Quo vadis?

(Bild: Phoenix Contact)

Neueste Studien zeigen noch immer eine sehr verhaltene Herangehensweise an das Thema. So haben erst 6 % aller befragten Unternehmen konkrete Aspekte einer Industrie 4.0 realisiert, immerhin 29 % besitzen eine oder arbeiten an einer Strategie zur Umsetzung von Industrie 4.0. Obwohl diese Daten in Deutschland erhoben wurden, ist davon auszugehen, dass die Situation in Österreich sich nicht grundlegend von der des Nachbarlandes unterscheidet. Dass andererseits kein Weg an Industrie 4.0 vorbeiführen wird, steht ebenfalls außer Diskussion. Also wie kann ein Weg aussehen bzw. wie kommen wir dem Ziel einer „noch nie dagewesenen Vernetzung über das Internet, durch die Verschmelzung der physischen mit der virtuellen Welt, dem Cyberspace“, also zu einer „Verlängerung des virtuellen Raumes in die physische Welt“ konkret näher?

Wirtschaftspolitische Rahmenbedingungen

„Das Bundeskabinett hat am 3.September 2014 die neue ‚Hightech-Strategie – Innovationen für Deutschland‘ verabschiedet“ oder „Stöger: Drei heimische Universitäten erhalten Stiftungsprofessur für Produktion und Industrie 4.0“ – so lauten aktuelle Überschriften zu Berichten, aus denen man sehr direkt die Bedeutung industrieller Entwicklungen für die aktuelle Wirtschafts- und Bildungspolitik ablesen kann. Es steht also inzwischen für die europäischen Regierungen außer Zweifel, dass sich auch die Politik aktiv in die „Hightech-Strategie“ der Wirtschaft und Industrie einbringen muss. So geht aus der angesprochenen Pressemitteilung der deutschen Bundesregierung hervor, dass alleine in diesem Jahr 11 Milliarden in die Verbesserung der Rahmenbedingungen für Innovationen investiert werden. Selbst die deutsche Kanzlerin Angela Merkel äußerte Anfang Dezember auf dem in Berlin abgehaltenen Kongress „Digitising Europe“ über die „Verschmelzung der digitalen mit der industriellen Welt – Stichwort Industrie 4.0“ den klaren Hinweis, dass Europa auf diesem Gebiet massiv aufholen muss. Und auch in Österreich gibt es von offizieller Seite Aktivitäten zum Thema Industrie 4.0 sowie einige Programme mit denen aktuelle Entwicklungen zum Thema Industrie 4.0 gefördert werden.

Trotz aller Beteuerungen und Unterstützungen von Seiten öffentlicher Hand mit dem Ziel die Industriequote in den einzelnen Ländern zu erhöhen, liegt der Ball natürlich zuallererst bei den Anbietern industrieller Produkte und Lösungen. Und an diesem Ziel werden wohl auf mittlere Sicht auch die Anbieter gemessen, ob sie zeitgerecht in der Lage sind die notwendigen Innovationen, Werkzeuge, Produkte und Lösungen anzubieten und qualitätsgerecht auf den Markt zu bringen. Woran werden sich die Anbieter also konkret messen lassen müssen bzw. wo liegen die größten Herausforderungen?

Zusammenarbeit der Disziplinen

Beginnen wir mit der im Rahmen von Industrie 4.0 notwendigen Zusammenarbeit unterschiedlicher Disziplinen, wie Produktionstechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Automatisierungstechnik, Informatik oder Internet-Technologie. D. h., unterschiedliche Firmen mit einer Vielzahl an Geschäftsmodellen sind beteiligt. Diese nutzen heute jedoch vielfach noch eigene Begrifflichkeiten und Konzepte – und diese gilt es in für den Anwender verständlicher und nachvollziehbarer Weise zusammenzuführen. Die Referenzarchitektur Industrie 4.0 muss eine gemeinsame, einheitliche Sichtweise etablieren, die auf grundlegende Strukturierungsprinzipien sowie Schnittstellen und Daten baut. Ziel ist es dabei, eine entsprechende Referenzarchitektur schrittweise zu entwickeln und dabei die beteiligten Branchen und Unternehmen kontinuierlich einzubinden.

Anwender-Investitionsschutz und ganzheitlicher Ansatz

Beschreibt man Industrie 4.0 von der Anwender- bzw. Anforderungsseite her, so geht es bei Industrie 4.0 darum, der zunehmenden Komplexität der Produktion mit entsprechenden Lösungen zu begegnen. Hier sind die Anbieter-Unternehmen gefordert, durch übergreifende Kooperationen Lösungen zu entwickeln, die den Anwender-Unternehmen, die ja zumeist sehr unterschiedliche Ausgangsvoraussetzungen haben, einen sicheren und ihre Investitionen schützenden Migrationspfad ermöglichen. Migrationskonzepte sind naturgemäß abhängig von der installierten Basis. Für den Anwender ist dabei von grundlegender Bedeutung, ob sich die Migration schrittweise und damit berechenbar an die Zukunftsarchitektur von Industrie 4.0 heranführen lässt.

Diese Aspekte sind den Anbietern sehr wohl bewusst und die einzelnen Strategien und Konzepte werden an dieser Herausforderung auch ausgerichtet. So bieten zahlreiche Unternehmen den Weg über systemneutrale Schnittstellen, durch die Verbindungen unterschiedlicher Systeme ermöglicht werden.

So bietet etwa BECKHOFF mit seinem Ansatz eine Möglichkeit, Systeme unterschiedlicher Hersteller mit und ohne übergeordnete Steuerungsebenen zu größeren Netzwerken zusammenschließen zu können. Angeboten werden von BECKHOFF zahlreiche Produkte als flexible Gateways zwischen unterschiedlichen Steuerungswelten.

FESTO stellt den oben angesprochenen evolutionären Aspekt von Industrie 4.0 in den Mittelpunkt. Stichwort ist hier die zunehmende „dezentrale Intelligenz des Systems“. FESTO arbeitet zu den genannten Themen etwa im europäischen Verbundprojekt IDEAS mit, in welchem Steuerungskonzepte für Produktionsanlagen der Zukunft entwickelt werden. Mit weiteren sieben Partnern ist FESTO im Projekt OPAK aktiv, einer Plattform zur Entwicklung autonomer mechatronischer Automatisierungskomponenten.

Ganzheitlicher Ansatz

Durch die grundlegenden Veränderungen der neuen Produktionsmethodik wird sich auch die Arbeitswelt massiv verändern. Neue Berufsbilder entstehen, und zwar nicht in einigen Jahren, sondern bereits jetzt. Zahlreiche Studien über die veränderte Arbeitswelt zeigen, dass sich der Schwerpunkt von der reinen Bedienung der Geräte hin zur Herausforderung der „kreativen und innovativen Gestaltung der gesamten Produktionsstruktur“ verlagert. Im Maschinen- und Anlagenbau sind dabei die Anforderungen besonders groß. Und dort wird es auch die größten Veränderungen bei der Struktur der Arbeitsplätze geben. Netto, und das ist die gute Nachricht, soll aber ein größerer Bedarf an höheren Qualifikationen bestehen bleiben. Allerdings ist es notwendig, dass diese Themen bereits heute angegangen werden.

Und die Firmen reagieren auch bereits darauf. FESTO etwa betrachtet den Wandel in der Produktionswelt ganzheitlich und bezieht die Aspekte Mensch-Technik, Ausbildung, Qualifikation der Mitarbeiter, die Veränderung der Geschäftsprozesse oder Themen wie die Instandhaltung mit ein. „Universelle Mitarbeiter“ werden mehr denn je gefragt sein sowie ein ständiges Mit- und Weiterlernen.

Auch B&R sieht die größte Herausforderung für Industrie 4.0 im Faktor „Mensch“. Besonders die Zusammenführung der IT-Welt mit jener der Automatisierung stellt an die Teams große Herausforderungen: „Die Mauern zwischen diesen beiden Welten müssen fallen“.

Der Aspekt der Ganzheitlichkeit umfasst natürlich auch die notwendigen und wie bereits ausgeführt schon in der Planungsphase zu berücksichtigenden Wartungskonzepte. Hier bieten beinahe alle Anbieter bereits entsprechende Konzepte und Strategien an.

Referenzarchitekturen

Bei einer erfolgreichen Umsetzung von Industrie 4.0 spielt die Implementierung von anwendungsspezifischen Referenzarchitekturen eine entscheidende Rolle. Dabei handelt es sich um generische Muster für die Klasse der zu modellierenden Systeme und deren Systemarchitektur. Vorgaben für solche Referenzarchitekturen ergeben sich z. B. aus den SOA-Konzepten („Service Oriented Architecture“). Dabei werden einzelne Elemente der Anwendungsentwicklung zu höherwertigen und komplexen Komponenten zusammengefasst. Diese Komponenten bilden die Basis für sogenannte „Composite Applications“, die dann wiederum mittels der sogenannten Service-Orchestrierung zu neuen komplexeren Applikationen zusammenbaut werden.

Ein Anwendungsfall für eine solche Referenzarchitektur auf SOA-Basis bildet etwa die „AUTomotive Open System ARchitecture“ (AUTOSAR), die bereits Einzug in die automobile Produktion gehalten hat. Die weitere Erarbeitung solcher Referenzarchitekturen für unterschiedliche Anwendungsfälle stellt eine der großen Herausforderungen dar, die nur unter Einbeziehung der späteren Anwender, die über das entsprechende Anwendungs-Know-how verfügen, bewältigbar sein wird.

Ein Beispiel für den eben beschriebenen Ansatz bietet Rockwell Automation. Für den amerikanischen Automatisierungsanbieter steht die Frage nach dem Aussehen der Produktion von Morgen im Mittelpunkt der Entwicklungen. Best Practices aus der „21st Century Smart Manufactoring Coalition“ finden dabei als Basis für zu entwickelnde Referenzarchitekturen Verwendung, auf Basis derer dann wieder eine einfachere Zusammenarbeit zwischen IT und OT (Operational Technology) möglich wird. Bereits heute setzt Rockwell Automation auf eine einfache und zugleich robuste Kommunikationsplattform, die alle Unternehmensaktivitäten vernetzt. Als Umsetzungs- bzw. Migrationsstrategie für den Kunden bietet Rockwell Automation ein fünfstufiges Umsetzungsmodell an.

Standards und Schnittstellen

Eine weitere Herausforderung liegt wie oben angesprochen in der Bereitstellung von offenen Lösungen auf Basis von Standards, um für die Anwender Investitionssicherheit bei den notwendigen und durchzuführenden Migrationsschritten sicherzustellen. Diese notwendige Standardisierung wird auch von den Anwendern als die größte Herausforderung zur Umsetzung von Industrie 4.0 gesehen (vgl. Umfrage Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, acatech 2013). Hier muss man auch klar festhalten, dass derzeit ein gewisser Interessenskonflikt zwischen europäischen und US-amerikanischen Unternehmen bzgl. der Normierung von Schnittstellen zu sehen ist bzw. wohl auch weiter zu erwarten sein wird: „IIC gegen Plattform Industrie 4.0“. Das Industrial Internet Consortium IIC ist eine von den US-Firmen AT&T, Cisco, General Electric, IBM und Intel geründete Gruppe mit offener Mitgliedschaft, die sich zum Ziel gesetzt hat, Abläufe und Daten einfacher zu verknüpfen und zu optimieren, um Geschäftsprozesse quer durch alle Industriezweige zu verbessern. Die Herausforderung liegt also darin, dass konkurrierende Unternehmen partiell zu bestimmten Themenbereichen kooperieren und sich auf entsprechende einheitliche Standards und Schnittstellenkonzepte verständigen.

So geht etwa B&R in seiner Grundkonzeption davon aus, dass sich die klassische Automatisierungspyramide zunehmend auflösen wird und die unterschiedlichen Ebenen verschmelzen werden. Horizontale und vertikale Integration auf Basis einer verstärkt notwendigen Interoperabilität mit Fremdsystemen sind Basis für die Dezentralisierung, verbunden mit einer höheren Intelligenz in den Komponenten. Starre Topologien gehören damit ebenso der Vergangenheit an wie fehlende Skalierbarkeit. Entsprechende Werkzeuge für die Kombinierbarkeit des gesamten Hardware-Portfolios bzw. Schnittstellen zu Planungstools oder Sicherheits-Steuerungssysteme stehen heute schon im Angebotsportfolio von B&R zur Verfügung.

Tragende Achse: die Software

Software ist unbestritten, und das sehen alle Anbieter so, der zentrale Dreh- und Angelpunkt für Industrie 4.0. Beinahe alle Elemente, Komponenten und Module werden durch Industrie 4.0 eine höhere Intelligenz erhalten, was nichts anderes als ein „Mehr an Software“ bedeutet.

Pepperl+Fuchs zielt beispielsweise, ausgehend von der großen installierten Basis, auf die Möglichkeit einer Verbindung zwischen klassischer Anlage und virtueller Datenwelt ab. Dies erfolgt etwa durch einen über neue Software realisierten Zugriff auf den Sensor per Tablet oder Smartphone. Damit wird eine vereinfachte Inbetriebnahme, Parametrierung sowie Diagnose vor Ort sichergestellt. Zudem soll dieser notwendige Informationsaustausch parallel und ohne Rückwirkung auf die laufende Steuerung erfolgen können.

Auch SIEMENS geht davon aus, dass bei der weiteren Entwicklung von Industrie 4.0 den Softwarelösungen eine essentielle Rolle zukommen wird. Sie sind, so Siemens, „der Grundstein für die Vision neuer Produktionsmöglichkeiten“. Die Digitalisierung der Produktion schreitet stetig voran. Wie der Weg hin zu Industrie 4.0 aussehen kann, zeigt SIEMENS etwa am Elektronikwerk Amberg. Auch den Themen Standardisierung sowie den für die Umsetzung von Industrie 4.0 notwendigen neuen Sicherheitskonzepten misst Siemens große Bedeutung bei. Konkret sieht SIEMENS drei Handlungsfelder in Richtung Industrie 4.0: Die höhere Integration der unterschiedlichen IT-Ebenen unter dem Begriff Manufacturing Operations Management (MOM), die Zusammenführung von Produkt- und Produktionsdesign (Digital Enterprise Platform) sowie entsprechend leistungsfähige Kommunikationssysteme für die Cyber Physical Systems.

Auch beim Thema einer höheren Energieeffizienz spielt zusätzliche bzw. leistungsfähige Software eine entscheidende Rolle. Die Ansätze von ABB etwa konzentrieren sich schwerpunktmäßig auf die Themen Energieeffizienz sowie die Optimierung in den Prozessabläufen und in der Automatisierungstechnik. Für ABB ist die zunehmende Intelligenz der Geräte ein wesentlicher Faktor auf dem Weg zu Industrie 4.0, da dadurch Ressourcenverbrauch und Umweltauswirkung verbessert bzw. optimiert werden können. In diesem Sinne sieht ABB das Energieeffizienzgesetz als wesentlichen Treiber für weitere Entwicklungen, insbesondere im Bereich der Niederspannungsprodukte. Zudem sieht ABB die Software zunehmend als Möglichkeit zur Differenzierung der einzelnen Anbieter. Unter einer eigenen Architektur-Plattform werden bereits zahlreiche Produkte angeboten, die den Anforderungen der Architekturprinzipien von Industrie 4.0 genügen.

Auch Schneider Electric erweitert sein seit Jahren bestehendes Produktportfolio im Bereich der Fabriks- und Maschinenautomation derzeit in Richtung Industriesoftware, Big Data, Cloud und höhere Vernetzung. Schwerpunkt bleibt dabei das Thema Energiemanagement mit dem Ziel Energie zu sparen und CO2-Emmissionen zu reduzieren. Zusätzlich werden Softwarepakete für die Steuerung und Automatisierung von Fertigungsprozessen ebenso angeboten wie neue intelligente Schaltanlagen.

Cloud Computing

Software und Cloud Computing bilden eine natürliche Symbiose. Cloud Computing stellt die Nutzung flexibler und verteilter Software innerhalb des Gesamtkonzepts von Industrie 4.0 sicher. Cloud Computing bildet also im Wesentlichen die Plattform zur Speicherung von Daten sowie zum Ablauf von Anwendungen (Programme oder Apps). Die einzelnen intelligenten Einheiten sind über Kommunikationsnetze mit der Cloud verbunden.

Für BECKHOFF liegt die Grundfrage bzw. generelle Herausforderung von Industrie 4.0 darin, „welche Aufgaben der Fertigungsautomatisierung in das Internet – die vielzitierte Cloud – ausgelagert werden können“. Industrie 4.0 verlangt flexible Einheiten, die sich ohne großen Aufwand zu reaktionsfähigen Systemen ausbauen lassen. Dazu beschäftigt sich BECKHOFF intensiv mit unterschiedlichen Themen der anstehenden Entwicklungsstufen. Einen Schwerpunkt sieht BECKHOFF dabei in der Erleichterung der Integration von immer mehr Sensor- und Feedback-Daten in die Automatisierungssysteme.

Summary

Digitalisierung, Cloud Computing, Migration, horizontale und vertikale Integration, etc. Die Schlagworte sind vielfältig, die Möglichkeiten herausfordernd. Neue Architekturkonzepte, neue Möglichkeiten in der Interaktion zwischen Mensch und Maschine, neue Konzepte für Wartung und Instandhaltung oder vollkommen neu und integrativ zu konzipierende Planungsprozesse zeigen die zahlreichen Möglichkeiten von Industrie 4.0. Die Grundkonzepte und auch vielfältige Teillösungen und Teilsysteme des zukunftsweisenden Produktionskonzepts Industrie 4.0 liegen auf dem Tisch. Es liegt nun an den Anbietern diese neue Strategie so für die Anwender aufzubereiten, dass erstens die einzelnen Schritte überschau- und planbar sind, zweitens die notwendige Offenheit bzw. Investitionssicherheit gegeben ist und die Anwender drittens dem zunehmenden wirtschaftlichen Druck dadurch gerecht werden können, dass belastbare Wirtschaftlichkeitsrechnungen auf den Tisch der Entscheidung gelegt werden können.

Öffentliche Stellen, das Förderwesen und auch die Universitäten werden die Rahmenbedingungen zunehmend mit Unterstützungen verbessern müssen. Aber letztendlich sind es die Techniker, die Ingenieure in den Unternehmen, die den Pioniergeist aufbringen müssen, sich für das Projekt Industrie 4.0 einzusetzen und damit den Weg einer gesamten Industriegesellschaft zu bestimmen. Denn Industrie 4.0 ist ein, wenn nicht das wesentliche Element einer prosperierenden industriellen und damit auch gesellschaftlichen Entwicklung in Österreich und wohl auch in ganz Europa.