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Smart Factory: Nachgefragt bei Daniel Liebhart

Die Digitalisierung in der Industrie verspricht großes Potenzial, das Thema Industrie 4.0 ist in aller Munde, die Umsetzung jedoch erfolgt schleppend. Laut der im Januar 2016 veröffentlichten „Industry 4.0 Survey" von McKinsey, für die mehr als 300 Experten aus Deutschland, Japan und den USA befragt wurden, verfügen nur 16 Prozent der Fertigungsunternehmen über eine umfassende Industrie 4.0-Strategie und nur 24 Prozent haben die Verantwortlichkeiten für die Implementierung einer solchen Strategie schon klar zugeordnet.

DanielLiebhart01.jpgWoran hapert es also bei der Umsetzung von Smart Factory? Welche Herausforderungen haben Unternehmen zu meistern und welche Chancen eröffnen sich? Wir haben nachgefragt bei Daniel Liebhart, Solution Manager bei Trivadis und Dozent für Informatik an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZAHW).


Was zeichnet intelligente Fabriken aus?

Daniel Liebhart: Die Smart Factory ist der Grundbaustein der Industrieproduktion von morgen, die fähig ist, bis auf den Einzelaufträge hinunter flexibel, wirtschaftlich und ressourcenschonend zu produzieren. Die Idealvorstellung sieht dabei so aus: Der Kunde definiert den Auftrag und der steuert sich anschliessend selbst − von der Bestellung des erforderlichen Rohmaterials über die Reservation der Bearbeitungsmaschinen, Montagekapazitäten, Lagerhallen und erforderlichen Logistikleistung bis hin zur Qualitätskontrolle und Auslieferung. Und das über Firmengrenzen hinweg.

Hinter intelligenten Fabriken stecken drei zentrale Paradigmen: das intelligente Produkt, die kommunizierende Maschine und der assistierte Bediener. Das intelligente Produkt kennt seine Auftrags-, Material und Produktionsdaten und beeinflusst damit die Herstellung. Die kommunizierende Maschine ist eine so genannte CPS- (Cyber Physical System) Komponente, die mit dem intelligenten Produkt interagiert. Der assistierte Bediener ist der Mensch, der vom Produkt darüber informiert wird, wie die Montage zu erfolgen hat.
Möglich wird die intelligente Fabrik durch das nahtlose Zusammenspiel einer Vielzahl von modernen Fertigungseinheiten (CPS oder CPPS - Cyber-Physische Produktionssysteme), die im Zentrum eines vernetzen Verbundes von Sensoren wie beispielsweise Kameras, Mikrofonen oder Messfühler und anderen an einer Produktion beteiligten Geräte wie Host, Server, PC, Tablet und Smartphone stehen. In diesem Verbund „intelligenter Dinge“ müssen sämtliche relevanten Produktions- und Umgebungsdaten in Echtzeit ausgetauscht und kombiniert werden können, damit die einzelne Fertigungseinheit möglichst effizient arbeitet. Nur dann werden Aktoren, wie beispielsweise Greifarme, Werkzeuge oder andere Mechanismen, rechtzeitig einzelne Produktionsschritte den Daten entsprechend ausführen.


Inwieweit ist Smart Factory im deutschsprachigen Raum heute schon Realität? Was sind die Hemmnisse?

Daniel Liebhart: Die Smart Factory ist heute bereits weit über den vor zwei Jahren an der Hannover Messe gezeigten Prototypen der DFKI (Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz) hinaus Realität. Zumindest auf der Ebene Fertigungsgebäude haben verschiedene Firmen bereits solche Smart Factories realisiert. Dazu gehören beispielsweise die STIWA Group mit ihrem Werk im österreichischen Gampern oder auch das Robert Bosch-Werk Blaichach bei Immenstadt im Allgäu. Bis hin zur integrierten Produktion über Firmengrenzen hinweg ist es jedoch ein weiter Weg. Die notwendigen Standards haben sich noch nicht durchgesetzt und die firmenübergreifenden Infrastrukturen, wie beispielsweise intelligente Logistikketten oder sichere Datenaustauschplattformen, sind erst im Aufbau.


Was sind die zentralen Herausforderungen, denen sich Unternehmen auf dem Weg zur Smart Factory stellen müssen?

Daniel Liebhart: Den Herausforderungen auf der Automatisierungsebene begegnet die Industrie seit jeher mit einer Steigerung der Gesamtanalgeneffektivität oder auch OEE (Overall Equipment Effictiveness). Die integrierten Fertigungsgebäude sind der Beweis dafür, dass die Vernetzung von CPS-Bestandteilen einen weiteren Schub in diesem Bereich mit sich bringen wird. Jedes Unternehmen ist gut beraten, in diesem Bereich konkrete Realisierungsprojekte zu definieren. Eine mögliche Steigerung der Performance um bis zu einem Viertel ist bereits heute möglich.

Eine aus meiner Sicht weitere zentrale Herausforderung ist die Anpassung der IT eines Industriebetriebes. Das ist notwendig, um das volle Potential der intelligenten Fabrik zu nutzen. Die Veränderung betrifft sowohl die Standardprodukte als auch die Art und Weise, wie mit Informationen umgegangen wird. Typische IT-Systeme in der heutigen Produktion sind für eine stückzahlenorientierte und zentral gesteuerte Produktion ausgelegt. Eine auftragsorientierte und dezentrale gesteuerte Produktion hat andere Anforderungen, die bestehende Systemlandschaft wird umgebaut werden müssen. Die zweite, vielleicht sogar entscheidendere Veränderung der IT, betrifft den Umgang mit Informationen. Wertschöpfungsketten über Firmengrenzen hinweg zu unterhalten, bedeutet den abgesicherten und schnellen Austausch grosser Datenmengen. Die Datenlogistik wird damit zur wichtigsten Aufgabe der IT eines Industrieunternehmens werden. Es müssen alle geforderten Informationen in der richtigen Zusammensetzung zur rechten Zeit am richtigen Ort zur Verfügung stehen.

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Was sind die Chancen und Risiken, die sich für Unternehmen und ihre Kunden durch Smart Factory ergeben?

Daniel Liebhart: Smart Factory ist nichts weniger als die Zukunftssicherung der Industrieproduktion in Hochpreisländern. Durch vollständige Automation erhöht sich nicht nur die Anlageneffizienz signifikant, es wird darüber hinaus eine völlig neue Dimension der industriellen Fertigung geschaffen. Die Losgrösse 1 für die Massenproduktion ist dabei die Zielgrösse. Das bedeutet, dass Kundenaufträge unabhängig von der Stückzahl vollautomatisch und flexibel hergestellt werden können. Allerdings ist diese Flexibilität nur dann zu erreichen, wenn die Mitarbeitenden auch vernetzt und flexibel arbeiten können. Dazu müssen allerdings auch die Organisationsstrukturen der neuen Produktionsphilosophie angepasst werden. Also sollten an die Stelle zentral gesteuerter und klar strukturierter Hierarchien gut vernetzte dezentrale und relativ autonome Einheiten treten.


Die vernetzte Industrieproduktion stellt hohe Anforderungen an die IT-Sicherheit. Welche Sicherheitsaspekte sollten Unternehmen auf jeden Fall beachten?

Daniel Liebhart: Die neue Anforderungen an die IT-Sicherheit werden im Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0 der Bundesregierung mit dem Titel „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt 4.0“ aus dem Jahr 2013 mit den Begriffen Betriebssicherheit (Safety) und Angriffssicherheit (Security) umschrieben. Die Betriebssicherheit soll gewährleisten, dass Gefahren für Menschen und Umwelt vermieden werden, während die Angriffssicherheit Anlagen und Produkte vor unbefugtem Zugriff schützen soll. Beide Aspekte betreffen die Datenlogistik und stellen eine Reihe von Anforderungen an die Gestaltung von Infrastrukturen. Vollständig vernetzte Systeme und insbesondere firmenübergreifend funktionierende Gesamtsysteme haben sehr hohe Ansprüche an die Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit von Daten. So muss gewährleistet werden, dass Daten, Know-How und Personen umfassend geschützt sind. Es gilt also, den Aufbau und den Betrieb sowie die Überwachung integrierter Sicherheitskonzepte, -architekturen und -standards voranzutreiben. Die acht Empfehlungen des Abschlussberichts bilden dabei lediglich eine Grundlage.

Bildquelle: SD-Pictures

 

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Topics: Nachgefragt Industrie 4.0 Internet of Things