Thema: Industrie 4.0

Das Arbeitsumfeld in der Produktion wird immer mehr an die zur Verfügung stehenden Mitarbeiter anzupassen sein. Ein derzeit noch kaum erschlossenes Arbeitskräftepotenzial bringt Diversität hinsichtlich Sprache, Bildungsstand und kulturellen Hintergrund in die Unternehmen. Aber auch wenn der demografische Wandel als große Herausforderung angesehen wird – er stellt auch eine Chance im internationalen Wettbewerb dar.

Die rasante Weiterentwicklung additiver Produktionsverfahren macht es möglich: Unternehmen können ihren Kunden benötigte und deshalb in der Regel nicht vorrätige Ersatzteile als digitalen Datensatz zum Ausdruck bei zertifizierten Dienstleistern zur Verfügung zu stellen. Damit steigern sie die Anlagenverfügbarkeit bei ihren Kunden, was einen enormen Wettbewerbsvorteil darstellt – selbst für Privatpersonen.

Hightech für die Märkte von morgen: In Ostwestfalen-Lippe (OWL) wächst ein Cluster, der weltweit Maßstäbe in Sachen Intelligente Technische Systeme setzt. 2012 wurde der Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort im Rahmen des Spitzenclusterwettbewerbs des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ausgezeichnet und leistet nun mit innovativen Projekten einen wichtigen Beitrag für Wertschöpfung und Beschäftigung in Deutschland. In diesem Beitrag stellen wir die technologische Basis dieser Systeme und die Struktur des Clusters Intelligente Technische Systeme (it’s OWL) vor.

Die betriebswirtschaftliche Betrachtung von Anlagen über den gesamten Lebenszyklus ist in der modernen Industrie von essentieller Bedeutung. Besonders bei Investitionsentscheidungen werden nicht mehr nur die reinen Ausgaben für die Beschaffung herangezogen, sondern es werden alle anfallenden Kosten des gesamten Lebenszyklus einer Anlage betrachtet. Für diese Abschätzung werden vor allem die entstehenden Kosten ermittelt, analysiert und dementsprechende Maßnahmen zur Reduktion der Lebenszykluskosten abgeleitet. In der Praxis besteht das Problem, dass sich derartige Aufzeichnung über mehrere Perioden nur ungenügend protokollieren lassen. Im folgenden Beitrag soll dargestellt werden, inwieweit der neue IT-Ansatz der Cyber-Physical Systems diese Datenerhebungen verbessert und wie auf dieser Datenbasis zukünftige Investitionsentscheidungen, wie auch die Auswahl von Lebenszyklus begleitenden Dienstleistungen, getroffen werden können.

Mit dem Förderprogramm „Forschung für die Produktion von morgen“ im Themenfeld Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ leitet das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die vierte industrielle Revolution ein. Hierbei wird innerhalb von Forschungsprojekten beabsichtigt, Cyber-Physische Systeme in Produktion und Logistik einzuführen. Das BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH an der Universität Bremen entwickelt hierzu innerhalb des Projekts „Cyber-Physische Produktionsprozesse - Produktivitäts- und Flexibilitätssteigerung durch die Vernetzung intelligenter Systeme in der Fabrik“ (CyProS) ein Cyber-Physisches Logistiksystem.

Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) ist eine Schlüsseltechnologie in der Fabrik der Zukunft  im Sinne einer sog. ‚enabling technology‘. IKT ist für die Produktion ein Werkzeug, kein Selbstzweck. Zukünftig wird die Durchdringung der Fabriken und ihrer Produktionsanlagen mit IKT-Komponenten und deren selbständige Vernetzung zunehmen. Einige der Handlungsfelder sowie der Auswirkungen des zunehmenden IKT-Einsatzes werden in diesem Beitrag beschrieben.

Die vierte industrielle Revolution verspricht durch sogenannte Cyber-physische Systeme eine weitere Automatisierung der Prozesssteuerung. Die einzelnen Produkte erhalten die Fähigkeit, selbstständig ihre Produktion und Logistik zu steuern und dabei koordiniert die Unternehmensziele zu erreichen. Diese logische Verteilung reduziert die Komplexität der Steuerung unternehmensübergreifender Prozesse erheblich. Selbst kurzfristig auftretende Störungen können so in Echtzeit behandelt werden. In der betrieblichen Praxis wird die hierfür benötigte künstliche Intelligenz in der Regel nicht auf den aktiven Objekten selbst implementiert werden. Stattdessen werden adäquate Software-Plattformen für die Industrie 4.0 benötigt. Dieser Beitrag untersucht die Anforderungen an solche Plattformen und beschreibt, wie sie implementiert werden können.

Industriesysteme und auch Automatisierungssysteme waren aus Sicht der Unternehmens-IT lange Zeit einsame Inseln, denn es handelte sich dabei vorwiegend um isolierte Systeme. Dies ist zwar zum Großteil nach wie vor der Fall, doch durch die zunehmende Verbreitung von IT-Standards werden Industriesysteme mit ihren Insellösungen immer stärker in die internen Büronetze eingebunden oder gar ans Internet angeschlossen. Vor allem im Zuge der Entwicklung in Richtung der Zukunftsvision „Industrie 4.0“ kommen auf die Systeme neue Anforderungen und Herausforderungen zu - vor allem im Bereich der Sicherheit. Denn stärkere Vernetzung bedeutet auch größeren Sicherheitsbedarf.

Die Digitalisierung als dritte industrielle Revolution ist in vollem Gange. Die Zukunft aber gehört adaptiven, flexiblen und dynamischen Produktionssystemen. Im Zuge der vierten industriellen Revolution wird Maschinen und Bauteilen Intelligenz verliehen. Um dem Wettbewerb standhalten zu können, müssen Unternehmen bereits jetzt den Schritt in Richtung Industrie 4.0 wagen. Die dafür notwendigen Technologien sind vorhanden und einsatzbereit. 

Der Beitrag beschäftigt sich mit der Dezentralisierung innerhalb der Produktionssteuerung in einer Werkstattfertigung. Eine Möglichkeit hierzu wird am Beispiel der LISEGA SE in Zeven, einem mittelständischen Hersteller von Komponenten für den Anlagenbau, beschrieben. Das Unternehmen plant eine Erweiterung des für die Produktionssteuerung verwendeten, belastungsorientierten Auftragsfreigabeverfahrens. Zentraler Untersuchungsgegenstand in dem vorliegenden Beitrag ist, welche Dezentralisierungs- und Flexibilisierungspotenziale sich durch cyber-physische Produktionssysteme erschließen lassen. Die möglichen Eigenschaften solcher Systeme und ihre Realisierung mittels integrierter Intelligenz (d.h. Datenverarbeitungskapazität), Kommunikationstechnik und Sensorik werden diskutiert.