Es wächst zusammen, was zusammen gehört Es wächst zusammen, was zusammen gehört - Computerwelt

Computerwelt: Aktuelle IT-News Österreich


11.04.2014 :: Printausgabe 07-08/2014 :: pi/Alex Wolschann

Es wächst zusammen, was zusammen gehört

Das Verschmelzen virtueller Welten mit der realen Fertigung wird ganz neue Produktionsumgebungen hervorbringen. Maschinen organisieren sich in Fabriken selbst, Lieferketten stimmen sich automatisch ab bis das Produkt in der realen Welt hergestellt wird.

Das Verschmelzen virtueller Welten mit der realen Fertigung wird ganz neue Produktionsumgebungen hervorbringen.

Das Verschmelzen virtueller Welten mit der realen Fertigung wird ganz neue Produktionsumgebungen hervorbringen.

© industrieblick - Fotolia.com

Europa und die USA wollen die industrielle Wertschöpfung deutlich steigern. Analysten überschlagen sich derzeit mit Superlativen, wenn es darum geht, die nächste Stufe der industriellen Fertigung zu beschreiben: vom Paradigmenwechsel hin zur intelligenten Fabrik ist die Rede, sogar von der vierten industriellen Revolution.  Die erste wurde durch die Einführung der Dampfmaschine und die Mechanisierung von Handarbeit im 18. Jahrhundert ausgelöst, die zweite durch die Massenfertigung zu Beginn des 20. Jahrhunderts, die dritte durch den Einsatz von Elektronik und Computertechnik zur Fertigungsautomatisierung in den vergangenen Jahrzehnten. Die 4. industrielle Revolution steht ante portas.

Peter Herweck, Leiter der Strategieabteilung bei Siemens, sieht das etwas nüchterner: "Wir sprechen hier über einen Zeitraum von etwa zwanzig Jahren. Das Endergebnis wird zwar aus heutiger Sicht revolutionär sein, doch letztlich handelt es sich um eine Vielzahl von Entwicklungsschritten", erklärt er. Dennoch sind sich alle Experten einig, dass künftige Produktionsstätten im Vergleich zu heute wesentlich smarter sein werden: Dank des Einsatzes von miniaturisierten Prozessoren, Speichern, Sensoren und Sendern in nahezu allen denkbaren Maschinen, Rohprodukten und Materialien, dank intelligenter Werkzeuge, die die Datenflut strukturieren und dank neuer Software können dann Produkte und Maschinen untereinander Informationen und Befehle austauschen: Die Fabrik der Zukunft würde sich und ihre Fertigungsprozesse weitgehend selbst optimieren und steuern. Doch der Weg dorthin, auch darin sind sich alle Experten einig, wird ein sehr langer sein.

UMFANGREICHE INVESTITIONEN

Das nimmt dem Trend nichts an Bedeutung: Die deutsche Bundesregierung hat rund 200 Millionen Euro Fördergeld zur Verfügung gestellt, um Verbände, Forschungsinstitute und Unternehmen darin zu unterstützen, eine Umsetzungsstrategie zu entwickeln.

Auch die US-Regierung sieht die Notwendigkeit, innovative Fertigungsstrategien zu entwickeln und will den Aufbau eines nationalen Netzwerks aus Forschung und Unternehmen mit zu einer Million Dollar unterstützen. Während die Infrastruktur für überall verfügbare Breitbandnetze Sache der öffentlichen Hand ist, muss die Industrie dafür sorgen, ihre Handlungsfelder wie Standardisierung von Daten und Übermittlungsprotokollen rechtzeitig zu bestellen.

"Auf dem Weg zu einer Industrie 4.0 müssen wir noch viele Medien- und Datenbrüche überwinden", bestätigt Marion Horstmann, die Strategie-Chefin des Sektors Industry von Siemens. Sie ist auch die Stimme des Unternehmens in der Forschungsunion, dem Beratungsgremium aus Wissenschaft und Wirtschaft, die die Hightech-Strategie der Bundesregierung berät. Hier wurde auch der Begriff "Industrie 4.0" geprägt, der außerhalb von Deutschland und Österreich allerdings kaum Verwendung findet. Das ändert aber nichts daran, dass auch andere Industrienationen dasselbe Ziel haben, nämlich eine kostengünstige und möglichst flexible Produktion mit immer schnelleren Innovationszyklen voranzutreiben.

MARKTPLATZ MIT MASCHINEN ALS DIENSTLEISTER

Eine Produktion im Sinne von Industrie 4.0 schildern Experten auch gerne als einen Marktplatz, auf dem Maschinen ihre Dienste anbieten und sich darüber hinaus in Echtzeit mit den Produkten austauschen. Wie das funktionieren kann, belegt die Smart Factory, die das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) zusammen mit 20 Partnern aus Industrie und Forschung in Kaiserslautern aufgebaut hat.

Die Pilotanlage zeigt anhand von Seifenflaschen, wie Produkt und Produktionsanlage miteinander kommunizieren: Die leere Seifenflasche ist mit einem RFID-Tag – einem intelligenten Etikett – versehen, das der Maschine das Kommando gibt, ob sie einen weißen oder einen schwarzen Verschluss benötigt. Das heißt, das gerade entstehende Produkt trägt sein digitales Produktgedächtnis von Anfang an mit sich, meist auf dem Rohling, und kann so via Funk mit seiner Umwelt kommunizieren. So wird das Produkt zu einem "Cyberphysical System", das reale und virtuelle Welt miteinander verbindet.

So wie man heute verschiedene Geräte mit einem USB-Stecker an den PC anschließt, so sollen sich in der Industrie 4.0 eines Tages Feldgeräte, Maschinen und Anlagen ohne weitere Parametrierung oder Programmierung zu Produktionssystemen zusammenschließen lassen. Dafür müssen sie aber perfekt zusammenspielen. "In der Automatisierung geht es längst nicht mehr nur um die Steuerung von Produktionsprozessen, sondern auch darum, Maschinen und Anlagen schnell auf neue Produkte einstellen zu können", erklärt Thomas Hahn, der bei Siemens Corporate Technology (CT) alle Aktivitäten rund um Industrie 4.0 koordiniert.

Diese neue Produktionswelt wird nach und nach Realität werden. Um auf die Pilotanlage für Seifenflaschen zurückzukommen: Woher weiß die Maschine, wie viele Flaschen mit weißen und wie viele mit schwarzen Deckeln bestellt sind? Ob genug Deckel vorrätig sind oder wann diese geliefert werden? Und ob es im Lager genügend Personal gibt, um die Lieferungen entgegenzunehmen? Diese Informationen werden bisher in unterschiedlichen Systemen verwaltet: Während das ERP-System für Materialwirtschaft, Personalplanung, Kostenberechnungen und anderes zuständig ist, steuert beispielsweise das Fertigungsmanagementsystem (Manufacturing Execution System, MES) die Produktion. Das Problem ist: Die Daten können aufgrund verschiedener Formate und Programmiersprachen nicht ohne weiteres von einem System in das andere übertragen werden. Doch genau das ist notwendig, damit virtuelle Welt und physische Produktion miteinander verschmelzen können.

"Man muss jetzt erst einmal analysieren, welche Daten denn überhaupt für die Produktion relevant sind", erklärt Jürgen Back, Spezialist eines CT-Teams für Fertigungsoptimierung. Die Tatsache, dass die Datenflut in Unternehmen jeden Tag wächst, macht diese Aufgabe nicht einfacher. Deshalb sind jetzt erst einmal die CT-Forscher gefragt: "Wir planen etliche Projekte mit unseren wissenschaftlichen Forschungspartnern, also Universitäten und Instituten", sagt Hahn. Die genauen Ziele werden gerade definiert: "So wie wir früher mit Telefonen nur telefoniert haben und heute Fotos und Filme aufnehmen, versenden, Termine verwalten und uns von Apps durch den Alltag begleiten lassen, so werden auch die Produktionsanlagen nicht nur reine Daten zur Steuerung austauschen, sondern auch ganz andere Inhalte. Welche das sein könnten, wollen wir jetzt erforschen", ergänzt Hahn.

DATENSICHERHEIT ALS NÄCHSTES GROSSES FORSCHUNGSTHEMA
Ein weiteres großes Forschungsthema wird die Sicherheit der Daten sein. Denn wenn ein ganzes Produkt mit einem Datensatz gefertigt werden kann, müssen sich Unternehmen noch besser gegen Industriespionage und Produktpiraterie schützen.

Viele der Technologien, die für Industrie 4.0 notwendig sind, gibt es bereits: das Internet, Profinet als standardisierte Datenverbindung für Industrieanlagen, Simulationssoftware, das TIA-Portal für schnelles Engineering. Deshalb sind sich die Experten auch so sicher, dass die Entwicklung nicht aufzuhalten ist: "Industrie 4.0 ist nicht nur ein Schlagwort oder eine Idee, deren Umsetzung noch komplett aussteht", erklärt Siemens-Stratege Herweck.

Anders als ähnliche Konzepte, die bereits in früheren Jahren propagiert wurden, wie beispielsweise das Computer-integrated Manufacturing (CIM), entsteht der Trend Industrie 4.0 aus dem Zusammenwachsen und der Weiterentwicklung bereits vorhandener Technologien. Und laut Herweck gibt es noch einen großen Unterschied: "Die großen Industrieunternehmen sitzen bei diesem Thema bereits gemeinsam mit der akademischen Forschung und der Politik an einem Tisch." (pi/aw)

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