Thema: Industrie 4.0

Das Problemlösen des menschlichen Gehirns ist trotz großer Sprünge im Bereich der Künstlichen Intelligenz unerreicht. Dennoch kommt der Entwicklung kognitiver Systeme in der Fabrik eine hohe Bedeutung zu. Nur mit kombinierten Fortschritten in den Bereichen Computational Intelligence, Machine Learning, Robotik und Sensorik – wie diese Ausgabe der Industrie 4.0 Management zeigt – können intelligente Systeme effektiv verbessert werden.

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.

Die Prinzipien der sogenannten schlanken Produktion sind in der modernen Produktionslandschaft sowohl bei Konzernen als auch beim Mittelstand weit verbreitet und etabliert. Der Nutzen für die produzierende Industrie ist unbestritten und trägt maßgeblich zur Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen bei.

Die kundenorientierte, individuelle Produktion, als Teil des Zukunftsprojekts „Industrie 4.0“, begründet sich auf der voranschreitenden Verkürzung von Entwicklungszyklen. Der parallel zum Materialfluss geleitete Informationsfluss gewinnt für eine dezentrale Materialflusssteuerung an Bedeutung. Die Verarbeitung der damit neu zur Verfügung stehenden Informationen aus den Produktionssystemen setzt bei den Maschinen kognitive Fähigkeiten voraus. Maschinen, Handhabungs- und Transportsysteme sollen hierfür in Zukunft kommunizieren, Probleme erkennen, eigene Schlussfolgerungen ziehen, Neues lernen und planen. Hierfür bilden Cyber-Physische Produktionssysteme das technologische Fundament.

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.

Diese Ausgabe bietet Einblicke in flexible Robotersysteme für die Logistik, agile Entwicklung in der Industrie 4.0, Echtzeit-Steuerung globaler Netzwerke, innovative Assistenzsysteme zur Komplexitätsbewältigung und maschinelles Lernen im Online-Handel. Sie zeigt, wie intelligente Systeme, schlanke Produktion und selbstoptimierende Technologien die Zukunft der Industrie prägen. Informieren Sie sich über Trends und Lösungen der modernen Produktion.