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Über die Technik und Organisation der industriellen Zukunft

Herausforderung Industrie 4.0

Björn Bröhl

© Shutterstock.com/Sergey Nivens

Automatisiert, flexibel und dezentral wird die Produktion der Zukunft sein – so sieht es zumindest die Vision „Industrie 4.0“ vor. Deren Umsetzung stellt sowohl die Technik als auch die Organisation eines Unternehmens vor zahlreiche Herausforderungen.

Noch vor zwei Jahren war „Industrie 4.0“ lediglich ein Zukunftsbild der Bundesregierung mit dem Ziel, den internationalen Wettbewerbsvorteil der industriellen Produktion Deutschlands durch eine nachhaltige Strategie bis hin ins Jahr 2025 zu sichern und auszubauen. Die Grundidee: Die Industrieproduktion von morgen soll fähig sein, selbst Einzelaufträge flexibel, wirtschaftlich und ressourcenschonend zu produzieren. Die Idealvorstellung: Ein Kunde definiert seinen individuellen Auftrag, der sich anschließend über Firmengrenzen hinweg von selbst steuert – von der Bestellung des erforderlichen Rohmaterials über die Reservierung der Bearbeitungsmaschinen, Montagekapazitäten, Lagerhallen und die erforderliche Logistikleistung bis hin zur Qualitätskontrolle und Auslieferung.

Industrie 4.0 soll neue Businessmodelle und Wertschöpfungsnetzwerke ermöglichen – Experten sprechen von möglichen Produktivitätssteigerungen von bis zu 30 Prozent. Das wirtschaftliche Potenzial wird laut der kürzlich veröffentlichten Studie „Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland“ des BITKOM (Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien) und des IAO (Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation) sehr hoch eingestuft. Nicht weniger als 1,7 Prozent zusätzliches Wachstum in den Branchen Anlagenbau, Elektrotechnik, Automobilbau, chemische Industrie, Landwirtschaft und Informations-und Kommunikationstechnologie sollen darin liegen. Dieser Effekt kann durch den Einsatz von Technologien wie Embedded Systems, Smart Factory, robuste Netze, Cloud-Computing und IT-Security erreicht werden.

Smart Factory und CPS

Bei diesem Potenzial ist es kein Wunder, dass das Zukunftsbild der Bundesregierung sehr schnell Wirkung gezeigt hat. So war beispielsweise bereits dieses Jahr auf der Messe Hannover zu sehen, wie eine Industrie-4.0-Fabrik funktioniert. Die Smart Factory wurde ursprünglich vom DFKI (Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz) in Zusammenarbeit mit verschiedenen Herstellern erstellt. Sie besteht aus verschiedenen unabhängigen Produktionsmodulen, einem Handarbeitsplatz und einer Vielzahl von Informationssystemen. Drei zentrale Paradigmen stecken dahinter: das intelligente Produkt, die kommunizierende Maschine und der assistierende Bediener. Das intelligente Produkt kennt seine Auftrags-, Material- und Produktionsdaten und beeinflusst damit die Herstellung. Die kommunizierende Maschine ist eine so genannte CPS-Komponente (Cyber-Physical System), die mit dem intelligenten Produkt interagiert. Der menschliche Bediener wird vom Produkt darüber informiert, wie die Montage zu erfolgen hat. Die Modellfabrik ist auf Tour und wird an verschiedenen Veranstaltungen gezeigt.

CPS oder auch CPPS (Cyber-physische Produktionssysteme) stellen die Basistechnologie für die Fertigung der Zukunft dar. Hierbei handelt es sich um intelligente und vernetzte Systeme, die Informationen aus der physischen Fertigungsumwelt mithilfe von Kameras, Mikrofonen, Drucksensoren, Durchflussmessungen oder anderen Geräten ermitteln und mit vorliegenden Daten kombinieren. Mit den errechneten Resultaten wirken sie über Aktoren, wie z. B. Greifarmen, Werkzeugen oder andere Maschinen auf die Produktion ein. Sie werden wie sämtliche andere an einer Produktion beteiligten Geräte – vom Host, Server und PC bis hin zum Tablet oder Smartphone – miteinander vernetzt. Oder anders formuliert: „Im Mittelpunkt von Industrie 4.0 steht die echtzeitfähige, intelligente, horizontale und vertikale Vernetzung von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen zum dynamischen Management von komplexen Systemen.“.

Um das Potenzial von Industrie 4.0 überhaupt nutzen zu können, wird sich die IT-Systemlandschaft eines Industriebetriebs in den nächsten Jahren stark verändern müssen. Dies betrifft sowohl die eingesetzte Standardsoftware als auch die Art und Weise, wie mit Informationen umgegangen wird. Typische IT-Systeme in der heutigen Produktion sind beispielsweise das ERP für die Produktionsplanung, das PLM für die Produktverwaltung und das SPS für die Produktionssteuerung. Sie alle sind bisher auf eine zentral gesteuerte Produktion ausgelegt, die sich an Stückzahlen orientiert. Eine auftragsorientierte und dezentral gesteuerte Produktion wird dies radikal verändern und einen anderen Funktionsumfang aufweisen. Dabei ist keinesfalls sicher, dass die Funktionen dazu immer in ein separates Manufacturing Execution System (MES) ausgelagert werden können – ganz im Gegenteil: Radikale Veränderungen an der bestehenden Systemlandschaft werden notwendig sein. Die zweite Veränderung ist vielleicht sogar noch bedeutender, denn sie betrifft den Umgang mit erfassten und berechneten Informationen. Wertschöpfungsketten über Firmengrenzen hinweg sind mit der Notwendigkeit eines schnellen und abgesicherten Austauschs großer Datenmengen verbunden. Die effektive Datenlogistik wird damit zur wichtigsten Aufgabe der IT eines Unternehmens werden.

Flexible Fertigung braucht eine flexible Organisation

Die Flexibilität oder genauer die Kapazitätsflexibilität eines Industrie-4.0-Unternehmens ist nur dann zu erreichen, wenn die Mitarbeiter auch vernetzt und flexibel arbeiten können. Das ist jedoch nur möglich, wenn die Organisationsstrukturen der neuen Produktionsphilosophie angepasst werden. An die Stelle zentral gesteuerter und klar strukturierter Hierarchien sollten dezentrale und relativ autonome Einheiten treten, die untereinander gut vernetzt sind. Die Entwicklung in Richtung Industrie 4.0 erfordert also auch eine Reihe von grundlegenden Veränderungen auf organisatorischer Ebene. Beispielsweise ist eine engere und direkte Zusammenarbeit zwischen Management und Mitarbeitenden notwendig, um schneller agieren und reagieren zu können. Damit entfernen sich Unternehmen von der traditionellen Trennung zwischen Office und Fertigung und bewegen sich hin zum Shopfloor Management. Des Weiteren ist aufgrund zunehmend schwankender Nachfragesituationen eine weitere Flexibilisierung der Arbeitseinsätze erforderlich. Und schließlich wird sich die Arbeit in der Produktion stark in Richtung Planung, Steuerung, Überwachung und Analyse – also in Richtung Wissensarbeit – entwickeln. Eine engere Zusammenarbeit, flexible Einsatzplanung und Wissensarbeit gilt es mit organisatorischen und technischen Hilfsmitteln zu unterstützen.

Aufmacherbild: Engineering automation building designing. Construction industry technology von Shutterstock / Urheberrecht: Sergey Nivens

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Geschrieben von
Björn Bröhl
Björn Bröhl ist Senior Unit Manager Sales, Marketing und New Business Development bei der Trivadis AG.
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