Deutsche Unternehmen machen sich auf den Weg in die Fabrik der Zukunft

Die Revolution ist angekommen

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Smart Factory | Fast die Hälfte der produzierenden Firmen nutzt bereits Industrie-4.0-Anwendungen. Die Möglichkeiten zeigen sich in vielen Praxisbeispielen und einem Show-Case auf der Messe. Es gibt aber noch Hürden: Dazu zählen Kosten, Sicherheit und fehlende Standards. ❧ Markus Strehlitz

Industrie 4.0 begann als Vision. Als vor ein paar Jahren die ersten Vorträge zu diesem Thema gehalten wurden, war vor allem von cyber-physischen Systemen die Rede, die selbstgesteuert durch die Werkhallen fahren. Alles klang nach Zukunftsmusik.

Doch in den Fabriken sind bereits Anwendungen zu sehen, die zu Recht mit dem Label Industrie 4.0 versehen werden können. Unternehmen erfassen zunehmend Daten in Echtzeit von ihren Anlagen und nutzen diese, um die Produktion zu optimieren und Fehler früher zu erkennen. Der Maschinenbauer Trumpf beispielsweise hat in ein System investiert, das als zentrale Plattform die Daten aus allen Systemen zusammenführt, die am Fertigungsprozess beteiligt sind.
„Die vierte industrielle Revolution ist in der Werkshalle angekommen“, sagt Frank Riemensperger, Präsidiumsmitglied des Branchenverbands Bitkom (Halle 1, Stand B31). Als Beleg für diese Einschätzung dient ihm eine Umfrage unter 559 Industrieunternehmen ab 100 Mitarbeitern, die der Bitkom beauftragt hat. Demnach nutzt fast jedes zweite Unternehmen aus dem produzierenden Gewerbe Industrie-4.0-Anwendungen. Weitere 19 % haben konkrete Pläne für den Einsatz. Fast zwei Drittel der deutschen Industrieunternehmen sind also bereits auf dem Weg in die smarte Fabrik.
Ein Viertel der Befragten (23 %) hat noch keine konkreten Pläne für den Einsatz von Industrie 4.0, kann sich aber vorstellen, künftig entsprechende Anwendungen zu nutzen. Nur 12 % sagen, dass Industrie 4.0 für sie kein Thema ist oder sein wird.
Mit Investitionen sind die Unternehmen allerdings noch zurückhaltend. So haben zwar 57 % der Betriebe, die Industrie 4.0 anwenden oder dies planen, in diesem Jahr Gelder dafür eingeplant. Das Budget macht aber im Schnitt nur 4 % des Gesamtumsatzes aus. Digitale Marktführerschaft gebe es jedoch nicht zum Spartarif, mahnt Riemensperger. „Wer auch künftig noch erfolgreich sein will, muss jetzt in die Digitalisierung investieren“, so sein Credo.
Musterfabrik zeigt Zusammenspiel der Systeme
Wie Prozesse in der smarten Fabrik aussehen können, zeigt Elabo (Halle 1, Stand E59) auf der IT & Business gemeinsam mit anderen Anbietern in einem Show-Case. Anhand einer Musterfabrik demonstrieren die Experten, wie in einer Forschungs- und Entwicklungsabteilung eine Uhr individuell konfiguriert wird und ihren Weg in die Produktion nimmt.
Besucher können verfolgen, wie die Zusammenarbeit zwischen Enterprise Ressource Planning (ERP) und Manufacturing Execution Systemen (MES) funktioniert. Parallel dazu simuliert Elabo die Massenproduktion an einer Prüf- und Montagelinie mit Integration eines Roboterarms.
Zur Kontrolle der Produktion stehen dem Mitarbeiter in der Smart Factory verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Auf Basis einer Hana-Datenbank speichert das ERP-System des IT-Dienstleisters ITML die gesamten für das MES notwendigen Daten und versorgt so alle damit zusammenhängenden Prozesse. Gleichzeitig werden Auswertungen wie Temperatur der Maschine sowie noch notwendige Zeit der Produktionsdauer in einem Dashboard angezeigt.
Ist die Uhr produziert, werden die Teilnehmer des Rundgangs zu Einkäufern und erleben in einem Vertriebs- beziehungsweise Marketing-Szenario das Kundenmanagement. Anhand von ITML-CRM erfahren sie, was eine 360-Grad-Sicht auf den Kunden bedeutet. Das System Digital Office des ECM-Spezialisten ELO bildet das Management von Service Contracts ab. Dabei kommt die ELO Business Solution Contract zum Einsatz – eine Lösung für das Management sämtlicher im Unternehmen vorhandener Verträge. Diese können logisch und strukturiert über den gesamten Lebenszyklus hinweg verwaltet sowie überwacht werden. Die passende Infrastruktur mit Servern, Switches und anderen Komponenten für die Smart Factory stellt das Systemhaus MCL bereit.
Der Show-Case soll die Möglichkeiten von Industrie 4.0 demonstrieren und auch ihren Nutzen. Dazu zählen unter anderem effizientere Abläufe in den involvierten Bereichen.
Prozesse optimieren wollen auch die Teilnehmer der Bitkom-Studie. Diesen Punkt nennen diese mit 69 % am häufigsten, wenn sie nach den Zielen ihrer Industrie-4.0-Aktivitäten befragt werden. 57 % wollen die Kapazitätsauslastung in ihren Fabriken zu verbessern. Rund die Hälfte erhofft sich von dem Einsatz vor allem eine schnellere Umsetzung von individuellen Kundenwünschen. 44 % wollen durch Industrie 4.0 vor allem ihre Produktionskosten senken und 19 % ihre Personalkosten.
Nur 14 % verfolgen mit Industrie 4.0 zuvorderst das Ziel, neue Geschäftsmodelle zu entwickeln oder bestehende zu verändern. Lediglich 13 % zielen mit Industrie 4.0 vor allem darauf ab, neue Kundengruppen anzusprechen.
„Industrie 4.0 zahlt unter anderem auf die klassischen Erfolgsfaktoren eines Unternehmens ein: mehr Effizienz und Produktivität. Es geht gleichermaßen darum, Bestehendes zu verbessern und Neues zu schaffen“, so Riemensperger. „Insbesondere neue As-a-Service-Geschäftsmodelle, in denen die Produkte nicht mehr verkauft, sondern die Nutzung nach Verbrauchseinheiten abgerechnet wird, erfordern es, die bewährten Geschäftsmodelle zu hinterfragen und möglicherweise grundsätzlich zu verändern.“
Vorausschauende Wartung
Immerhin 17 % der Firmen geben in der Bitkom-Studie an, eine bessere Planung von Wartungsfenstern mithilfe von Industrie 4.0 erzielen zu wollen. Gerade dafür bietet die smarte Fabrik gute Voraussetzungen. Die Maschinen liefern in Echtzeit Daten über ihren Zustand. Zusammen mit anderen Informationen wie etwa historischen Daten lassen sich so Erkenntnisse über mögliche Probleme oder Ausfälle gewinnen.
Manche Anbieter versprechen sogar eine vorausschauende Wartung – also Predictive Maintenance. Zu diesen gehört auch Asseco (Halle 1, Stand C31). Der ERP-Anbieter hat eine Service-Lösung mit der Bezeichnung SCS entwickelt. Anwender ist zum Beispiel NGR, ein Spezialist für Recyclingmaschinen aus Oberösterreich. Die NGR-Maschinen werden mithilfe des Industrie-4.0-Moduls von SCS in die Cloud eingebunden. Durch die Nutzung einer speziellen Softwarebibliothek sind die Maschinen dann in der Lage, Daten über ihren Betriebszustand zu erfassen sowie bei Bedarf ein entsprechendes Serviceticket auszulösen.
Meldet die Maschine einen möglichen bevorstehenden Defekt, ermittelt das SCS-System automatisiert einen geeigneten Techniker auf Basis unterschiedlicher Kriterien wie seiner Qualifikationen oder seines Standorts. Als weltweit agierendes Unternehmen spielen für NGR hier auch vorhandene Visa oder Reisepässe eine Rolle, welche die Lösung bei der Planung berücksichtigt. Nach Prüfung und Freigabe des Termins sendet die Lösung alle Informationen zum Service-Einsatz an die mobile SCS-App des Technikers. Dieser kann daraufhin den Defekt vorausschauend beheben und so einem tatsächlichen Produktivitätsausfall der Maschine zuvorkommen. Für die NGR-Kunden ist die Predictive-Maintenance-Funktionalität optional verfügbar. Jeder Kunde kann selbst entscheiden, ob die entsprechenden Funktionalitäten der Maschine für ihn freigeschaltet oder gesperrt werden.
Digitale Strategie für‘s gesamte Unternehmen
Beispiele wie dieses oder auch der Show-Case von Elabo zeigen, dass Industrie 4.0 an vielen Stellen im Unternehmen umgesetzt werden kann. Fast alle Anwender und Planer in den Firmen gehen dabei strategisch vor, wie die Bitkom-Studie zeigt. 59 % haben eine Strategie für das Gesamtunternehmen, 38 % nur für einzelne Bereiche.
„Das Ausprobieren in Teilbereichen ist ein guter Anfang. Das volle Potenzial entfaltet sich aber erst, wenn alle Bereiche konsequent digitalisiert werden“, erklärt Riemensperger. Die beste digitale Vernetzung in der Fertigung nütze wenig, wenn Lieferketten und Kundenbindungsprogramme mit den neuen digitalen Fertigkeiten und der damit verbundenen Agilität nicht mithalten können. „Mittelfristig braucht es deshalb einen integrativen Ansatz, der Lieferanten, Partner und Kunden in die eigene digitale Strategie mit einbindet“, weiß das Bitkom-Vorstandsmitglied.
Das größte Hindernis für die smarte Fabrik ist der hierfür nötige Mitteleinsatz. 75 % aller Industrieunternehmen sagen, dass hohe Investitionskosten den Einsatz von Industrie 4.0 in ihrem Unternehmen hemmen. Anforderungen an den Datenschutz und an die Datensicherheit gehören mit 55 beziehungsweise 51 % ebenfalls zu den Haupthemmnissen (siehe auch Kasten). Der Mangel an Fachkräften wird von 53 % als Problem genannt. Weitere Hemmnisse sind: die Komplexität des Themas, der fehlende Rechtsrahmen, eine befürchtete Störanfälligkeit der Systeme sowie fehlende Standards.
Beim letzten Punkt setzen viele Branchenexperten ihre Hoffnungen auf den Standard OPC UA (OPC Unified Architecture). Dabei handelt es sich um ein M2M-Kommunikationsprotokoll der OPC-Foundation, die die Standardisierung in der Industrieautomatisierung vorantreiben will. Mit OPC UA lassen sich Maschinendaten nicht nur erfassen, transportieren und modellieren, sondern auch semantisch beschreiben. Das Protokoll läuft auf jedem Betriebssystem und lässt sich in bestehende Systeme integrieren.
„OPC UA ist mehr als ein Kommunikationsstandard“, sagt Stefan Hoppe, Vice President der OPC-Foundation. „Es ist die zentrale Schnittstelle zur digitalen Fabrik – rund um Kommunikation, Sicherheit, Datenorganisation und Semantik.“
Industrie 4.0 braucht größtmögliche Offenheit
Unter anderem setzt Microsoft (Halle 1, Stand F41) auf OPC UA. Um den Standard voranzubringen, will die Software-Company enger mit der OPC-Foundation zusammenarbeiten. Konkret bedeutet das unter anderem, dass der OPC-UA-Opensource-Stack künftig in Microsofts Cloud-Plattform Azure IoT und in die Universal Windows Platform integriert wird.
So sollen sich in Zukunft Industriemaschinen über die Cloud miteinander verbinden, über eine verschlüsselte Verbindung zentral steuern und an Geschäftsanwendungen anbinden lassen. Eine Umrüstung der Maschinen ist dann dafür laut Microsoft nicht erforderlich. Ebenso soll auch die bestehende Sicherheitsinfrastruktur ohne Umkonfigurationen weitergenutzt werden können.
„Die Relevanz von Industrie 4.0 ist mittlerweile nicht mehr von der Hand zu weisen und wir sind davon überzeugt, dass größtmögliche Offenheit und Interoperabilität zwischen Hardware- und Software-Herstellern helfen werden, ihre Produktivität zu erhöhen und zukunftsfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln“, sagt Sam George, Direktor Azure IoT.
Datendrehscheibe in der Cloud
Grundsätzlich gilt Cloud-Technik als ein Mittel, um die smarte Fabrik voranzubringen. So hat etwa Microsoft angekündigt, dass das Industrie-4.0-System Valuefacturing ab kommendem Jahr auch über die hauseigene Deutschland-Cloud verfügbar sein wird. Mit Valuefacturing hat die Maschinenfabrik Reinhausen eine webbasierte Software-Lösung für das NC-Fertigungsmanagement in zerspanenden Produktionen entwickelt.
Das System bietet eine bidirektionale Online-Kommunikation in Echtzeit mit allen am Fertigungsprozess beteiligten Systemen und die Möglichkeit, die Informationen intelligent anzureichern. Zudem beinhaltet es eine so genannte Datenpumpe, welche die Rohdaten sammelt, die durch die Digitalisierung in riesigen Mengen entstehen, und durch Mustererkennung veredelt. Ziel ist es, mit dem Einsatz von Valuefacturing vor allem den Sortenwechsel zu optimieren.
„Das System ist eine Datendrehscheibe und befähigt die Mitarbeiter, die Maschinen wesentlich effektiver und produktiver zu rüsten und zu betreiben“, erklärt Valuefacturing-Leiter Johann Hofmann. Valuefacturing ist auch die Industrie-4.0-Lösung, die beim Maschinenbauer Trumpf eingesetzt wird.
In der konventionellen Variante wird das Assistenzsystem lokal auf den Servern beim Kunden implementiert. Durch die Kooperation zwischen Microsoft und der Maschinenfabrik Reinhausen können Unternehmen künftig die Lösung auch aus der Public Cloud nutzen. Daraus ergeben sich laut Microsoft kürzere Projektlaufzeiten, weniger Verwaltungsaufwand und niedrigere Kosten im laufenden Betrieb. Das Abrechnungsmodell basiert auf der tatsächlich erbrachten Rechenleistung. Gerade kleineren Unternehmen ohne eigene IT-Abteilung soll die Cloud-Lösung dadurch Wettbewerbsvorteile bringen.
Microsoft weist ausdrücklich daraufhin, dass Kundendaten ausschließlich in deutschen Rechenzentren gespeichert werden. Der Datenaustausch zwischen den Rechenzentren finde über ein privates, vom Internet getrenntes Netzwerk statt.
Berufsbilder wandeln sich
Die Frage nach der richtigen Technik ist aber nicht der einzige Aspekt beim Thema Industrie 4.0. Die smarte Fabrik hat auch Auswirkungen auf die Personalpolitik der Unternehmen und den Arbeitsmarkt generell.
So haben laut der Bitkom-Studie 11 % der Unternehmen, die Industrie 4.0 anwenden oder dies planen, im vergangenen Jahr neue Mitarbeiter für diesen Bereich eingestellt. 15 % planen das für dieses Jahr. Am gefragtesten aus der Gruppe der IT-Berufe sind dabei Datenanalysten: 36 % der Unternehmen, die Mitarbeiter für Industrie 4.0 eingestellt haben oder dies planen, nennen diese Berufsgruppe. IT-Sicherheitsexperten stehen mit 21 % an zweiter Stelle.
Dass die smarte Fabrik vor allem Jobs kosten wird, bestätigt die Studie nicht. Entlassungen infolge von Industrie 4.0 sind laut Untersuchung kaum geplant: Nur 6 % der Anwender und Planer haben im vergangenen Jahr Stellen abgebaut, 7 % wollen das dieses Jahr tun. „Industrie 4.0 verbannt den Menschen nicht aus den Werkhallen“, betont Riemensperger. Allerdings wandeln sich die Berufsbilder. „Der Umgang mit den neuen digitalen Technologien muss geübt werden, und es braucht in der Regel auch neue Mitarbeiter mit guten Fähigkeiten im Umgang mit Industrial-IT .“
Gefragt sind laut der Studie vor allem gut qualifizierte Fachkräfte, die interdisziplinäres Wissen für das vernetzte Arbeiten im Team mitbringen. Aber auch für eher gering qualifiziertes Personal eröffnet Industrie 4.0 durch IT-basierte Assistenzsysteme neue Chancen.

Foren zum Thema – eine Auswahl:
„Connected Industry – Die digitale Fabrik für den Mittelstand“am 04.10.2016, 10:00 bis 11:00 Uhr, Fachforum für Markt & Strategie
„Industrie 4.0 Human“am 04.10.2016, 11:00 bis 11:30 Uhr, direkt-Forum
„Sind Ihre Stammdaten reif für Industrie 4.0?“am 04.10.2016, 13:30 bis 14:00 Uhr, Fachforum für Planung, Produktion & Personal
„Intelligente Produktionsplanung für die Industrie 4.0“am 05.10.2016, 12:30 bis 13:00 Uhr, direkt-Forum
„Internet der Dinge – wie Maschinen miteinander reden“am 05.10.2016, 13:00 bis 14:00 Uhr, Fachforum für Markt & Strategie
„Virtual Reality – spielend fertigen auf dem Weg zu Industrie 4.0“am 05.10.2016, 13:00 bis 14:00 Uhr, Fachforum für Planung, Produktion & Personal

Sicherheit wird oft vernachlässigt
Die smarte Fabrik eröffnet viele Chancen, sie sorgt aber auch für Risiken. Alles was mit dem Internet verbunden ist, kann zumindest theoretisch auch angegriffen werden.
Dirk Eberwein hält vor allem Datenspionage für die größte Gefahr, wenn Unternehmen ihre Produktionsmaschinen vernetzen.
Eberwein ist als Business Development Manager beim IT-Dienstleister Euromicron, zu dem auch Elabo gehört (Halle 1, Stand E59), für das Thema IT-Sicherheit zuständig. Er berät Unternehmen, die richtige Strategie zu finden, um ihre gesamte IT-Umgebung zu schützen.
Doch das Thema Sicherheit im Zusammenhang mit Industrie 4.0 falle häufig noch unter den Tisch. „Die Firmen kümmern sich erst mal darum, ihre Maschinen ans Netz anzubinden“, so Eberwein. „Sie machen sich aber nur wenig Gedanken darüber, diese dann auch ausreichend zu schützen.“
Das Problem zu lösen, liege aber nicht nur in der Verantwortung der IT-Experten Unternehmen, glaubt Eberwein. Seiner Meinung nach ist ein ganzheitlicher Ansatz gefordert. „Alle müssen mit ins Boot – der IT-Leiter genauso wie der Geschäftsführer und der Produktionsleiter“, sagt Eberwein. Außerdem sei es wichtig, das gesamte Personal regelmäßig zu sensibilisieren und über Gefahren sowie Schutzmaßnahmen aufzuklären. „Leider passiert dies viel zu selten“, so der Experte.
Aus technischer Sicht müsse das Rad aber nicht neu erfunden werden. Laut Eberwein lassen sich die Security-Maßnahmen, die aus der klassischen IT bekannt sind, zu etwa 80 Prozent auch für den Schutz der IoT-Welt nutzen. Besondere Herausforderungen sieht er allerdings in der Heterogenität der zu schützenden Umgebung. So sind in der vernetzten Fabrik zum Beispiel eine Vielzahl verschiedener Übertragungsprotokolle, Bus-Systeme oder Steuerungen im Einsatz. Das erschwert eine einheitliche Strategie.
Eberwein empfiehlt ein Zonenkonzept – also das Werk in mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen aufzuteilen. „Ältere Maschine müssen zum Beispiel anders geschützt werden als neuere Systeme“, so Eberwein.

Digitalisierung steht auf dem Plan

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