Wie intelligente Technik Unternehmen verändern wird
1. Problemaufriss
Künftig wird die Wirtschaftswelt durch digitalisierte Geschäftsprozesse gekennzeichnet sein. Die deutsche Industrieproduktion sieht sich einem technischen Meilenstein gegenüber: Sie steht vor einer vierten industrielle Revolution, die durch die Industrie der Dinge initiiert wurde, also autonome implementierte Systeme, die kabellos untereinander und mit dem Internet verbunden sind. Die Industrie der Dinge kann in vielen Branchen eingesetzt werden.
2. Smart Factory als Kernelement der Industrie 4.0
Ein Kernstück der Industrie 4.0 ist die Smart Factory, ein Begriff aus der Forschung im Bereich Fertigungstechnik. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt. Kennzeichen der Smart Factory ist eine neue Dimension sozio-technischer Interaktion aller an der Produktion beteiligten Akteure und Ressourcen.
Im Zentrum steht eine Vernetzung von selbstständigen, sich lageabhängig selbst steuernden, sich selbst formenden, wissensbasierten, sensorgestützten und dislozierten Produktionsressourcen samt Planungs- und Steuerungssysteme.
Die Smart Factory weist ein durchgängiges Engineering auf, das sowohl die Produktion als auch das produzierte Produkt umfasst, durch das die digitale und physische Welt nahtlos ineinander greifen. Die Smart Factory ist zudem eingebettet in firmenübergreifende Wertschöpfungsnetze, was weiterreichende Vorteile mit sich bringt.
3. Vor- und Nachteile der Smart Factory
Die intelligente Fabrik als wesentlicher Bestandteil von Industrie 4.0 ermöglicht maßgeschneiderte Produkte und stellt damit den deutschen Wettbewerbsvorteil in einer globalisierten Welt sicher.
Mit ihren Schnittstellen zu Smart Mobility, Smart Logistics und dem Smart Grid ist sie ein wichtiger Bestandteil zukünftiger intelligenter Infrastrukturen. Als Smart Factory ermöglicht sie die Beherrschung der zunehmenden Komplexität der Produktionsabläufe für den Menschen und macht die Produkte attraktiv urban-verträglich und wirtschaftlich.
3.1 Steigerung der Ressourceneffizienz
Die Effizienz der Ressourcen wird spürbar gesteigert. Bestände und Durchlaufzeiten kundenindividueller Produkte werden massiv verkürzt. Die Qualität und Produktivität deutscher Produkte wird nachhaltig gesteigert. Damit wird die an deutschen Produkten geschätzte Qualität und Produktivität nachhaltig ausgebaut. Ein weiterer Vorteil im Wettbewerb.
3.2 Beherrschung der Störeinflüsse
Die intelligente Fabrik beherrscht Störeinflüsse und löst bestehende Grenzen auf. Layouts, Abfolgen, Betriebs- und Recyclingpunkte, Produkte und Technologien werden flexibilisiert. Sie entfaltet dazu ihr Potenzial durch die Erfüllung bisher als widersprüchlich geltender Anforderungen.
In der intelligenten Fabrik teilen Social Machines ihr Wissen: Sie erkennen beispielsweise durch Lernerfahrung die besten Parameter, mit denen sie bestimmte Werkstoffe bearbeiten können, erkennen und informieren in ihrem sozialen Netzwerk andere mit ihnen vernetzte Maschinen, die diese neuen Einstellungen wiederum automatisch übernehmen.
Smart Products tragen eigenes Wissen und Global Facilities ermöglichen neuartige Wertschöpfungsnetzwerke.
3.3 Reduktion von Verschwendung
Die virtuelle Produktion (Virtuel Production) trägt durch Echtzeit-Abbilder der Produktion zur Reduktion von Verschwendung weit über bestehende Ansätze hinaus bei. Hier bildet eine perfekte Digitalisierung die Basis.
3.4 Bessere Wahrnehmung der Aufgaben
Im Mittelpunkt der Interaktionen in der Fabrik stehen trotz Digitalisierung die Beschäftigten (Augmented Operators), die ihre Aufgaben durch die virtuell erweiterte Sicht auf die reale Fabrik besser wahrnehmen können. Sie erweitern ihre Fähigkeiten stetig und werden so vom Bediener zum kooperativen Steuerer, Regulierer und Gestalter, der seine Expertise kontinuierlich einbringen kann.
Die zukünftige multiadaptive Smart Factory wird keinesfalls menschenleer sein, sondern sie wird die Beschäftigten als aktive Träger von Entscheidungen und Optimierungsprozessen dringend benötigen. Die Beschäftigten werden wichtige Funktionen bei dem Entwurf, der Installation, der Umrüstung, der Wartung und der Reparatur komplexer cyber-physischer Produktionssysteme und der für die Industrie der Dinge notwendigen neuartigen Netzkomponenten übernehmen.
Außer den Beschäftigten sind auch alle weiteren Mitwirkenden (Zulieferer, Kunden) in die Beziehungen in der Fabrik mit eingebunden.
Ein Nachteil der Smart Factory sind die häufig fehlenden Standards in Bezug auf die Umsetzung. Außerdem stellen die hohen Investitionskosten für klein- und mittelständische Unternehmen eine große Hürde dar.
4. Teiltechnologien der Industrie der Dinge
Die Technologie-Basis der Industrie der Dinge besteht aus den folgenden Teiltechnologien.
4.1 Elektronik
Elektronik gestattet immer schnellere, preiswertere, kleinere und energiesparendere Bauelemente zum Betreiben von Kommunikation und Software.
4.2 Mikrosystemtechnik
Mikrosystemtechnik ermöglicht immer kleinere, günstigere und leistungsfähigere Sensoren und Aktoren.
4.3 Kommunikationstechnologie
Kommunikationstechnologie erlaubt die immer preiswertere, schnellere, globale, sekundenschnelle Verknüpfung von Prozessen und Datenbeständen.
4.4 Audio-ID
Audio-ID mittels Bar-, Data-Matrix-Code oder Radio-Frequency-Identification (RFID) gestattet die zweifelsfreie Identifizierung einfachster Objekte und deren Verbindung mit der virtuellen Welt.
4.5 Mensch-Maschine-Schnittstellen
Mensch-Maschine-Schnittstellen gewährleisten dank perfekter Digitalisierung die automatische Bedienung komplexer Systeme und die Beziehung mit ihnen auch ohne spezielle Ausbildung.
4.6 Software
Software gestattet die globale dynamische Verteilung von Funktionalität und ist fester Bestandteil für die Systemintegration über die Teilgewerke Mechanik, Elektrik und Elektronik hinweg. Die Entwicklung von Software stößt nicht an technische Grenzen. Software hängt als einzige Technologie ausschließlich von der Kreativität und den Fähigkeiten des Menschen (Entwicklers) ab.
5. Bedarf an Forschung und Entwicklung
Prinzipiell lässt sich mit dem Prinzip der intelligenten Fabrik die Produktivität jeder beliebigen Fertigung steigern.
Die Zielsetzungen von Industrie 4.0 werden nur dann optimal erreicht, wenn sowohl die Potenziale der Anbieterperspektive als auch jene der Marktperspektive aufeinander abgestimmt und in einer Symbiose zu einer dualen Strategie zusammengeführt werden.
Zur Verwirklichung der Industrie 4.0 sind in Deutschland einige Anstrengungen in Forschung und Entwicklung erforderlich.
Zur Umsetzung der dualen Strategie besteht Bedarf an Forschung zur horizontalen und vertikalen Integration von Produktionssystemen sowie zur Durchgängigkeit des Engineerings.
Darüber hinaus sind die Beschäftigten und Akteure (Kunden, Zulieferer) in Kooperation mit Industrie 4.0-Systemen in den Fokus zu nehmen. In erster Linie entstehen Risiken bei der Verarbeitung personenbezogener Mitarbeiter- und Kundendaten.
6. Fazit
Der Fortschritt bei der intelligenten Technik nimmt Fahrt auf, sodass die meisten Produktionen schon heute mit der Entwicklung nicht Schritt halten können. Um hier nicht den Anschluss zu verlieren, sollten sich Unternehmen möglichst schnell mit der Umstrukturierung der eigenen Produktion befassen.
