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22. Januar 2014 / von Dr. Helena Unger

Innovationskongress

2013

Themenblock 2

Ich möchte diesen Blog nutzen, um einen komprimierten und dennoch inhaltlich vollständigen Bericht über den Innovationskongress 2013 wiederzugeben. Der Kongress fand vom 05. – 06. November 2013 in Berlin statt. Das Thema Industrie 4.0 war dieses Jahr sehr populär, hoch politisch und spannend zu gleich.

Das Motto des Kongress war: „Wirtschaft und Wissenschaft treffen sich zum Thema Industrie 4.0 – Die Fabrik der Zukunft“. Es war eine interessante Mischung von Leuten der Produktion aus den Bereichen Automotive, Maschinenbau, Elektrotechnik, Elektronik, Mechanik und IT sowie Wissenschaftlern. Die Redner präsentierten ein breites Spektrum an Visionen, Paradigmen und Realisierungsansätzen, für die heutige industrielle Revolution.

Mein Bericht erstreckt sich über fünf Blog-Beiträge:

Themenblock 1: Warum 4.0, und was ist aus den vorherigen drei Releases geworden?

Themenblock 2: Smart Factory produziert Smart Products. Das ist das Thema des vorliegenden Blog-Beitrags.

Themenblock 3: Das Smart Ecosystem-Paradigma stellt für die Softwareentwicklung eine große Herausforderung dar.

Themenblock 4: Die kritischste Frage von Industrie 4.0 – die Sicherheit. The Internet of Things, Internet of Everything, Fog Computing. Was ist das Nächste?

Themenblock 5: Wie verändert Industrie 4.0 die Arbeitswelt?

Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Lesen und freue mich auf Feedback.

Themenblock 2: Smart Factory produziert Smart Products

Zum Verständnis müssen hierzu die Grundsätze der Industrie 4.0-Paradigmen präsentiert werden. Der erste Vortrag des Kongresses, von einem der drei Väter von Industrie 4.0, Prof. Wolfgang Wahlster (DFKI), widmete sich genau dieser Problematik. Er hat zusammen mit Prof. Henning Kagermann (acatech) und Prof. Wolf Dieter Lukas (BMBF) die Vision für die nächste industrielle Revolution herausgebracht. Professor Wahlster hat seine Idee von neuer Produktionsorganisation folgendermaßen formuliert: „Durch einen zentralen Paradigmenwechsel in der Industrie verändern sich derzeit die Grundlagen der Produktion. Diese Veränderung ist gekennzeichnet durch:

  1. die Auflösung der klassischen Produktionshierarchie von zentraler Steuerung hin zu dezentraler Selbstorganisation,
  2. die digitale Veredelung entstehender intelligenter Produkte (Smart Products),
  3. die Unterstützung des Produktionsprozesses aktiv durch das Produkt selbst,
  4. die Produktion, die dem Takt des Menschen folgt,
  5. die Schonung von Ressourcen und Energie als neue Randbedingung für die Produktionserfolge“.

Das entstehende Produkt beschreibt Professor Wahlster als aktive Systemkomponente durch die klassische „Smart Agent“ – Definition. Das Produkt steuert seine Herstellung durch proaktive Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation, ist Beobachter und Akteur durch eingebettete Sensorik und Aktuatorik und entscheidet autonom auf Basis übergeordneter Prozessdaten.

Das Produkt erhält auch ein digitales Produktgedächtnis, welches sich erweitert und von der Produktion aktualisiert wird, bis hin zum Endverbraucher und dem Ende des Produktlebens-zyklus. Das intelligente Produkt spielt Hauptrolle, ist aber nicht allein. Die Zielsystem – Smart Factory – soll als Internet der Dinge (Internet of Things (IoT)), d.h. ein Netzwerk von intelligenten Objekten realisiert werden. Der Lösungsweg hierzu wird im Vortrag als Evolution von Eingebetteten Systemen zum Internet der Dinge dargestellt.

Interoperabilität von Smart Factory Komponenten soll durch plattformneutrale M2M Kommunikation realisiert werden. Professor Wahlster propagiert einen Intelligenzträger mit Kommunikationsfähigkeiten für industrielle cyber-physische Produktionssysteme (CPS). Das Herz eines CPS ist ein XML-basierter Webserver oder eine sehr schnelle Binär-kommunikation auf der Basis des TCP Protokolls anstatt spezieller Feldbussysteme.

Dezentrale Produktions-Automatisierung lässt sich im Diensteparadigma realisieren, d.h. das Internet der Dinge soll auf ein Internet der Dienste erweitert werden. Flexibilität im Produktionsablauf kann durch Minimierung von Umrüstzeiten und Adaptivität von eingebauten Produktionskomponenten (z.B. eine zusätzliche Montagestation) erreicht werden. Das Prinzip Plug & Produce, wenn im laufenden Betrieb eine neue Komponente nachgerüstet wird, kann durch die Selbstorganisation und die Komposition der Dienste aufgrund semantischer Beschreibungen realisiert werden. Das Plugin neuer CPS soll auf physischer, digitaler und semantischer Ebene passieren und Dienst-Ontologien werden automatisch erweitert. Die Produktionslogik wird invertiert, in einem,  dezentralen und verteilten Steuerungs- System mit den passenden Fertigungsdiensten.

Normung und Standardisierung sind bei Industrie 4.0 die Voraussetzung für den Transfer von Forschungsergebnissen in marktfähige Produkte und für den schnellen Marktzugang. Professor Wahlster sieht Deutschland in der Pole Position für die Normung von Smart Factory, aber dies sei nur der Anfang eines langen Weges.

Das klingt zunächst interessant, nur scheint es nicht besonders realistisch für die meisten mittelständischen Unternehmen zu sein. Aber das Ziel Smart Factory kann nicht nur durch Revolution, sondern eher mit Evolution erreicht werden. Auf diesem Weg kann Accso die Unternehmen begleiten.

Evolution ist in diesem Fall eine sukzessive Modernisierung ohne einen Produktionsstopp.

Die Planung und Begleitung von Modernisierungsvorhaben in IT-Anwendungslandschaften zählt zu den Kernkompetenzen der Accso GmbH. Wir haben die Erfahrung mit der Modernisierung von großen, unternehmenskritischen IT-Anwendungen und von gesamten IT-Anwendungslandschaften.

Zu unseren Referenzen aus dem Produktionsbereich können wir z.B. das Projekt „Trumpf – SIS Modernisierung“ zählen. Alle unsere Modernisierungsprojekte müssen i.d.R. parallel zum laufenden Betrieb von Geschäft und IT mit minimalen Auswirkungen umgesetzt werden.

Unsere Business Analysten verfügen über eine ausgewogene Kombination aus langjähriger praktischer Erfahrung in Business und IT und fundierten methodischen Kenntnissen in Business Analyse, Software Engineering, Logistik, IT Architektur und mobile Technologien. Ergänzt durch einen entsprechenden wissenschaftlichen Hintergrund, u.a. in den Bereichen Optimierung, Statistik und Agent basierende Modellierung und Simulation, werden sehr effektiv bestehende Produktionsprozesse erfasst und bei der Gestaltung einer neuen Produktionsorganisation berücksichtigt.

Unsere Schwerpunkte im Thema Individueller Softwarelösungen für IT-Kernsysteme sind für Industrie 4.0 gefragt:

  • Java/JEE, .NET, Open Source, RIA,
  • Service-Orientierte Architekturen
  • IT-Architektur und -Modernisierung,
  • EAM, SOA (inklusive Dynamischer Orchestrierung von Webdiensten),
  • BPM, Anforderungsanalyse
  • Security

Die Integration dedizierter Software-Produkte – der Grundlage von Smart Factory – ist unsere besondere Stärke.

Für die Zielgruppe – Mittelständische Unternehmen – können wir folgenden Ansatz anbieten: Legacy Systeme erfassen, Start-Kit anbieten, um dann schrittweise zu modernisieren.

Für Mittelständische Unternehmen sind die Ausgangskosten besonders kritisch. Der Aufwand für erste Schritte auf dem langen Weg zur Smart Factory kann verhältnismäßig gering sein. Wie Professor Wahlster angedeutet hat, sind CPS im Vergleich mit speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS), kostengünstig. Allerdings wurde in den nachfolgenden Vorträgen von Herrn Jasperneite und Herrn Eberle angedeutet, dass die Komponentengranularität variieren kann, sodass es in einigen Fällen kosteneffektiver ist, weiter SPS zu nutzen.

Im nächstem Vortrag „Industrie 4.0 zum Anfassen: Beispiele aus der Lemgoer Modellfabrik“, hat Professor Jürgen Jasperneite auch angedeutet, dass die Prozessbeschreibung eine Grundlage für eine service-orientierte Architektur (SOA) ist. SOA realisiert intelligente Technische Systeme mit einer Selbstkonfiguration, Selbstoptimierung und Selbstdiagnose. Aber wie kommt die Intelligenz in die Maschine? Intelligente technische Systeme können mit ihrem Umfeld interagieren, sich diesem durch Lernen anpassen. Alle oben genannten Bestandteile von Intelligenz können/werden auf folgenden technologischen Grundlagen realisiert:

  • durchgängige Vernetzung
  • explizite, Rechner verarbeitbare Modellierung des Wissens über die Prozesse
  • wissensbasierte Algorithmen zur Selbstkonfiguration und Selbstoptimierung
  • Prognose durch Echtzeit Simulation

Professor Jasperneite hat die Lemgoer Modelfabrik vorgestellt, wo Innovationen der Informations- und Kommunikationstechnologie basierten Automatisierungstechnik praktisch erprob- und erlebbar gemacht werden. Zum Beispiel eine Maschine mit Selbstoptimierung für das Echtzeit-Energiemanagement.

Aber Smart Factory basiert nicht nur auf Technologien, sondern auch die Organisation der Produktion soll neu definiert werden. Wandlungsfähigkeiten und Ressourceneffizienz werden durch intelligente Systeme bereitgestellt. Trotz eines hohen Automatisierungsgrades steht das Personal stets in einer zentralen Position. Assistenzsysteme für die Smart Factory sind auf Menschen orientiert. Das heißt,  intelligente Systeme sollen ergonomisch und benutzerfreundlich sein.

Machen intelligente Systeme die Produktionsumgebung einfacher? Nein! Bewegung in Richtung Smart Factory bedeutet, ständig wachsende Komplexität. Systeme erreichen langsam den Zustand, mit dem das Verständnis über das gesamte System und die detaillierten Abläufe verloren geht. Professor Jasperneite schlägt zwei Wege vor, dieses Problem zu lösen: die Wahrnehmung der Komplexität zu reduzieren, z.B. mit dem USB Ansatz (der USB Port ist komplex realisiert, aber sehr einfach für die Nutzer zu verwenden) und  ausreichende Fortbildung und Weiterbildung des betreuenden Personals.

Wie soll die wissenschaftliche Vision und die Pilot Projekte aus dem Labor in die reale Produktion übertragen werden? Entscheidend ist auch der Technologieträger. Perspektiven vom  Automationssystemanbieter Siemens AG, hat Herr Eckard Eberle, CEO Bereich Industrial Automation Systems, mit dem Thema „Industrie 4.0: Produkt- und Produktionslebenszyklus wachsen zusammen“, präsentiert. Die erste Aussage von Herr Eberle klingt ziemlich ernüchternd: „Ja, wir sind auf dem Weg zu Industrie 4.0 und es ist noch ein langer Weg!“. Die heutige Produktion erfolgt mit modularer, IT gestützter Automatisierung. Morgen soll die Integration und die Optimierung des gesamten Produktentstehungs-prozesses realisiert werden. Und nur „Übermorgen“ sieht Herr Eberle die Selbstoptimierung von Cyber-Physischen Systemen als Ziel. Der globalisierte Markt diktiert die neuen Anforderungen. Wer im Rennen bleiben will, soll seine Produkte schnell, günstig und Kunden orientiert und sogar individualisiert anbieten können. Eine Beschleunigung und eine Effizienzsteigerung können durch die Integration des Produktentwicklungs- und Produktionsprozesses erreicht werden. „Schneller von der Idee zur Produktion durch eine digitale Plattform für die Integration des Produktentwicklungs- und Produktionsprozesses“ – klingt überzeugend und vielversprechend. Und das sind nicht nur schöne Worte, die Siemens Elektronikwerke gehören zu den ersten Anwendern einer digitalen Plattform. Siemens lebt also schon im „Morgen“!

Siemens sieht die zukünftige Produktion als modulare, vernetzte und intelligente Produktionseinrichtung, wo die Produktionsschritte auf Basis der aktuellen Situation flexibel und automatisch ausgehandelt werden. Reduzierung der Komplexität soll durch eine „intelligentere“ Struktur erfolgen. Die Produktionssysteme besitzen ein digitales Abbild, welches immer aktuell ist und über den gesamten Lebenszyklus erweitert wird.

Die Diskussion CPS versus SPS löst Herr Eberle mit dem Vorschlag: „In den Intelligenten Produktionseinrichtungen wird die SPS zum CPS-Controller.“ SPS bieten Sicherheit, weil sie ein eigenes OS besitzen und als Folge kann auch eine Prozesssicherheit garantiert werden. Bei der Kommunikation mit SPS kann dies durch unterschiedliche Protokolle unterstützt werden. Die Granularität der Dezentralisierung kann natürlich variieren. Durch einen Pragmatismus bei der weiteren Verwendung von SPS erfolgt dies zu verbesserter Migrierbarkeit und Akzeptanz bei den Betreibern von Produktionseinrichtungen.

Autor

Dr. Helena Unger Helena arbeitet als Principal für die Accso Accelerated Solutions. Ihre aktuellen Schwerpunkte sind IT Projekt und Programm Management, sowie Teamentwicklung und System Reengineering und Modernisierung.
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