Industrie 4.0

Der Wunsch der Kunden nach individualisierten Produkten und eine damit verbundene steigende Anzahl an Produktvarianten, der demografische Wandel und das damit verbundene steigende Durchschnittsalter der Mitarbeiter sowie der zunehmende Fachkräftemangel und die steigende Komplexität von Wertschöpfungsprozessen sind nur einige Herausforderungen, denen sich die Industrie aktuell stellen muss. Dieser Beitrag beschreibt innovative Assistenzsysteme als mögliches Instrument, diesen Anforderungen zu begegnen und erörtert Beispiele, in denen ein sinnvoller Einsatz solcher Systeme bereits erfolgreich realisiert wurde.

In heutigen Produktionssystemen leisten die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) einen erheblichen Beitrag zur effizienten Durchführung von Produktionsprozessen. Die entscheidende Schnittstelle zwischen der prognosebasierten Planung und ihrer produktionsnahen Umsetzung bildet der Austausch von Plan- und Rückmeldedaten. Es ist zu erwarten, dass sich Entwicklungen im Zuge der Industrie 4.0 in einer Steigerung der Datenqualität und -aktualität widerspiegeln werden und so zu verbesserten Ergebnissen im Rahmen der Produktionsplanung führen. In dem vorliegenden Beitrag werden die Aufgaben der Produktionsplanung hinsichtlich ihrer Entwicklungspotenziale im Kontext der Industrie 4.0 beleuchtet.

Die Thesen im industriellen Umfeld von Industrie 4.0 beinhalten Handlungsanweisungen in den Bereichen Mensch, Technik und Organisation. Häufig wird dabei die intelligente Vernetzung von technischen Objekten fokussiert. Der vorliegende Beitrag betrachtet dagegen maßgeblich die menschlichen und organisatorischen Aspekte am Beispiel der Entwicklung von mechatronischen Maschinen und Anlagen. Um den vorherrschenden, sequenziellen Arbeitsweisen und starren Prozessen entgegenzuwirken, ist es erforderlich, die Organisationen so zu gestalten, dass sich auch die Individuen gut vernetzen und austauschen können. Entsprechend den Thesen von Industrie 4.0 wird dazu die sog. agile Entwicklung als innovativer Ansatz vorgestellt, um in iterativer Arbeitsweise die inkrementellen Entwicklungsartefakte fristgerecht in der notwendigen Reife zusammenzuführen.

Die statische Prägung von Netzwerken ermöglicht Akteuren größeren zeitlichen Handlungsspielraum für Entscheidungsprozesse, um adäquat auf Veränderungen reagieren zu können. Die Dynamik dieser Veränderungen, die häufig in Nachfrage- und Planungsschwankungen begründet sind, erhöht die Komplexität von Entscheidungsprozessen in Netzwerken. Dies führt zu einem stetigen Wandel zu dynamischen Netzwerken, in denen Reaktionen in Echtzeit notwendig sind [1]. Dem Einsatz von intelligenten Technologien wird in diesem Rahmen eine Schlüsselrolle zukommen. Realisiert wird dies durch die digitale Vernetzung von Wertschöpfungspartnern mithilfe Cyber-Physischer Systeme. Diese verknüpfen die virtuelle mit der physischen Welt, um sowohl innerbetriebliche Prozesse zu unterstützen als auch die smarte Steuerung von globalen Logistiknetzwerken zu ermöglichen.

Deutschland ist das am stärksten industrialisierte Land der EU. Die enge Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft und Wissenschaft sichert einen schnellen Markteintritt neuer Technologien. Die Produktion hat dabei stets einen integrativen Charakter als „Enabler“ von Disziplinen bei der Umsetzung einer Idee in ein Produkt. Um den wachsenden Herausforderungen am Hochlohnstandort gerecht zu werden, müssen immer wieder sämtliche Potenziale neuer Technologien gehoben werden. Aktuell ist die Informations- und Kommunikationstechnologie ein besonders prominenter ‚Enabler‘ des ‚Enablers‘.

Instandhaltung und Service spielen eine herausragende Rolle, wenn es darum geht, die Zuverlässigkeit von Produktionsprozessen und die Wirtschaftlichkeit von investitionsintensiven Produktionsanlagen zu sichern. Mit zunehmender Automation und intelligenter Vernetzung der Produktion wird die Bedeutung der Anlagenverfügbarkeit und damit der Instandhaltung weiter wachsen. Aktuell benötigen Instandhalter und Service-Techniker noch einen erheblichen Anteil ihrer Tätigkeitszeit für die Informationsbeschaffung und -aufbereitung. In vielen Fällen sind relevante Daten der betrieblichen Informationssysteme und der Maschinen für den Instandhalter nicht oder nur eingeschränkt verfügbar. Ressourcen-Cockpits sollen es künftig in Verbindung mit mobilen Endgeräten ermöglichen, dass Instandhalter und Service-Techniker alle relevanten Informationen am Ort ihrer Tätigkeit aufwandsarm, kontextsensitiv und interagierend erreichen können.

In Folge des stetig wachsenden Wettbewerbdrucks auf das produzierende Gewerbe in Deutschland durch Konkurrenten aus Niedriglohnstaaten wird seit einiger Zeit ein Wandel der Produktionsparadigmen vollzogen, der sich durch einen rapide voranschreitenden Automatisierungsprozess in der Produktion auszeichnet. So entstehen hochkomplexe Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS). Durch den einhergehenden Rückgang von Personal und dem damit verbundenen Wissensabfluss entsteht jedoch ein gravierendes Befähigungsdefizit zur Beherrschung der Komplexität. Dieser Sachverhalt impliziert die Notwendigkeit innovativer Assistenzsysteme zur Unterstützung von Mitarbeitern. Der vorliegende Beitrag dient der Erörterung damit verbundener Herausforderungen sowie Fragestellungen und skizziert einen möglichen technischen Lösungsansatz sowie organisatorische und personelle Herausforderungen.

Revolutionen werden oft als disruptive Änderung bestehender Ordnungen verstanden. Die 4. industrielle Revolution fußt jedoch auf Technologien und Konzepten, die bereits die 3. industrielle Revolution maßgeblich mitbestimmt haben. Hier sind vor allem der Einsatz von Computertechnologien in industriellen Umgebungen und das Toyota Produktionssystem (TPS) zu nennen. Aus TPS und dem Bestreben, Verschwendung zu vermeiden, hat sich die sogenannte Wertstromanalyse (engl. Value Stream Mapping) entwickelt, die sich ebenso für die wertschöpfende Auslegung Cyber-Physischer Systeme und der entsprechenden Informationsflüsse eignet.

Die stärkere Präsenz von Cyber-Physischen-Systemen (CPS) in Produktion und Logistik führt häufig zu der Annahme, dass zukünftig vornehmlich Arbeitsplätze für hochqualifizierte Beschäftige zur Verfügung stehen werden. Für Geringqualifizierte führt diese Annahme zu dem Schluss, dass CPS für sie ein Risiko darstellen, da sie durch steigende Arbeitsanforderungen von ihren angestammten Arbeitsplätzen verdrängt werden. Im Umfeld der sogenannten vierten industriellen Revolution oder kurz Industrie 4.0 wird diese Entwicklung häufig als unausweichlich dargestellt. Eine detaillierte Untersuchung der Chancen des Einsatzes von CPS auf Geringqualifizierte ist hingegen noch nicht umfassend erfolgt. In diesem Beitrag werden einige technische Ansätze zur Gestaltung von benutzerfreundlichen Mensch-Maschine-Schnittstellen im Bereich Hardware und Software vorgestellt. Die betrachteten Ansätze wurden ursprünglich für den Endkundenbereich entwickelt, sind aber auch für CPS nutzbar. In ...

Die Entwicklung von Informations- und Kommunikationstechnologien (IuK) schreitet schnell voran und wird im heutigen wirtschaftlichen Handeln als ein wesentlicher Innovationsmotor gesehen. Zukünftige Industrieproduktion ist durch eine hohe Individualisierung der Produkte sowie eine starke Flexibilisierung der Produktion geprägt. Die rasante Entwicklung des Internet hat vor allem in den letzten Jahren im privaten Leben zur Verschmelzung der realen mit der virtuellen Welt beigetragen und wird in Zukunft auch stärker im industriellen Umfeld Einzug erhalten. Dieser Paradigmenwechsel wird in Fachkreisen als Industrie 4.0 bezeichnet und kann als die vierte industrielle Revolution verstanden werden. Der Beitrag gibt einen Überblick zum Themenfeld Industrie 4.0 und stellt die Potenziale des Transformationsprozesses dar.