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Industrie 4.0 – Versuch einer pragmatischen Einordnung jenseits der Ideologie

Im folgenden Beitrag soll Industrie 4.0 (I 4.0) pragmatisch eingeordnet und reflektiert werden. Für den Erfolg von I 4.0 sollte gerade eine solche Orientierung an der Praxiswirklichkeit von Bedeutung sein. Der Mittelstand wird heute noch von Szenarien abgeschreckt, die nicht der eigenen Lebenswirklichkeit entsprechen. Für eine pragmatische Lösung ist es hilfreich, ausgehend von den Ursprüngen nach vorn zu schauen.

Ein Blick zurück für den Blick nach vorn
Der kometenhafte Aufstieg des Begriffs Industrie 4.0 in allen Medien lässt schnell den Gedanken an eine technische Revolution aufkommen. Dennoch sollte man eher von einer leisen Evolution sprechen, denn der Ursprung für I 4.0 liegt bereits weit zurück. So startete Anfang der 80er-Jahre General Motors mit MAP, dem Manufacturing Automation Protocol, den ersten großen Schritt zur Maschinen- und damit Prozessvernetzung. Der Ansatz hier war, ein einheitliches Kommunikationsprotokoll zur Maschinenvernetzung zu schaffen. Weil dieser Ansatz in seiner Komplexität seiner Zeit allerdings zu weit voraus war, ist er gescheitert.

Erst ein Jahrzehnt später, zu Beginn der 90er Jahre, folgte auf diesen Ansatz CIM, Computer Integrated Manufacturing. CIM war, wie heute Industrie 4.0, über mehrere Jahre ein Megatrend in der Industrieforschung und führte unter anderem zur Gründung etlicher neuer Lehrstühle an den Technischen Universitäten. Auch CIM war damals, wie heute I 4.0, ein Dauerthema in der einschlägigen Presse. Und um eine weitere Parallele aufzuzeigen: eher ein schwer greifbarer Begriff. Jeder, der sich mit dem Thema CIM befasste, hatte seine eigene Vision und Interpretation sowie entsprechende Erwartungen an das Thema. CIM war ein ebenso euphorisch besetztes Thema: die Verheißung einer über Rechner vernetzten Produktionswelt. Konnte sich CIM über einige Jahre im öffentlichen Bewusstsein halten, verschwand es irgendwann erst aus der Presse und anschließend aus den Köpfen der Allgemeinheit. Gründe für das Scheitern lagen einerseits begründet in den zu hohen Erwartungen an CIM und andererseits in den mangelnden Fähigkeiten der Rechnerhardware im Vergleich zu heute.

In der Forschung wichen die zu hoch gesteckten Erwartungen dem Sinn für das Machbare; an die Stelle der Hoffnung auf schnelle Erfolge trat die Erkenntnis, dass die Umsetzung noch viel harter Arbeit bedurfte. Seitdem sind fast 20 Jahre vergangen.

Damit Industrie 4.0 nicht nur eine Vision bleibt…
Heute ist I 4.0 in aller Munde. Warum entwickelte sich ein derartiger Hype um das Thema? Was ist daran neu? Oder ist es doch nur alter Wein in neuen Schläuchen?

Sicherlich ist auch etwas von der damaligen CIM-Begeisterung übrig geblieben und hat die Gemüter neu entfacht. Aber 20 Jahre Entwicklung auf den Gebieten der Elektrotechnik – und hier besonders bei der Sensorik und den Steuerungen – sowie im Softwarebereich haben bis dato fast unbemerkt zu Riesenfortschritten in der Industrieautomation und der Maschinenvernetzung geführt. Und damit ist ein alter Traum wieder lebendig geworden –Industrie 4.0.

In diesen 20 Jahren sind zudem auch neue Ideen gereift und alte wurden relativiert. Der alte Gedanke der dezentralen Automation – also vernetzte lokale Steuerungsintelligenz – wurde in Richtung Autonomie der Informationen und Prozesse weiterentwickelt. Alle prozessrelevanten Informationen begleiten das Werkstück durch die Produktion, es kommuniziert mit smarten Maschinen und Anlagen, das Produkt entsteht auf seinem Weg durch die Fertigung gleichsam von selbst. Oder die wandlungsfähige Fabrik mit der Fähigkeit, sich wie von Zauberhand an neue Produkte anzupassen.

Bei einigen dieser Ideen hatte der Autor dieses Beitrags allerdings ein Déjà-vu-Erlebnis und wurde vom Saulus zum Paulus 4.0. Um dann wieder vom Paulus zum Saulus zu werden.

Vor 20 Jahren war der Autor selbst von den damals wirklich neuen, dezentralen Ideen und autonomen Entscheidungsprozessen begeistert. Unter anderem im Rahmen der eigenen Forschungsarbeiten hatte er ein Konzept entwickelt, in dem alle Maschinen und Anlagen mit einer ergänzenden „Intelligenz“ ausgestattet werden sollten. Diese sollten für jede Maschine selbst Planungs-, Steuerungs- und Überwachungsprozesse übernehmen – und wurden als intelligente Objekte bezeichnet. Daneben fungierten sogenannte „Agenten“ als Informations-Broker mit der Aufgabe, Informationen zu verteilen, Antworten darauf wieder zu bündeln und zu bewerten.

So weit, so gut. Es gab nur einige kleinere Probleme. Denn in diesem Konzept „explodierte“ gleichsam die Kommunikation: jedes intelligente Objekt sprach mit vielen anderen. Immer wieder waren neue Abstimmungen erforderlich, weil nicht alle Informationen von Anfang an gebündelt auf dem Tisch lagen, sondern eher tröpfelnd nacheinander verteilt wurden.

Mit der Zeit und zunehmenden Felderfahrungen in der Realität wurde dem Autor klar, dass dezentrale Strukturen auch massive Nachteile bringen können, nämlich dann, wenn zuerst alle Informationen wie beispielsweise bei Planungsaufgaben initial bekannt sein sollten, um ein optimales Planungsergebnis zu erzielen. Vor diesem Hintergrund scheint der als der neue Heilsbringer verkündete Gedanke der I 4.0 – nämlich sich selbst durch die Fertigung bewegende Werkstücke – unter dem Aspekt optimal koordinierter Prozesse absolut kontraproduktiv zu sein. Einzig bei niedriger Auslastung der Kapazitäten ist dies praktisch überhaupt durchführbar.

Deshalb sollte man darauf achten, hier den Bogen nicht zu überdehnen. Andernfalls geschieht in wenigen Jahren mit I 4.0 das Gleiche wie mit CIM vor 20 Jahren: gestorben wegen zu hoher Erwartungen.

Obwohl die technischen Voraussetzungen heute um ein Vielfaches besser sind, sollte man trotzdem heute keine Luftschlösser versprechen. Vielmehr muss man sich bewusst machen, dass der Fortschritt meistens in vielen kleinen Schritten besser vorankommt als mit großen Sprüngen. Diese Einstellung ist vielleicht nicht so sexy wie der große Hype, hilft aber, dass es nicht schlussendlich in einer großen Katerstimmung endet.

… muss der Weg zu Industrie 4.0 konsequent gegangen werden…
Um hier nicht den Eindruck zu hinterlassen, dass I 4.0 nur eine Neuauflage von CIM darstellt, soll an dieser Stelle stichwortartig auch das Neue erwähnt werden: intelligente Sensoren, die sich selbst überwachen und bei Degradation automatisch Anpassungen vornehmen, Systeme, die sich durch Selbst-Konfiguration ihrer Umgebung ständig synchronisieren, die Nutzung aller in der Produktion erfassten Daten zur Optimierung von Prozessen und Produkten, eine durchgängige Vernetzung von Allem mit Allem.

Dabei tauchen zwangsläufig Aspekte der IT-Sicherheit auf, denn die Gefahren von Sabotage und Manipulation wachsen mit der durchgängigen Vernetzung. Zwangsläufig steigt auch die Komplexität der Systeme und damit – selbst wenn Ihre Architektur das entsprechend entkoppelt – auch die Fehleranfälligkeit. Betrachtet man die aufkeimenden Ideen nüchtern und weniger euphorisch und analysiert das in ihnen schlummernde Potenzial kritisch und bezogen auf die eigene Anwendung, müssen Unternehmen heute den Weg in Richtung Industrie 4.0 gehen, denn das zu erzielende Produktivitätspotential ist nun einmal enorm.

Selbst wenn es oft den Anschein hat, dass Industrie 4.0 als neuer, glänzender Stern am Automatisierungshimmel erstrahlt, so ist in einigen Unternehmen der helle Stern bereits seit geraumer Zeit am Firmament zu sehen. Was unterscheidet diese Unternehmen von anderen?
Vorab gesagt, es liegt viel am Bewusstsein und der damit verbundenen Art, Dinge konsequent anzugehen. Diese Unternehmen zeichnen sich durch das fortwährende Streben nach Perfektion aus. Für sie gibt es nie einen Zustand, an dem Alles erreicht ist, jedes Ziel ist immer nur ein Zwischenziel auf einem nie endenden Weg. Das ist ein wesentlicher Grundgedanke.

… für ein praxistaugliches Ziel-Szenario 4.0…
Um erfolgreich den Weg zum Ziel zu nehmen, sollte dieses Ziel zwar ambitioniert und weit gesteckt sein, allerdings sollte der Weg dahin in nicht zu groß gewählte Schritte unterteilt werden. Dabei ist es hilfreich, sich an der Natur zu orientieren, denn diese hat äußerst erfolgreich im Laufe der Evolution komplexe Systeme geschaffen. Beispielsweise wurden aus Einzellern mit geringer Funktionalität und Komplexität Mehrzeller, die die Grundfunktionalität der Einzeller weiterverwendeten, aber durch Spezialisierung verfeinerten. Aus diesen Zellbausteinen entstanden später Organe mit hoher spezifisch ausgeprägter Funktionalität und Autonomie. Das Nervensystem entstand als das Netzwerk, das die Koordination der Organe übernahm, gesteuert von einer immer leistungsfähigeren Zentraleinheit, dem Gehirn.

Diesem Vorbild folgend kommt man zu dezentral organisierten Funktionen, die von einer zentralen Instanz kontrolliert und überwacht werden. Im ersten Schritt werden also gut funktionierende dezentrale Strukturen geschaffen, die anschließend zentral vernetzt werden. Mit Vernetzung ist hier der Material- und Informationsfluss gemeint.
Und genau hier muss der Pragmatismus ansetzen. Es gibt immer noch zu viele Produktionsunternehmen mit viel zu vielen Inseln ohne automatisierten Material- und Informationsfluss. Das Erfreuliche daran ist, das hier sorgsam abgewägte Investitionen kein Selbstzweck sind, sondern hoch rentable Maßnahmen. Die konsequente Einführung beispielsweise eines MES-Systems würde hier schnell zu deutlich gesteigerter Produktivität führen ohne zusätzliche Investitionen in neue Maschinen oder mehr Personal.

Der absolut erfolgsentscheidende Faktor dabei ist die Mitnahme aller Beteiligten. Ohne deren volle Einbindung wären die getätigten Investitionen sinnlos. Und genau diese Mitnahme ist das Maß für die Schrittgeschwindigkeit, mit der ein Unternehmen hier voranschreitet. Die informationstechnische Integration ist meist der erste, einfachere und oft auch kostengünstigere Schritt vor einer materialflusstechnischen Integration.

… am besten mit einem erfahrenen Partner mit MES- und Automatisierungs-Knowhow
Unser Unternehmen FASTEC hatte in den letzten 20 Jahren die Chance, mit vielen Unternehmen zusammenzuarbeiten und mit ihnen gemeinsam dieser Vision nahezukommen. Was wurde dabei getan und was erreicht? Gut organisierte Teilprozesse werden beispielsweise mittels eines automatisierten Materialflusses zu einem variantengesteuerten Gesamtablauf flexibel verkettet, an vielen prozessrelevanten Stellen werden Daten erfasst (Prozess- und Trackingdaten), notwendige Daten wie zum Beispiel Arbeitsanweisungen, Zeichnungen oder Stücklisten werden den Mitarbeitern am Arbeitsplatz oder in der Linie auftrags-, artikel- und arbeitsgangbezogen bereitgestellt oder die integrierten Steuerungen mit Rezepturen oder DNC-Daten variantengesteuert versorgt. Abläufe werden durch Workflows automatisiert, Varianten durch unterschiedliches Routing im Materialfluss produziert. Und für das große Ganze sorgt eine übergeordnete Planung, die die Gesamtkoordination der Aufträge regelt. Auftretende Störungen werden unmittelbar erkannt und rasch an den zuständigen Instandhalter gemeldet. Daraus resultierende Zeitverzögerungen fließen wiederum in die Planung zurück.
Kurz gesagt, es wurde dem E in MES, der Execution, die ihm gebührende Stellung eingeräumt, die Produktion beginnend bei der Planung durch Steuerung der Abläufe und ihre Überwachung zu einem funktionierenden Regelkreis ausgebaut.

Der Weg zu I 4.0 ist allerdings noch lang. Die tiefe Integration von Steuerungstechnik mit Informationssystemen, zum Beispiel in ein Manufacturing Execution System (MES) für die Produktion, hat aber längst begonnen. Aus dem zuvor Gesagten geht hervor, dass Industrie 4.0 ein breit angelegtes Querschnittsthema ist, in dem Software-Expertise und ausgeprägtes Knowhow im MES-Bereich nur eine Facette darstellt. Steuerungstechnische Expertise ist ebenso notwendig, denn es gilt Informations- und Materialfluss sinnvoll zu verknüpfen, d. h. den Materialfluss durch Informationen zu steuern und in Prozesse einzugreifen, wie z. B. zur Prozessverriegelung bei fehlender Freigabe der QS. Komplexe Abläufe zu steuern und sie zugleich mit hoher Anpassungsfähigkeit zu kombinieren, erfordern Automatisierungssysteme, die sich per Konfiguration flexibel an Produkt und Produktionsumgebung anpassen lassen. Hier hat FASTEC als MES-Anbieter in Verbindung mit seiner 20-jährigen Erfahrung auf dem Gebiet der Materialflussautomation die Kompetenz und auch die notwendige Erfahrung, um erfolgreich I 4.0 Projekte umzusetzen.

Autor: Linda Bauer

Content Managerin
Seit 2019 Erfahrung in der Contenterstellung zu Digitalisierungsprojekten in Fabriken, enge Zusammenarbeit mit Vertrieb und Kunden.

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