Technologie ist nur die halbe Wahrheit

Herausforderungen auf dem Weg zu Industrie 4.0

Thomas Weilhart ist Senior Manager bei kobaltblau Management Consultants GmbH. Er begleitet Unternehmen in Digitalisierungsprojekten und berät in Fragen zu IT-Governance und IT-Organisation. Davor war er zehn Jahre in leitenden Positionen im IT-Management führender Industrieunternehmen.
Der Weg zu Industrie 4.0 erfordert von den betroffenen Unternehmen eine umfassende Transformation, teilweise sogar bis zur Kannibalisierung des aktuellen Geschäftsmodells. Die Notwendigkeit, schnellstmöglich einen vielseitigen Änderungsprozess anzustoßen und erfolgreich umzusetzen, bringt viele unerwartete Herausforderungen mit sich.
Industrie 4.0 ist eine Ausprägung der Digitalisierung im Bereich der industriellen Fertigung.
Industrie 4.0 ist eine Ausprägung der Digitalisierung im Bereich der industriellen Fertigung.
Foto: Monkey Business Images - shutterstock.com

Industrie 4.0 umfasst automatisierte Steuerungsmechanismen für Produktion und Logistik auf Basis von intelligenter Datenaufnahme, -speicherung und -verteilung durch Maschinen und Menschen in Echtzeit im Rahmen der industriellen Kernprozesse. Dadurch wird es möglich, die Produktionsprozesse noch enger als bisher mit Partnern entlang der Wertschöpfungskette zu vernetzen, kleinere Losgrößen kostendeckend zu fertigen und insgesamt schneller auf Kundenanforderungen zu reagieren. Zusätzlich wird durch die interdisziplinäre Vernetzung der Produktdaten die Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten im Produktlebenszyklus wie Entwicklung, Einkauf, Produktion, Logistik und Vertrieb optimiert.

Was ist Industrie 4.0?

  • Industrie 1.0: ab 1800 Mechanisierung der Produktion durch Dampfmaschinen in Fabriken

  • Industrie 2.0: ab 1913 Massenfertigung durch das Fließband (Henry Ford)

  • Industrie 3.0: ab 1970 programmierbare Steuerungssysteme durch Mikroelektronik

  • Industrie 4.0: ab 2011 (Wortschöpfung) Nutzung von moderner Kommunikation- und Informationstechnologie

Herausforderung 1: Strategische Positionierung

Bevor eine Bewertung der Auswirkungen und Konsequenzen von Industrie 4.0 für das Unternehmen erfolgen kann, ist die strategische Positionierung des Unternehmens im Hinblick auf Industrie 4.0 erforderlich. Zum einen ist zwar mit einer Umstellung der Arbeitsweise ein beträchtlicher Investitionsbedarf verbunden, zum anderen stellt Industrie 4.0 aber auch einen Meilenstein in der Entwicklung dar. Dieser bringt den Innovatoren und frühen Anwendern massive Wettbewerbsvorteile hinsichtlich Fertigungskosten, -flexibilität und Umsetzungsmöglichkeiten.

Um diese Herausforderung zu meistern ist es nötig, in einem ersten Schritt die Ausrichtung des Unternehmens als Kosten- oder Technologieführer oder in der Kundenorientierung zu überprüfen und zu schärfen. Auf Basis dieser strategischen Positionierung und des aktuellen Status Quo können dann Art, Umfang und zeitlicher Rahmen der notwendigen Veränderungen abgeleitet werden.

Herausforderung 2: Verschmelzung bisher getrennter Welten

Die am stärksten betroffenen Bereiche Engineering, Logistik und Produktion arbeiten traditionell mit getrennten Daten, Prozessen und Systemen, um Ihre individuelle Arbeit bestmöglich zu unterstützen. Eine Integration in die jeweils "andere Welt" erfolgt nur zu definierten Meilensteinen, wie z.B. zur Serienfreigabe eines Produktes. In der Logik von Industrie 4.0 ist eine tiefe Integration der einzelnen Systeme nötig, um in Echtzeit auf die notwendigen Daten aller beteiligten Bereiche zugreifen zu können.

Da die einzelnen Einheiten bisher meist großen Aufwand für ihre eigene Optimierung verwendet haben, ist eine kurzfristige Integration der betroffenen Systeme in der Regel nicht möglich. Stattdessen empfiehlt es sich, die bestehenden Systeme nach und nach ineinander zu integrieren. Um diese Herausforderung zu meistern kommen meist Middelware und Business-Intelligence oder Business-Warehouse-Systeme (BI- bzw. BW-Systeme) zum Einsatz. Erstere als Datendrehscheiben für die Versorgung vieler Umsysteme mit Stamm- und Bewegungsdaten aus den Ursprungssystemen. Letztere unter dem Schlagwort "Big Data" zur Verknüpfung von Daten aus den einzelnen Quellsystemen, um daraus Trends abzuleiten, Muster zu erkennen oder Optimierungspotential zu finden.

Eine weitere Frage ist, wer künftig diese "gemeinsame Welt" verantwortet. Die verschiedenen Bereiche, die bisher für Ihre eigenen Systeme und Daten verantwortlich waren, werden zukünftig von nur einer zentralen Organisationseinheit geleitet. Dies hat Auswirkungen auf Budgets, Personalverteilung zwischen den Bereichen und Flexibilität in der Umsetzung von Anforderungen.

Herausforderung 3: fehlende Standardisierung

Bisher bringt jedes Steuerungssystem und jede Sondermaschine eine eigene und oftmals geschlossene Softwarearchitektur mit sich. Dadurch ist es beinahe unmöglich, sich in Richtung Standardisierung zu bewegen, ohne große Teile der Funktionalität selbst entwickeln zu müssen. Eine Veränderung in diesem Umfeld wird es mittelfristig nur geben, wenn sich der (in Deutschland meist mittelständisch geprägte) Maschinenbau auf einheitliche Standards verständigt. Bis dahin ist jedes Anwenderunternehmen auf dem Weg zu Industrie 4.0 auf sich alleine gestellt. Die Eintrittsbarriere bzgl. der notwendigen Investitionen ist damit entsprechend hoch.

Herausforderung 4: Security & Safety

Sicherheitsaspekte müssen bereits beim Design intelligenter Produktionsanlagen berücksichtigt werden. Das bezieht sich sowohl auf die Robustheit der Systeme und Prozesse (Safety), als auch auf die Datensicherheit und das Gefährdungspotential durch Angriffe von außen (Security). Bisher wurden die Systeme im Wesentlichen auf die Anforderungen von Stabilität und Robustheit hin entwickelt. In einzelnen Branchen ist die Anforderung an die Prozesssicherheit extrem hoch (z.B. chemische Industrie, Pharma), in diesen Bereichen wurde das Augenmerk dementsprechend auf diese Bereiche gelegt.

Die technischen Lösungen haben diese Anforderungen im Großen und Ganzen abgedeckt, wie z.B. das Aufstellen von Servern direkt angegliedert an die Produktionsanlagen. Diese Lösung ermöglicht eine relativ einfache Absicherung der Systeme gegen Angriffe von Unbefugten und bietet gleichzeitig Befugten die Möglichkeit, trotzdem von außen auf Daten zuzugreifen. In den Systemen und deren Komponenten muss also ein starker Fokus auf den Bereich Security gelegt werden Dies kann durch Verwendung von aktuellen Betriebssystemen und Datenbankversionen, durch Absicherung der Systeme durch Maßnahmen - z.B. Rollen- und Berechtigungskonzepte, Nutzung von sicheren Kommunikations- und Übertragungsmethoden - erfolgen.