Smarte Produkte treffen auf Smarte Fabrik

Wie smarte Produkte die Wertschöpfung in Unternehmen verändern

14.01.2019
Von  , Christian Zeller und Guido Horstmann  IDG ExpertenNetzwerk


In seinen beruflichen Stationen bei Siemens, Staufen AG, MT Aerospace und aktuell Detecon trug Dr. Walter Huber überwiegend die Verantwortung für strategische Veränderungen.

Im Laufe seiner beruflichen Tätigkeit hat er über 30 Industrie 4.0 Projekte umgesetzt und mehrere Firmen in Richtung Industrie 4.0 transformiert. Hierzu ist auch beim Springer Verlag das erste Buch mit dem Titel „Industrie 4.0 in der Automobilproduktion“ erschienen. Ein weiteres Buch mit dem Titel „Wie Technologien unsere Wirtschaft und unsere Unternehmen verändert“ erscheint ebenfalls beim Springer Verlag.

Neue Produkte brauchen mehr als eine neue Infrastruktur

Um nun die schönen neuen Möglichkeiten zu nutzen, bedarf es neben den neuen Produkten auch einer entsprechenden Infrastruktur. Diese allein reicht aber immer noch nicht aus. Dies soll an zwei Beispielen verdeutlicht werden:

Smarte Maschinen eines Maschinen- und Anlagenbauers werden mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Hierüber erkennen sie ihre Umgebung. Darüber hinaus können sie sich mit der unternehmenseigenen Cloud/Plattform verbinden, um Zusatzdienste, wie Predictive Maintenance per APP zu aktivieren. Das Problem an dieser schönen neuen Welt ist, dass der Endkunde wenig Interesse hat, "seine" Daten und damit "sein" Produktionssystem offen zu legen.

Daher gilt es schon im Vorfeld einer möglichen Vernetzung die Frage zu klären, wem die Daten gehören, die während der Nutzung einer Maschine generiert werden. Diese Frage gilt es zu klären - am besten schon im Vorfeld einer möglichen Vernetzung. Somit wird klar, dass es sich hier nicht ausschließlich um ein rein technisches Thema handelt. Darüber hinaus muss die Art und Weise der Integration und Kommunikation geklärt werden. Die Nutzung des Kundennetzwerkes ist hier sicherlich zwar naheliegend, aber genauso schlecht. Denn vernetzte Maschinen können gewaltige Datenmengen erzeugen und gegebenenfalls andere Anwendungen im Netzwerk beeinträchtigen.

Einfacher verhält sich der Sachverhalt beim Produkt Auto. Auch hier werden enorme Datenmengen generiert, aber wir haben eine analoge Diskussion - wem gehören die Daten, um hierüber entsprechende Mehrwerte zu generieren? Dem Autohersteller, dem Fahrer oder dem Besitzer des Autos? Und auch die Mehrwerte beziehen sich hier nicht nur auf den OEM, wie BMW, Daimler oder Audi, sondern auch für den Kunden - also jeden von uns.

Der rein technische Aspekt beim Aufbau der bereits angedeuteten Infrastruktur die zur Nutzung von smarten Produkten erforderlich ist, ist leider ebenfalls nicht trivial. Während der Produktentwicklung gilt es verschiedenste Fragestellungen zu beantworten:

  • Wie müssen digitale Services und Geschäftsmodelle gestaltet werden?

  • Welche Technologien und Partner benötige ich für mein IIoT-Vorhaben?

  • Wie skaliere ich meine Services und Geschäftsmodelle erfolgreich am Markt?

  • Wie muss sich dazu meine Organisation verändern?

  • Wie baue ich eine sichere IIoT-Infrastruktur auf und vermittle Sicherheit an meine Kunden?

Es geht also kurz gesprochen fachlich um den Aufbau eines Ökosystems (siehe Abbildung 3). Technisch handelt es sich dabei um die schon angesprochene Plattform, die nun aus verschiedenen Perspektiven betrachtet wird. Bei der Konzeption und dem Aufbau derartiger Ökosysteme - man spricht hier auch von IIoT-Plattform - gilt es methodisch vorzugehen (siehe Abbildung 4).

Abbildung 3: Der Aufbau eines (I)IoT-Ökosystems
Abbildung 3: Der Aufbau eines (I)IoT-Ökosystems
Foto: Detecon
Abbildung 4: Methodisches Vorgehen beim Aufbau einer IIoT-Plattform
Abbildung 4: Methodisches Vorgehen beim Aufbau einer IIoT-Plattform
Foto: Walter Huber

Die organisatorischen Themen werden bei derartigen Projekten oftmals entweder gleich vergessen oder zu gering priorisiert: Tritt das Unternehmen als Generalunternehmer auf (Aufbau eines eigenen Ökosystems, geschlossener oder offener Ansatz) oder partizipiert das Unternehmen an Initiativen? Bei einem geschlossenen Ansatz handelt es sich um Ansätze, wie sie etwa Apple verfolgt. Hierbei bedarf es einer entsprechenden Infrastruktur um die Services zu nutzen und natürlich einer entsprechenden Marktmacht. Bei offenen Ansätzen, wie sie etwa die Hersteller von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen verfolgen, wird bewusst von einer Heterogenität der Endsysteme ausgegangen (siehe Abbildung 5).

Abbildung 5: Technische Aspekte einer IIoT-Plattform
Abbildung 5: Technische Aspekte einer IIoT-Plattform
Foto: Walter Huber

Offene Ansätze (Plattform-Ansatz) sind häufig dann gefragt, wenn auf bestehenden, heterogenen Märkten eine große Zahl an Anbietern und Nachfragern zusammengebracht werden sollen. Solche Plattformen bieten den Marktteilnehmern große Freiheiten und den Plattformbetreibern niedrige Betriebskosten - das Angebot kommt ja von den vielen anbietenden Partnern. Allerdings lassen sich solche Plattformen häufig nur schlecht kontrollieren und ein Plattformwechsel ist sowohl für Anbieter als auch für Nachfrager nur selten mit hohen Hürden verbunden.

Ein geschlossener Ansatz hingegen bietet dem Unternehmen eine hohe Kundenbindung. Wer einmal seine Daten in das Ecosystem eingebracht hat, kann sie nur mit großen Aufwänden lösen (Lock-In) oder migrieren. Das Angebot kann vom Betreiber gut kontrolliert und gesteuert werden, allerdings muss das Unternehmen selbst entsprechende Produkte und Services einbringen.

Wie smarte Maschinen und Produkte die Smart Factory beeinflussen

Smarte Produkte haben aber auch einen gravierenden Einfluss auf die Produktion. Die Treiber der Veränderung reichen vom demografischen Wandel, attraktivere Arbeitgeber, einer gesteigerten Flexibilität über Kostenreduktion, verbesserte Qualität bis hin zur vielbeschriebenen Losgröße 1. Als Ergebnis sollten ja die smarten neuen Produkte auch in einer Smart Factory produziert werden. Hierbei geht es kurz gesprochen um die weitere Optimierung des Kundenauftragsprozesses (siehe Abbildung 6), bei der die bereits am Anfang des Artikels angesprochenen Technologien zum Einsatz kommen. Diese sind allerdings nur Enabler und sollten darüber hinaus austauschbar sein: Der Wandel von Technologien ist zu schnell und passt somit nicht zur langen Lebensdauer einer Fabrik.

Abbildung 6: Die Bestandteile einer Smart Factory
Abbildung 6: Die Bestandteile einer Smart Factory
Foto: Walter Huber

"Das Teil steuert den Prozess" ist zwar ein Zielbild in der Smart Factory, aber für die nächsten Jahre wenig realistisch. Hierfür wäre ein Wechsel von der Fließbandfertigung hin zu einer Inselfertigung, wie sie schon aus der Lean-Transformation bekannt sind, erforderlich. Speziell in der Automobilindustrie ist dieser Wechsel hochgradig komplex, da die Granularität der einzelnen Inseln noch unklar ist. Somit gilt es schon aus diesen Gesichtspunkt heraus nach Alternativen zu suchen. Einen Ansatz stellen smarte Maschinen/Anlagen und Werkzeuge dar. Die gehören natürlich auch in die Smart Factory und liefern bereits heute wertvolle Dienste.

Parallel zur Vernetzung der neuen smarten Produkte in Form von Maschinen, Anlagen und Werkzeugen können Unternehmen einen digitalen Zwilling ihrer Produkte erstellen und diesen neben oder zusätzlich zu dem physikalischen Produkt an den Markt bringen. Hierbei ist aber nicht unbedingt eine 1:1 Abbildung erforderlich.

Speziell bei Maschinen- und Anlagenbauern und für den Endkunden ergeben sich hier Mehrwerte. Die Integration derartiger smarten Maschinen und Anlagen in die vorhandene Produktionsumgebung (etwa ein MES) wird deutlich vereinfacht. Dies gilt nicht nur für Maschinen. Auch Teile, etwa ein Kotflügel oder ein Schiebedach, könnten mit einem digitalen Zwilling ausgestattet werden. Die intelligenten Teile "wissen", wie sie verbaut werden müssen und könnten sowohl in der Produktionsplanung als auch dem Werker in der Endmontage entsprechende Informationen liefern. Es erfolgt eine Verlagerung der Komplexität an den Ort ihrer Entstehung - also das Produkt oder Teil/Material. Die Erstellung von Arbeits- und Prüfplänen beim OEM gestaltet sich somit deutlich einfacher.

Voraussetzung hierfür ist die Verwendung entsprechender Standards wie OPC-UA oder AutomationML (beide Standards wurden ja bereits harmonisiert). Dadurch ist eine Integration in die Produktion gewährleistet. Dieses naheliegende Ansinnen wird aber durch branchenspezifische und herstellerspezifische Bestrebungen nicht unbedingt gefördert. Diese Bestrebungen resultieren auch aus dem teilweise fehlenden branchenspezifischen Ausprägungen der verfügbaren Standards und den damit verbundenen spezifischen Anforderungen.

Somit sind smarte Maschinen/Anlagen und Werkzeuge ebenso wie intelligente Teile und Produkte ein wichtiger Teil in der Smart Factory. Analog verhält es sich übrigens mit der Logistik. Der Haken dabei: Da hier Maschinen und Anlagen von verschiedenen Herstellern meist innerhalb eines weltweit agierenden Produktionsverbundes effizient arbeiten müssen, verschieben sich die Integrationsaufwände weg von der Maschinenanbindung hin zur Integration von Plattformen, was allerdings für den OEM (etwa den Automobilhersteller) weder erstrebenswert noch zielführend ist.

Somit wird es wohl nicht nur den schon angesprochenen "Krieg der Plattformen" in Form entsprechender Marktkonsolidierungen geben, sondern es wird auch vermehrt der Druck von Seiten der OEMs auf den Maschinen- und Anlagenbauer entstehen, zumindest für eine Kompatibilität und Offenheit zu sorgen. Am Ende könnten Meta-Plattformen respektive IIoT-Plattformen der OEM entstehen, auf denen die entsprechenden Softwarelösungen der Maschinen- und Anlagenbauer verlinkt respektive installiert sind. Um ein derartiges Unterfangen zu realisieren, bedarf es entsprechender Kenntnisse der Plattformen, Maschinen und Anlagen, aber auch der Produktion - eine nicht zu unterschätzende Herausforderung.

Gleiches gilt auch für den Bereich der Infrastrukturen. Das Rennen zwischen Zukunftstechnologien wie 5G, LoRaWAN, NB-IoT und klassischer Netzwerkanbindung ist noch lange nicht entschieden. Im schlimmsten Fall wird sich der OEM in Mitten einer Vielfalt an Infrastrukturanforderungen wiederfinden, von denen jeder Maschinenbauer einen anderen bevorzugt.