Industrie 4.0 – ein Changeprozess - Teil 2

Wirtschaftsmediation
Industrie 4.0 – ein Changeprozess - Teil 2

Wo liegen die Chancen für Berater und Mediatoren?
Keynotevortrag Dipl.-Ing. Johann Hofmann bei der GRUNDIG AKADEMIE in Nürnberg

Industrie 4.0 – ein Changeprozess - Teil 2

 

 

 

Was versteht man unter dem Begriff »Industrie 4.0«? Kommen auf die Unternehmen und hre Personalabteilungen gravierende Veränderungen zu? Welche Komponenten zählen dazu und welche Folgen hat dies für das Management und seine Berater?

Dies waren Leitfragen im Keynotevortrags von Dipl.-Ing. Johann Hofmann bei der 3. Konferenz der Gesellschaft für Systemdesign, veranstaltet von der GRUNDIG AKADEMIE in Nürnberg.

In Teil 1 dieses Fachberichts wurden der Begriff beschrieben und nach einem geschichtliches Rekurs die Kernpunkte und Synergien erläutert.

 

Die Kernfrage lautet nun:

Welche Möglichkeiten stehen im Rahmen von »Industrie 4.0« zur Verfügung, um derart komplexe Probleme zu lösen?

Dipl. Ing. Hofmann beschreibt zunächst mit 12 Komponenten die Kernpunkte von Industrie 4.0 - einer nahtlosen Verschmelzung von realer und virtueller Welt, um beispielsweise Anlagen und Werkzeuge einer Fertigung nahezu in Echtzeit mit individuell wechselnden Produktansprüchen zu koordinieren.

6. Die 12 Komponenten des Begriffs »Industrie 4.0«

6.1 Interdisziplinarität

Mit dem Begriff »Interdisziplinarität« bezeichnet er die Verbindung und Kombination von voneinander unabhängigen (wissenschaftlichen) Fachrichtungen und deren Methoden, Ansätzen oder Denkrichtungen. Um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen, werden verschiedene Lösungsstrategien miteinander verknüpft. Dies führt nicht nur zu neuen Denkweisen, sondern auch zu Lösungswegen für neue Problemstellungen.

Die dabei entstehenden Synergien zwischen einzelnen Fachdisziplinen beschreibt er mit einem konkreten Beispiel: Aus den jeweiligen Ausbildungsberufen des Schlossers und des Elektrikers, ergänzt durch die Fachbereiche Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik, hat sich das Berufsbild des Mechatroniker entwickelt.

6.2 Soziale Medien

Von traditionellen Medien wie Fernsehen oder Zeitungen unterscheiden sich die »Social Media«durch ihre digital geführte, interaktive Kommunikationsart. Der große Vorteil von Social Media Diensten wie Facebook, Xing oder WhatsApp ist die einfache Art des Informationsaustauschs: zwischen Anwendern und mitunter auch Geräten. Die deutsche Wirtschaft nutzt dieses Medium verstärkt in ihren internen und externen Prozessen für einen globalen Unternehmensauftritt mit hoher Zugänglichkeit, Multimedialität und größtmöglichen Aktualität – wichtige Faktoren für notwendige Vernetzung.

6.3 Mobile Computing

»Mobile Computing« - mobile Rechnerarbeit mit Smartphones, Tablet PCs oder Laptops - ermöglicht eine mobile, Kommunikation, die möglichst einfach und intuitiv erfolgen sollte. Dieser orts- und zeitunabhängige Zugriff auf betriebliche Daten und Anwendungen wird zum Standard für alle Unternehmen.

Die Weiterentwicklung der vergleichsweise niedrigen Übertragungsraten im mobilem Internet, den noch komplizierten Sicherheitsstandards und dem hohen Energieverbrauch der Geräte mit schwacher Akkulaufzeit für ein Mobile Computing der nächsten Generation wird derzeit intensiv betrieben.

6.4 Virtualisierung

Unter der »Virtualisierung«, angelehnt an eine Bezeichnung der Informatik, versteht man die Echtzeitabbildung realer Fabrikprozesse im virtuellen Raum, bzw. die Abbildung oder Abstrahierung einer virtuellen Ebene. Sie ermöglicht es, losgelöst von real existierenden Ressourcen wie Maschinen, die vorhandenen Ressourcen zu gliedern, für den jeweiligen Anwender transparent zu machen und optimal auszulasten.

Ein Beispiel dazu: Ein Betriebssystem kann innerhalb eines anderen Systems ausgeführt werden. Zu Simulationszwecken eines NC-Programms ist im CNC-Umfeld die Virtualisierung der NC-Maschinen bereits im Einsatz.

6.5 Smarte Objekte

Mit »smarten Objekten« bezeichnet man beispielsweise Verpackungen, Gegenstände oder Werkstücke, die mit einem Datenspeicher für ihr digitalen Gedächtnis ausgestattet sind. Die eindeutige Identifizierbarkeit dieser Objekte, z. B. mit Hilfe von Barcodes oder RFID-Chips zur Erfassung von Scannern und Computern, ist hierfür Voraussetzung.

Die digitale Welt wird mit der physischen Welt verknüpft: der »intelligente« Joghurtbecher von morgen weiß also, ob er mit Erdbeer- oder Haselnussjoghurt wieder befüllt werden muss.

6.6 Big Data

Die technische Entwicklung und die Nutzung des Internets erleichtern es immer mehr, große Datenmengen zu sammeln, zu speichern und zu analysieren. Dieses global erfasste Datenvolumen aus analogen und digitalen Quellen, das sich mit steigender Geschwindigkeit vervielfältigt, bezeichnet man als »Big Data«.

Dieser Datenbestand kann als Mehrwert für die Fertigung dienen, um die entsprechenden Prozesse zu automatisieren, visualisieren und analysieren zu können.

6.7 Analyse, Optimierung und Vorhersage

Die Komplexität und Menge der globalen Daten erfordert es, die zu quantifizieren und zu analysieren. Mit Hilfe von statistischen Methoden können sich aus bloßen Daten wertvolle Informationen gewonnen werden. Dieser Prozess des Herausfiltern einzelner wichtiger Informationen aus einer großen Datenmenge wird auch als »Data Mining« bezeichnet.

Aber auch die zunehmend unstrukturierten Datenmegen können durch Heuristik und Mustererkennung zu neuartigen Erkenntnissen führen und zur Prozessoptimierung weiterverarbeitet werden.

6.8 Internet der Dinge

Das Internet hat eine rasante Entwicklung hinter sich: vom Medium für Informationen hin zur interaktiven Verknüpfung von Menschen und auch Maschinen.

Mit dieser Erweiterung zu einem »Internet der Dinge« ist die technische Vorstellung verbunden, Objekte jeglicher Art in ein universales digitales Netzwerk einzubinden - mit zugeordneten und miteinander verbundenen »Identitäten«. Dies ermöglicht eine universale Kommunikation zwischen den Objekten, wie auch mit deren Umgebung. Wieder verschmilzt die physische Welt der Dinge nahtlos mit einer virtuellen Welt der Daten.

Was wäre ein mögliches Zukunftsszenario im Internet der Dinge? Jedes verbaute Verschleißteil ist mit einer eigenen IP ausgestattet und mit dem Internet verbunden. Somit bleibt jedes Teil während seines Gerbrauchs über das Internet permanent mit den Wartungseinheiten im Kontakt. So könnten zukünftig  alle Fahrzeuge automatisch sämtliche Betriebsdaten und ihren Betriebszustand in eine Cloud-Datenbank via Internet melden.

Der dazu erforderliche einheitliche Standard zur Kommunikation zwischen den Systemen zählt noch zu den größten Herausforderungen für dieses »Internet der Dinge«.

6.9 Internet der Dienste

Mit dem »Internet der Dienste« wird der Teil des Internets erfasst, der webbasierte Dienstleistungen in Form von Diensten und Funktionalitäten anbietet. Sie werden durch Provider zur Verfügung gestellt und stehen zur Nutzung auf Anforderung bereit. Über Internetdiensttechnologien miteinander integrierbar, können Unternehmen die einzelnen Softwarebausteine und Dienstleistungen zu komplexen und dennoch flexiblen Lösungen beliebig variieren.

Ein einfaches Beispiel: der Pizzaservice, der per Handy-App bestellt wird.
Ein weiteres Beispiel für interessante neue Geschäftsmodelle, die hier entstehen könne: Softwaredienstleister ohne jegliche Kenntnis von Meteorologie entwickelten im Rahmen ihrer Internetdiensttechnologien einen herausragend guten, regionalen Wetterbericht.

6.10 Assistenzsysteme

Unter 5. wurde der linear steigende Herausforderung von Komplexität und die Unterscheidung zwischen »kompliziert« und »komplex« dargestellt:
- Komplizierte Probleme sind vorhersehbar, beherrschbar, automatisierbar wenn man genug Wissen darüber hat. Sie sind berechnenbar und alleine durch IT zu lösen.
- Komplexe Probleme sind nicht vorhersehbar, nur beobachtbar. Sie sind zwar beeinflussbar, jedoch nicht berechenbar. Denn ohne die Folgen vorhersehen zu können bleiben sie nicht ecxaakt planar, sogar unbeherrschbar.

Industrie 4.0 fordert zwar eine steigende Komplexität ein, reduziert sie aber durch »Assistenzsysteme« für den Menschen auf ein beherrschbares Maß. Sie arbeiten nicht losgelöst vom Menschen, sondern assistieren ihm und perfektionieren dadurch seine Arbeit.

Welche positiven Wirkungen können Assistenzsysteme erzeugen?

- Die Verbesserung von Ergebnissen
(Beispiel: der Bremsassistent im Auto, der den Bremsweg und das Spurhalten beim Bremsen verbessert.)
- Die Förderung des Kompetenzaufbaus des Anwenders
(Beispiel: das Navigationssystem, das ortsfremden Fahrern die Fähigkeit in fremden Städten zu navigieren ermöglicht.)
- Assistenzsysteme ermöglichen das ansonsten Unmögliche
(Beispiel: ein modernes Kampfflugzeug kann ohne Assistenzsysteme unmöglich vom Piloten alleine geflogen werden.)

So wird es durch intelligente, browserfähige Assistenzsysteme in Zukunft möglich sein, beherrschbare Prozesskomplexitäten bei voller Prozessleistung und Prozessrobustheit zu managen. Das Internet oder das Intranet fungiert dabei als Kommunikationsmedium und ermöglicht eine Echtzeit-Kommunikation in der Fertigung.

6.11 Cyber-Physical Systems

Zu den »Cyber-Physical Systems«(CPS) - auch »cyber-physische Systeme« genannt, zählen Systeme, deren Rechner oder Teile davon mit physisch vorhandenen Geräten kommunizieren und diese steuern. Man bezeichnet sie auch als »Embedded Systems«, also eingebettete Systeme. Die Basis derartiger cyber-physischer Systeme sind intelligente industrielle Assistenzsysteme mit Direktzugriff auf alle Anlagen und integriertem »Multi-Dolmetscher«. Auch hier dienen Internet und Intranet als Kommunikationsmedium.

Unter CPS versteht man auch die industriellen Anwendungen, die zur Prozessoptimierung Daten aus verschiedenen Teilsystemen auf einer höheren Ebene intelligent zu Informationen verdichten.

Mit anderen Worten – so Dipl. Ing Hofmann: »Das intelligente Werkstück kann im Umfeld von CNC-Maschinen selbstständig durch die Fertigung navigieren und seine Anwendung selbst steuern. Der Rohling, also das entstehende Produkt selbst, sagt was zu tun ist. Ein realistischer CPS-Anwendungsfall wäre auch der intelligente Spänebehälter, der mittels Kameratechnik seinen Füllstand überwacht und selbstständig die Entsorgung organisiert.«

6.12 Smart Factory

Die sogenannte »Smart Factory« verwirklicht tatsächlich ein neues Verständnis der Internetnutzung für die Produktion.

Hier wird der Wandel zu einer widerstandsfähigeren (resilienten) Fabrik deutlich: Mensch, Maschine und Bauteil kommunizieren miteinander und nur das tatsächlich Benötigte wird produziert. Der Fertigungsprozess selbst wird durch die herzustellenden Produkte selbst gelenkt (Cyber-Physical-Systems), verläuft also dezentral. Alle Produkte dieser Fertigung, alle Roh- und Halbfertigerzeugnisse, sind nun intelligente und vernetzte Informationsträger, die mit ihrer Umgebung, Menschen und Anlagen kommunizieren.

Auf diese Weise sind die Menschen, Maschinen und Ressourcen eines Unternehmens in ein Netzwerk integriert und arbeiten Hand in Hand. Dank der Echtzeitsteuerung durch das Internet der Dinge kann in der »Smart Factory« eine bessere Energie- und Ressourceneffizienz, damit eine höhere Produktivität realisiert werden – für Unternehmen immense Vorteile durch Industrie 4.0.

 

Und wo liegen zukünftig die Chancen für Berater und Mediatoren im Bereich von »Industrie 4.0«?

Die dargestellten Komponenten, Kriterien und Bausteine von Industrie 4.0 führen zweifelsohne zu einer rasant steigenden Komplexität und bewirken einen ständigen Optimierungs-, Veränderungs- und Anpassungsdruck.

Damit entwickeln sich Konflikte systemimmanent: Sie frühzeitig zu erkennen, besser noch ihnen im Rahmen der Veränderungsprozesse präventiv zu begegnen, zählt zu den großen Herausforderungen von Führungskräften und ihren Beratern im Bereich von Industrie 4.0.

Und genau hier liegen die Herausforderungen und Chancen.

Lesen Sie Antworten demnächst in Teil 3 dieses Berichts – im Rahmen eines Interviews mit Dipl.-Ing. Hofmann.

 

 J. G. Heim 

 

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Broschiert, 234 Seiten, im Februar 2014 erschienen
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