plattform Industrie 4.0 mit einer digitalen Landkarte schaffen, die zum IT-Gipfel im Herbst 2015 erstmals vorgestellt wurde und seither laufend gepflegt wird. Anfang 2016 waren bereits mehr als 200 Beispiele hochgeladen, die ein weites Spektrum abdecken: In einem Unternehmensprojekt in Hamburg geht es darum, wie die innerbetriebliche Logistik durch vernetzte Flurförderfahrzeuge verbessert werden kann; in München wird an der sicheren Datenspeicherung für industrielle Anwendungen geforscht. So zeigt die Karte vor allem eines: Die eine technische Lösung, die alle Aspekte künftiger Industrieproduktion abdeckt, gibt es nicht. Glücklicherweise, denn das Fachwissen über die Welt der Dinge ist nicht zu ersetzen, dafür braucht es Spezialisten und vermutlich auch spezialisierte Unternehmen. Gute Aussichten für die überwiegend mittelständisch geprägte deutsche Industrie, die sich aufmacht in das Zeitalter der Digitalisierung.

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