Die vierte industrielle Revolution in Deutschland wird konkret. Dies zeigte ein Treffen des Arbeitskreises „Industrie 4.0“ der Forschungsunion Wirtschaft-Wissenschaft, eines Zusammenschlusses namhafter Vertreter beider Disziplinen, der die Hightechstrategie der Bundesregierung begleitet. Beim Umsetzungsforum des Arbeitskreises im Produktionstechnischen Zentrum in Berlin zeigten Aussteller wie Bosch Rexroth, Gildemeister oder SAP sowie Fraunhofer-Institute vorige Woche, was sich hinter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ verbirgt.
„Die Digitalisierung ist der größte Innovationstreiber der Welt“, erklärte Henning Kagermann, Präsident der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften, Acatech. Deutschland müsse diese vierte industrielle Revolution maßgeblich mitbestimmen, um sich in Zukunft als Produktionsstandort behaupten zu können. „Durch konsequentes Zusammenführen der digitalen und realen Welt werden die zunehmende Dynamik und Komplexität beherrschbar. Deutschland hat hier beste Voraussetzungen“, sagte er.
Industrie 4.0: Jedes Werkstück verfügt über digitales Produktgedächtnis
Unter dem Begriff der „Industrie 4.0“ wird dabei eine allumfassende Neuausrichtung der Industrie verstanden. In sogenannten „cyber-physikalischen Systemen“, dem Kernstück der neuen Philosophie, verfügt jedes Werkstück über ein digitales Produktgedächtnis, das definiert, was es ist und was als Nächstes mit ihm geschehen soll – über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg vom ersten Bearbeitungsschritt bis zur Logistik. Möglich machen dies unter anderem Funkchips, die regelmäßig über den Zustand des Bauteils informieren.
Das Ganze ist ein Paradigmenwechsel, der die Arbeitsstrukturen in Unternehmen von der Planung über die Umsetzung bis zum Verkauf neu definiert. Dass Deutschland hier eine Vorreiterrolle einnehmen könnte, hängt damit zusammen, dass es bei der Nutzung von „eingebetteten Systeme“ international bereits weit vorn liegt – heute arbeiten bereits 98 % der Mikroprozessoren unsichtbar integriert (embedded) und interagieren über Sensoren und Aktoren mit der Außenwelt. Insbesondere Automobilindustrie und Maschinenbau sind an der Spitze mit dabei.
Damit ist die nächste Entwicklungsstufe der cyber-physikalischen Systeme, die sich untereinander und mit dem Internet verbinden, nicht mehr fern. Dieses Konzept, das allgemein auch als „Internet der Dinge“ bezeichnet wird, soll nun zur prägenden Infrastruktur für die nächste industrielle Revolution werden, denn adressiert werden dabei alle großen Herausforderungen: die Wettbe-
werbsfähigkeit des Hochlohnstandorts Deutschlands, Ressourcen- und Energieeffizienz, demografischer Wandel und urbane Produktion.
Was theoretisch sehr kompliziert klingt, setzte das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB), Karlsruhe, gemeinsam mit dem Institut für Produktionstechnik am KIT anschaulich um. So ändern sich dabei z. B. Produktionssysteme ständig, um auf neue Kundenanforderungen zu reagieren oder modifizierte Produkte herzustellen.
Wandlungsfähigkeit bezogen auf den mechanischen Aufbau einer Fabrik, beispielsweise durch standardisierte Steckverbindungen, existiert heute schon. Eine der Grundideen cyber-physikalischer Produktions-systeme ist es nun, dass sich Maschinen und Anlagen oder einzelne Komponenten wie Spindeln selbst konfigurieren und in die Produktion integrieren, ohne dass ein Ingenieur eingreifen muss.
Dieses Prinzip wird am Fraunhofer-Institut als „Plug-and-Work“ bezeichnet. Konkret bedeutet dies: Wenn neue Komponenten in das Produktionssystem eingebracht werden, sollen alle erforderlichen Softwarebausteine ohne manuelle Konfigurationsarbeiten automatisch aktualisiert werden.
Industrie 4.0: Auflösung der klassischen Produktionshierarchie
„Wir erleben die Auflösung der klassischen Produktionshierarchie von zentraler Steuerung hin zu dezentraler Selbstorganisation“, schilderte Siegfried Dais, stellvertretender Vorsitzender der Geschäftsführung bei Robert Bosch.
Als konkretes Beispiel hatte sein Unternehmen ein System für zustandsbasierte Diagnosen mit Fernzugriff aufgebaut. Es zeigte exemplarisch, wie mit der Vernetzung von Objekten die Verfügbarkeit von Maschinen und damit die Produktivität erhöht werden kann.
In Werkzeugmaschinen sind dafür intelligente Systeme der Antriebs- und Steuerungstechnik inklusive Sensorik verbaut. Diese diagnostizieren sich selbst und geben ihre Daten an die Maschinensteuerung weiter. Dort finden weitere Auswertungen auf Maschinenebene sowie die Bündelung relevanter Daten statt.
In einem übergeordneten Server werden diese Daten aller Maschinen gesammelt und ausgewertet. So lassen sich für alle wichtigen Maschinenkomponenten Vorhersagen zur Lebensdauer automatisch berechnen und Ausfallprognosen erstellen. Das System kann dann selbstständig entscheiden, ob und welche Wartungen an der Maschine vorgenommen werden sollen.
Acatech-Präsident Kagermann schwärmt angesichts solcher Möglichkeiten von einer komplett neuen Industrie. „Produktionsausfälle gehören dann der Vergangenheit an“, sagte er. Mehr noch: „In der Fabrik der Zukunft bestimmt das einzelne Stück seine Produktionsschritte und nicht mehr umgekehrt. Das ermöglicht eine ungeahnte Flexibilität bei optimalem Ressourceneinsatz“, stellte er fest.
Arbeitskreis „Industrie 4.0“ übergibt Strategieempfehlungen an Staatssekretäre
Für den umfangreichen Transformationsprozess hat der Arbeitskreis „Industrie 4.0“ beim Umsetzungsforum in Berlin nun Strategieempfehlungen an die Staatssekretäre Georg Schütte vom Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie an Ernst Burgbacher vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie übergeben. Dazu zählen etwa die Einrichtung von neuen Kompetenzzentren, der Aufbau von Demonstrationsfabriken oder der weitere Ausbau der Breitband-Internet-Infrastruktur in Deutschland.
Ab Januar 2013 soll eine Geschäftsstelle „Industrie 4.0“ ihre Arbeit aufnehmen. Auf der Hannover Messe 2013 wird der Arbeitskreis seine abschließenden Handlungsempfehlungen dann detailliert vorstellen und an die Bundesregierung übergeben. Allerdings dämpft Staatssekretär Schütte auch etwas die Erwartungen. „Es sind noch sehr viele Fragen zu klären, bis die Industrie 4.0 tatsächlich Realität ist. 20 Jahre wird es bestimmt noch dauern“, sagte er in Berlin.
