Der Schritt von Connected Products zu Industrie 4.0

6 Dezember 2013
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Lesezeit: 4 Minutes

In meinem Beitrag „Connected Products als Grundlage für Industrie 4.0“ habe ich über miteinander vernetzte Produkte und die damit verbundene technologische Grundlage für Industrie 4.0 nachgedacht. Was diesen Wandel ausmacht beschreibe ich hier.

Viele mittelständische Firmen haben noch keine konkrete Vorstellung was Industrie 4.0 für sie bedeutet. Dies hat auch damit zu tun, dass es sich bei „Industrie 4.0“ um kein fertiges Produkt handelt. Man kann es nicht als Standardsystem kaufen. Es geht vielmehr um eine Vision mit einem Zeithorizont von 15 bis 20 Jahren, die man schrittweise umsetzen kann.

Sehr schnell stellen wir fest, dass die grundlegenden Themen zwischen Connected Products – auch als Cyber Physical Systems bezeichnet – auf der einen Seite und Industrie 4.0 auf der anderen Seite sehr viele Ähnlichkeiten aufweisen.

Aber betrachten wir zunächst die Definition, die die Initiative „Plattform Industrie 4.0“ am vierten Juli diesen Jahres getroffen hat:

„Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen.

Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.“

Auch hier geht es um die Vernetzung – diesmal nicht hin zum vom Kunden gekauften Produkt, sondern zur Produktion selbst. Und wir finden wieder zwei relativ getrennte Welten vor: Die klassische Unternehmens-IT mit ERP- und individuellen Enterprise-Lösungen auf der einen Seite und Embedded Systems innerhalb der Produktion auf der anderen Seite.

Embedded Systems finden wir sowohl bei den Produktionsmaschinen als auch bei den zu produzierenden Gütern. Produkte werden beginnend mit dem ersten Bauteil mit lokaler Intelligenz, beispielsweise über Microcontroller oder RFID Tags, ausgestattet und speichern Daten. Diese Daten können Baupläne, Prozessinformationen, Fertigstellungsgrad, nächste Fertigungsschritte, individuelle Konfigurationen, Auftraggeber oder Zielort enthalten. Sie werden zu smarten Produkten.

Dezentrale Produktionssteuerung – möglich durch smarte Produkte

In der Vergangenheit war man gut beraten, hohe Stückzahlen gleicher Produkte in großen Losgrößen zu produzieren. Man erzielte so positive Skaleneffekte und konnte dadurch die Kosten pro Produkt senken. Seit einiger Zeit gibt es einen Kundentrend, der mit diesen Verfahren nicht mehr optimal bedient werden kann: die Individualisierung der Produkte. Der Trend geht zu kleinen Stückzahlen – teilweise spricht man bereits von der „Losgröße 1“ als ideales Ziel innerhalb der Produktion.

Klassische Massenfertigung - eine Fertigungs-Maschine produziert Ventilatoren in Serie

Klassische Massenfertigung

Durch die Ausstattung mit lokaler Intelligenz kann der gesamte Produktionsprozess geändert werden – weg von einer zentralen Steuerung und hin zu einer dezentralen Steuerung, bei dem die Bauteile den Produktionsprozess selbst steuern.

Das Ziel ist also eine komplette Umkehrung der derzeitigen Produktionslogik.

Will man dieses Ziel erreichen, dann macht der Trend hin zur dezentralen Produktionssteuerung viel Sinn. Wie könnte so ein zukünftiger Fertigungsprozess aussehen?

  • Intelligente Bauteile steuern den Produktionsprozess: „Ich verfüge über meinen Bauplan und selektiere den nächsten Fertigungsschritt ( zum Beispiel: Fräsen)“
  • Bauteile kommunizieren mit intelligenten Produktionsmaschinen: „Ich muss gefräst werden, wo ist eine freie Fräsmaschine?“
  • Produktionsmaschinen kommunizieren mit Logistikprozess und Einkauf: „Rohmaterial geht aus. Bitte bestellen und zu mir liefern.“
  • Produktionsmaschine diagnostiziert eigenen Zustand: „Ich muss gewartet werden und bestelle Service-Techniker.“
  • Fertige Produkte kommunizieren mit der Versandlogistik: „Versandfertig machen und an Zieladresse versenden“
  • Fertige Produkte kommunizieren mit Kunden: „ Bin fertig produziert und warte auf Versand“

Aus technischer Sicht ist interessant, dass auch hier zwei ganz unterschiedliche Unternehmensbereiche zusammen wachsen (müssen):

  • Die Unternehmens-IT, die die übergeordneten Prozesse kennt (u.a. Einkauf, Vertrieb, Logistik, Big Data Analytics).
  • Die Produktions-IT mit Embedded Systems bei Maschinen und Produkte mit den Disziplinen Elektronik und Embedded  Software.
Unternehmens-IT trifft auf Produktions-IT

Unternehmens-IT trifft auf Produktions-IT

Gefordert sind also auch hier sehr umfangreiche Kompetenzen von der klassischen Unternehmens-IT in den Bereichen SAP, Java oder .NET-Entwicklung bis hin zu Elektronik und Embedded Software. Für die Visualisierung und den Kundenservice werden Apps auf Smartphones und Tablets benötigt. Systems Engineering sorgt für ein reibungsloses Zusammenspiel der verschiedenen Disziplinen und liefert die Basis für ein funktionierendes Gesamtsystem.

Darüber hinaus fallen an allen Stellen sehr viele Daten an – bei den Bauteilen, den Produkten, den Maschinen und den übergeordneten Prozessen. Diese Daten werden gesammelt und an die zentrale IT übertragen.

Allerdings werden diese Daten häufig nur gesammelt und nicht konsequent ausgewertet. Das ist ein großer Schatz, den man mit Big–Data-Technologien heben kann. Denn so werden Daten zu bedeutungsvollen Informationen verdichtet, liefern Kennzahlen zu Performance, Stückzahlen, Qualität und Trends und helfen so bei der Steuerung von Unternehmen.

Industrie 4.0 bietet große Chancen – wir stehen hier noch ganz am Anfang. Die Erfahrungen und Kompetenzen, die wir bei der Entwicklung von Connected Products gewonnen haben, werden uns nachhaltig unterstützen, dieses Ziel zu erreichen.

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Kommentare (4)

Jens

11 Dezember 2013 um 17:50

Hallo Jörg, vielen Dank für deinen wundervollen Artikel und deiner Präsentation zum Thema „Industrie 4.0“. Ich bin ebenfalls der Meinung, dass wir wieder zu den Wurzeln der Industrialisierung zurück kehren. Oder besser gesagt an die Schnittstelle Handwerk/Manufaktur. Durch 4.0 können wir den Unternehmen maßgeschneiderte Fertigungsverfahren an die Hand geben, was zuvor technisch kaum möglich war. Ich finde das Thema sehr spannend, vor allem verfolge ich die Fortschritte im Bereich „Optikmaschinen“ (http://www.siemens.de/industrie-4.0/index.html).. Im Grunde werden wir effizienter UND resistenter gegenüber Fehlerausschuss.

Sonja Quirmbach

17 Dezember 2013 um 15:32

Das Thema ist super interessant und bietet eine Menge Potential, auch aus der Sicht der Fachdisziplinen HCI, Customer und User Experience bzw. Usability. Wobei es hier nicht mehr eine Customer Journey gibt, sondern eine Product Journey.

jwd

7 Oktober 2014 um 10:12

Guten Tag Herr Sitte,
gern habe ich auf Ihren Grundlagen-Artikel verlinkt. Ergänzt um verschiedene Anwendungen und Industrie4.0 Förderprogramme der Bundesregierung.
http://www.smowl.de/industrial-internet/
Lieben Gruss aus OWL,
jw

    Jörg Sitte

    Jörg Sitte

    13 Oktober 2014 um 11:47

    Hallo Herr Westerbarkey,

    vielen Dank für den Hinweis und Link in Ihrem Artikel. Wir haben bereits mit einigen der Kernunternehmen des OWL Spitzenclusters in erfolgreichen Projekten zusammen gearbeitet. Wir erhoffen uns gerade auch von den Industrie 4.0 Förderprogrammen des Bundes einen zusätzlichen Impuls, um Schritt für Schritt die Vision umzusetzen. Das Interesse innerhalb der Industrie ist definitiv vorhanden.

    Viele Grüße aus München

    Jörg Sitte

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