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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
- Stimmungsbarometer Industrie 4.0
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.
Herausforderung 5: Kultur
Bisher voneinander getrennte Bereiche wie IT, Fertigung und Entwicklung müssen künftig eng zusammenarbeiten. Dies stellt eine besondere Herausforderung für die Mitarbeiter in diesen Bereichen dar, da sich ihre Firmensitze oftmals in verschiedenen Ländern befinden und auf Grund der Sprachbarriere Verständigungsschwierigkeiten zwischen den einzelnen Fraktionen aufkommen können. Daher hatte sich bisher eine lose Prozesskopplung anhand von Meilensteinen oder Synchronisationspunkten entwickelt, die es nun aufzulösen gilt - mit allen Schwierigkeiten einer internen Transformation.
Herausforderung 6: Wissen und Kenntnisse der Mitarbeiter
Die Aufgaben von Produktions- und sogenannten Wissensarbeitern wachsen zusammen. Mitarbeiter in den operativen Bereichen, z.B. Maschinenführer, müssen für kurzfristige, kaum planbare und kreativere Arbeitstätigkeiten qualifiziert werden, also weg von den bisherigen Tätigkeiten nach Verfahrensanweisungen. Darüber hinaus wird die Rolle des IT-Architekten immer wichtiger, um das Zusammenspiel der Systeme der einzelnen Bereiche zu bewerten, zu steuern sowie Veränderungen und Anforderungen zu definieren.
Heute gibt es in jedem der beteiligten Bereiche Mitarbeiter, die umfassendes Wissen zu Prozessen und Datenströmen haben. Zukünftig wird es immer wichtiger, dieses Wissen in einem unternehmerischen Gesamtkontext zu beziehen und somit Schnittstellen zwischen den Bereichen zu bilden. Die Bindung hochspezialisierter, interner Mitarbeiterpopulationen rückt somit, entgegen des Trends zum Outsourcing, wieder in den Mittelpunkt.
Fazit: Auch die nicht-technischen Herausforderungen berücksichtigen
Industrie 4.0 stellt nahezu alle produktbezogenen Bereiche eines Unternehmens vor tiefgreifende Veränderungen. Der Aufwand und das Risiko für die Umsetzung dieser Veränderung sind immens, das Potential dieser Veränderungen kann in den meisten Fällen dagegen nicht belastbar abgeschätzt werden.
Umso wichtiger ist es, bereits in den ersten Überlegungen zu Industrie 4.0 nicht nur die Technik zu betrachten, sondern auch die nicht-technischen Herausforderungen zu berücksichtigen. Damit kann die Erfolgsaussicht von Industrie-4.0-Projekten sehr stark positiv beeinflusst werden. (mb)