Industrie 4.0: Eine kritische Bestandsaufnahme

Industrie 4.0 ist unklar definiert und bisher gibt es kein Komplettszenario. Einzelne Facetten werden bisher allenfalls in Pilotprojekten umgesetzt.

Industrie 4.0, also die Vernetzung von IT und Kommunikationstechnik zu einem „Internet der Dinge, Dienste und Daten“...

in einer intelligenten Fabrik (Smart Factory), ist eine Initiative der deutschen Bundesregierung. Auf der ITK-Messe CeBIT wie auch auf der Hannover Messe Industrie (HMI) bildete Industrie 4.0 im Jahr 2014 erstmals ein Schwerpunktthema.

Industrie 4.0 ist ein Milliardenmarkt

Die HMI wollte die Fortschritte bei Industrie 4.0-Anwendungen wie Sensorik-Lösungen, Cyber-physischen Systeme (CPS) oder dem digitalen Austausch von Planungsdaten mit Zulieferern durch das Motto „Integrated Industry – NEXT STEPS“ signalisieren. 

Eine aktuelle Untersuchung der Wirtschaftsprüfungsgesellschaft PwC prognostiziert, dass die deutsche Industrie bis 2020 pro Jahr 40 Milliarden Euro in Anwendungen von Industrie 4.0 investieren will. Die 235 Umfrageteilnehmer erhoffen sich durch den Aufbau einer intelligenten Fabrik eine durchschnittliche Effizienzsteigerung von jährlich 3,3 Prozent. Der ITK-Branchenverband Bitkom erwartet bis zum Jahr 2025 durch Industrie 4.0 branchenübergreifend sogar eine kumulierte Produktivitätssteigerung zwischen 15 und 30 Prozent.

Evolution statt Revolution

Was bislang jedoch fehlt, ist eine klar umrissene Definition von Industrie 4.0. Um den Begriff ranken sich zahlreiche Mythen und er wird auch nicht immer richtig verwendet. Ursprünglich geht Industrie 4.0 auf ein Zukunftsprojekt der Bundesregierung zurück. 

Was bislang jedoch fehlt, ist eine klar umrissene Definition von Industrie 4.0.

Diese will die heimische Industrie durch die Förderung moderner ITK-Technologien bei der Optimierung produktionsbezogener Prozesse unterstützen, damit sie international wettbewerbsfähig bleibt.

Findige Marketingstrategen, insbesondere aus der ITK-Branche, haben für Industrie 4.0 das Schlagwort von der „vierten industriellen Revolution“ geprägt. Beide Begriffe werden meist synonym verwendet. Doch das ist falsch. 

Eine radikale Veränderung oder Umwälzung der Produktionstechnik wie auch der damit verbundenen Geschäftsprozesse wird es nicht geben. Maschinen, fertigungsnahe Systeme und Steuerungen oder IT-Landschaften werden nicht auf einen Schlag durch neue Produkte ersetzt und Betriebsabläufe nicht von heute auf morgen umgestaltet. Der Wandel hin zu Industrie 4.0 wird sich also nicht revolutionär, sondern vielmehr evolutionär vollziehen.

Drei Kernkomponenten der Integrated Industry

Die begriffliche Unschärfe hat außerdem dazu geführt, dass Industrie 4.0 zu einem Sammelbecken für viele Schlagworte geworden ist: Big Data, Cloud Computing, Cyber Physical Systems (CPS), Internet der Dinge und Dienste, Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M), Manufacturing-Execution-Systeme (MES) oder Smart Logistics. 

Das Wesen von Industrie 4.0 wird damit allerdings nur verkürzt und unzureichend beschrieben. Im Kern handelt es sich bei einer Industrie 4.0-konformen Produktionsstätte um eine vollständig integrierte und intelligente Umgebung. Laut einer Analyse von DB Research besteht diese aus drei Kernkomponenten:

1. Die vertikale Integration von Daten und Prozessen im Shop Floor mit den betriebswirtschaftlichen Abläufen, die in der Regel in einem ERP-System abgebildet werden. 

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Technisch kann diese Integration mithilfe eines Manufacturing-Execution-Systems (MES) realisiert werden. 

Mit einer MES-Lösung lassen sich die von Maschinensteuerungen und Messsystemen aufgezeichneten Daten und Kennzahlen sowie die Signaldaten von Sensoren zum Zeitpunkt ihres Entstehens erfassen und direkt in eine ERP-Anwendung übertragen, wo diese verarbeitet werden. 

Dabei fallen sehr große Datenmengen an, die in Zukunft weiter steigen werden. Durch den Einsatz einer In-Memory-Datenbank, ob von IBM, Oracle oder SAP, können diese schnell und performant verarbeitet werden.

2. Die horizontale Verknüpfung sämtlicher Abläufe einer Wertschöpfungsstufe, von der Produktion über die Intralogistik bis hin zu den Prozessen zu Lieferanten und Kunden. Dafür eignen sich Auto-ID-Technologien wie RFID oder Barcode

Sind Werkstücke mit RFID-Tags ausgestattet, die Daten über den Ablauf der Produktion in Form von Parametern enthalten, können diese eine Maschine selbst informieren wie sie zu bearbeiten sind. Auch selbst steuernde Logistikprozesse vom Lieferanten bis hin zum Kunden lassen sich auf diese Weise umsetzen.

3. Die durchgängige und medienbruchfreie Abbildung sämtlicher Informationen über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg – ob auf dem Desktop oder mobil per Smartphone oder Tablet. Dazu ist es nötig die Daten zu integrieren, zu synchronisieren und den Endanwendern gemäß ihrer Rolle und Berechtigung auf den jeweiligen Endgeräten zugänglich zu machen. Für diese Aufgabe ist der Einsatz von Middleware oder einer Integrationsplattform wie SAP NetWeaver Process Orchestration erforderlich.

Zusätzlich zu diesen drei Kernpunkten schließt Industrie 4.0 darüber hinaus auch Aspekte wie intelligente Energienetze (Smart Grids) und Mobilitäts- und Logistikkonzepte (Smart Mobility, Smart Logistics) ein.

Kommunikationsstandards fehlen bislang

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Eine wichtige Rolle beim Aufbau von Industrie-4.0-Szenarien kommt dem reibungslosen Datenaustausch zwischen den unterschiedlichen Systemen und einem MES oder einem ERP-System zu. Die meisten Unternehmen verfügen über einen Maschinenpark, der historisch über Jahre, teilweise sogar Jahrzehnte gewachsen ist. 

Ältere Maschinen werden zwar laufend gewartet und modernisiert, doch neue Kommunikationsstandards kommen darin kaum zum Einsatz. Somit gibt es viele unterschiedliche, teilweise herstellerspezifische Protokolle, die jeweils über spezielle Schnittstellen in ein MES eingebunden werden müssen.

Was bislang fehlt ist ein verbindlicher und allgemein anerkannter Protokollstandard, der eine direkte Kommunikation sowohl zwischen den Fertigungssystemen als auch zwischen den Shop-Floor-Systemen und einem MES ermöglicht. Ob die OPC Unified Architecture (OPC UA) oder die Universal Machine Connectivity for MES (UMCM) das Zeug dazu haben, muss sich zeigen.

IT-Sicherheitsanforderungen steigen

Eine Wertschöpfungskette, die vollständig digital gesteuert wird, stellt auch enorm hohe Anforderungen an die IT-Sicherheit. Durch IT-Anwendungen, Maschinensteuerungen und Auto-ID-Systeme, die über das Internet vernetzt sind und miteinander kommunizieren, erhöht sich die Anzahl potenzieller Schwachstellen, die Internetkriminelle als Einfallstor nutzen können.

Da Prozesssteuerungs- und Automatisierungssysteme zugleich immer mehr IT-Komponenten wie Datenbanken, Hardware und Betriebssysteme beinhalten, sind sie anfällig für Cyberattacken. Spätestens seitdem durch die Schadsoftware Stuxnet SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) gezielt lahmgelegt wurden, sollte dies jedem Verantwortlichen klar sein.

Vision von Industrie 4.0 zu vage

Angesichts dieser Anforderungen und Hürden lässt sich naturgemäß nicht vorhersagen, wann Industrie 4.0 sich durchsetzt. Derzeit haben die meisten Projekte in der Regel noch Prototypcharakter und fokussieren sich zudem auf bestimmte Facetten wie Fertigung auf Losgröße 1, vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) oder Augmented Reality mit einer Datenbrille bei Prozessen im Lager.

Ein Komplettszenario ist bislang nicht in Sicht. Die Fraunhofer IAO-Studie „Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0“ beklagt daher im Vorwort zurecht, „dass die Vision der Industrie 4.0 noch sehr vage ist und Beispiele fehlen, die schon jetzt einen konkreten Nutzen belegen.“

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Artikel wurde zuletzt im März 2015 aktualisiert

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