Das neue Paradigma: Wie sich Digitalisierung unabhängig von Hersteller und Plattform umsetzen lässt.

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Digitalisierung und ihre Umsetzung So geht Industrie 4.0 unabhängig von Betriebsgröße und Branche

11.03.2020

Echte Industrie-4.0-Anwendungen sind bisher eher selten. Auch setzen Unternehmen, abhängig von ihrer Größe und Branchenzugehörigkeit, die Vernetzung ihrer Maschinen ganz unterschiedlich um. Dabei ist eine einheitliche, standardisierte Kommunikation sehr wohl möglich.

Nur wenn Unternehmen die Digitalisierung vorantreiben und so ihre differenzierten Geschäftsprozesse erkennen, können sie mit innovativen Geschäftsmodellen in Zukunft erfolgreich am Markt bestehen. Doch davon sind noch einige produzierende Unternehmen weit entfernt.

Gleichzeitig wachsen die individualisierten Kundenanforderungen an die IT-Systeme noch schneller, als sich die Systeme in den Unternehmen entwickeln. Hinzu kommt, dass die bestehende IT meist nur bedingt flexibel ist und sich in die gesamte IT-Landschaft nur schwer integrieren lässt. Damit sind die Integrationslösungen meist auf eine Domäne beschränkt und erlauben keinen unternehmensweiten Datenaustausch.

„Es ist einer der größten Erfolge, dass wir in den letzten zehn Jahren begonnen haben, die Datensilos aufzubrechen und echte übergreifende Interoperabilität anzustreben“, betont Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus-Nutzerorganisation. „Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für alle weiteren Schritte. Nur wenn ich standardisiert Zugriff auf die unterschiedlichsten Daten bekomme, können diese Geschäftsmodelle wirtschaftlich realisiert werden.“

Retrofitting boomt

Neben der Inflexibilität und zunehmenden Komplexität der Systeme gehört die unterschiedliche Lebensdauer von Mechanik und Software zu den Haupthindernissen bei der Umsetzung digitaler Workflows und Vernetzung von Maschinen. Während IT-Systeme schnell veralten, sind Investitionen in Maschinen meist auf viele Jahre und Jahrzehnte ausgerichtet. Das heißt, für eine Industrie 4.0 müssen nicht nur die Maschinen intelligent werden, sondern auch deren Informationen und Daten, die in eine intelligente Software fließen, um daraus einen Mehrwert zu schaffen.

Auch bestehende Steuerungen müssen nach- oder aufgerüstet werden. Daher ist es nicht verwunderlich, dass gerade ein großer Markt für Retrofit-Lösungen entsteht. „Im Bereich Retrofitting (Brown Field) bringen immer mehr Hersteller Nachrüstlösungen an den Markt, die preislich attraktiv sind“, sagt Hans Huber, General Manager Industrial Internet of Things der Endress+Hauser-Gruppe. „Gerade hier sind vor allem auch kabellose Lösungen angesagt, damit die Umbaukosten überschaubar bleiben. Mithilfe der Prinzipien der Open Industry 4.0 Alliance lassen sich diese Lösungen schnell, einfach und sicher in die Anwendung integrieren.“

Größere Firmen haben die Nase vorn

Über den gegenwärtigen Stand der Transformation informiert die Deloitte-Studie „Industrie 4.0 im Mittelstand“. Hier entsteht der Eindruck, dass 28 Prozent der Unternehmen über alle Branchen hinweg ihre Fertigung vernetzt haben. Während knapp 30 Prozent der Befragten noch ohne Konnektivität produzieren. Knapp 50 Prozent der Mittelständler gaben an, bereits ein Projekt mit Bezug zu Industrie 4.0 aufgesetzt zu haben.

„Echte Industrie-4.0-Anwendungen sind aktuell noch relativ selten anzutreffen“, erklärt Huber. „Im Moment herrschen Lösungen vor, die ein einzelnes Problem lösen beziehungsweise die Produkte eines einzelnen Herstellers betreffen.“

Da die Unternehmen hinsichtlich der Digitalisierung unterschiedlich informiert und aufgestellt sind, müssen sie auch nach der Größe und Zugehörigkeit zu B2B oder B2C unterschieden werden. Während größere Unternehmen ihre Chancen längst realisiert haben, üben sich vor allem kleinere Betriebe noch eher in Zurückhaltung.

Bei den meisten der mittleren und größeren Unternehmen kann man drei Phasen der Transformation beobachten – wobei die erste Phase, das Verständnis für Industrie 4.0, bereits durchlaufen wurde. „Im Moment befinden wir uns in Phase 2, dem Proof of Concept (PoC), in der die ersten Tests vorgenommen werden“, sagt Thilo Stieber, Head of Manufacturing, Retail and Transport Market bei Atos. Im Anschluss dazu erfolgt die Phase 3 der sogenannten Deployment- beziehungsweise Roll-out-Phase.

Fast Movers und Follower

Stieber kann im Bereich Manufacturing zwei Gruppen identifizieren: die Fast Movers und die Follower. Die Fast Movers streben nach Operation Excellence, Agilität, neuen Businessmodellen und Umsatzsteigerungen mit personalisierten Produkten und Services. Damit sind alle Industrien wie zum Beispiel Automotive, Lebensmittel und Haushaltsprodukte gemeint, die Consumer-orientiert aufgestellt sind, Kosteneffizienz anstreben und in sich schnell verändernden Märkten operieren.

Bei den Followern steht der Anwender nicht unmittelbar im Fokus. Diese Gruppe zielt hauptsächlich auf Operational Excellence beziehungsweise Prozessstabilität und -effizienz ab.

Unternehmen wie zum Beispiel aus den Bereichen Pharma, Chemie sowie Papier sind beim Thema Digitalisierung erst in der Planungsphase. „In den Branchen Chemie und Pharma erleben wir gerade diesbezüglich etwas Bewegung“, sagt Huber. „Wobei hier aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen auch noch häufig Vorbehalte anzutreffen sind.“ Dies führt dann dazu, dass oftmals noch sehr stark mit Automatisierungstechnologien gearbeitet werde, die sich gar nicht oder nur wenig für digitalisierte Industrie-4.0-Projekte eignen.

Mit OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) steht nun eine Technologie in den Startlöchern, die es erlaubt, unabhängig von den verwendeten Feldbussen eine herstellerübergreifende Vernetzung zwischen den Maschinen zu ermöglichen. Der Standard OPC UA wurde von der OPC Task Force, einem Zusammenschluss verschiedener großer Firmen der Automatisierungsindustrie, wie Fisher-Rosemount, Intellution und Siemens, geschaffen, nachdem man erkannte, welchen Aufwand die Anpassung der zahlreichen Herstellerstandards auf individuelle Steuerungs- und Überwachungs-Infrastrukturen verursacht hatte.

„Für die Kommunikation mit den Anlagen sowie für die Kommunikation aller IT-Systeme im Produktionsprozess sind OPC UA und Modbus-TCP ideale Kandidaten einer einheitlichen, standardisierte Kommunikationsebene“, unterstreicht Stieber. OPC UA unterstützt dabei den Transport von echtzeitkritischen Prozessen und Steuerungsdaten.

Vereinfachte Integration

Das Protokoll von OPC UA basiert auf grundlegend neuen Konzepten wie einer „serviceorientierten Architektur“ (SOA) und Informationsmodellen zur Selbstbeschreibung von Geräten und Fähigkeiten. Die Kommunikation mit einem standardisierten Protokoll wie OPC UA vereinfacht dabei die Integration von Komponenten, Maschinen und Anlagen in Produktionssysteme und unterstützt sowohl die Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus sowie den Anlagenbetreiber bei der Einführung oder Erweiterung der Produktionsanlagen.

Für die Verarbeitung von Echtzeitdaten werden immer häufiger Streaming-Protokolle und Plattformen wie Apache Kafka, Apache Spark oder Apache Flink eingesetzt. Datenzentrierte Messaging Patterns wie Publish/Subscribe werden speziell für die Anwendung und Ausführung von gelernten Modellen zum Einsatz kommen. Mit Publish/Subscribe können unterschiedliche Daten abonniert und somit über mehrere Knoten (Subscriber) gleichzeitig synchron gehalten werden.

Bildergalerie

  • Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus-Nutzerorganisation: „Es ist einer der größten Erfolge, dass wir in den letzten zehn Jahren begonnen haben, die Datensilos aufzubrechen und echte übergreifende Interoperabilität anzustreben.“

    Bild: PNO

  • Hans Huber, General Manager Industrial Internet of Things der Endress+Hauser-Gruppe: „Echte Industrie-4.0-Anwendungen sind aktuell noch relativ selten anzutreffen.“

    Bild: Endress+Hauser

  • Thilo Stieber, Head of Manufacturing, Retail and Transport Market bei Atos: „Für die Kommunikation mit den Anlagen sowie für die Kommunikation aller IT-Systeme im Produktionsprozess sind OPC UA und Modbus-TCP ideale Kandidaten.“

    Bild: Atos

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