Fertigungstechnik Industrie 4.0: Update für die Fabrik der Zukunft

Autor / Redakteur: Christa Friedl / Udo Schnell

In der Smart Factory der Zukunft bestimmen Computer über Geschwindigkeit, Art und Kosten der modernen Fertigung. Wächst also unter Industrie 4.0 zusammen, was zusammengehört? Bis IT und Anlagenbau tatsächlich fusionieren, sind noch einige Hürden zu nehmen.

(Bild: Kuka)

Maschinenbau und Computertechnik sind alte Bekannte. Schon vor über 20 Jahren galten Computer Integrated Manufacturing und die vollautomatisierte Fabrik der Zukunft als vielversprechendes Ergebnis der Verschmelzung von IT und Anlagenbau. Der Erfolg blieb aber aus. CIM scheiterte vor allem an zu langsamen Computern und wenig smarter Software. Und mit der „Fabrik der Zukunft“ verbanden sich Ängste vor menschenleeren Geisterfabriken.

Bei Industrie 4.0 organisieren sich global vernetzte Produktionseinheiten selbstständig

So gesehen, sind Maschinenbau und IT zwar alte Bekannte, aber nicht unbedingt Freunde. Dennoch: Moderne Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) wird über kurz oder lang die Regie über die industrielle Fertigung übernehmen. „Nur durch Einzug der IKT in die Fabriken bleibt die deutsche Industrie wettbewerbsfähig“, ist VDI-Direktor Dr.-Ing. Willi Fuchs überzeugt.

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Der Markt gibt längst die Richtung vor. Der gesellschaftliche Trend zur Individualität und Differenzierung, wirtschaftliche Fertigung auch von kleinsten Losgrößen, steigender Kosten- und Termindruck, große Marktvielfalt, wachsende Energie- und Ressourcenkosten – sie alle wirken als Treiber, die der industriellen Produktion ein neues, digitales Gesicht verleihen werden.

Was aber genau ist das: Industrie 4.0? Eine einheitliche Definition dafür gibt es nicht. Als wesentlicher Kern gilt: „Produktionseinheiten werden global vernetzt und organisieren sich selbstständig, um Aufträge auszuführen“, brachte es Prof. Dieter Wegener, Vizepräsident von Advanced Technologies & Standards der Siemens AG in Nürnberg, bei einer VDI-Tagung auf den Punkt.

Reale und virtuelle Welt verschmelzen bei Industrie 4.0

Bei Industrie 4.0 verschmelzen reale und virtuelle Welt. Maschinen entscheiden autonom, Geräte kommunizieren selbstständig untereinander, Anlagen und Werkzeuge können innerhalb kürzester Zeit an wechselnde Produkt- oder Produktionswünsche angepasst werden. Wie ein unsichtbares Nervennetz durchzieht Automatisierungstechnik die gesamte Produktionsanlage. Kabel und Bussysteme werden von Netzwerken abgelöst, die sogenannte Cyber Physical Systems (CPS) steuern – drahtlose Produktionseinheiten, die sich laufend selbst optimieren. „Maschinen und Geräte werden zu abstrakten Objekten, die in Modellen behandelt und getestet werden, bevor man sie herstellt und installiert“, erläutert Prof. Detlef Zühlke vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz. All das macht „digital enterprise“ – nach Dampfmaschine, Fließband und Computer – zur vierten Stufe der industriellen Revolution.

Notwendige Technik für Industrie 4.0 ist vorhanden

Industrie 4.0 ist eine Vision, aber längst keine Science Fiction mehr. „Die notwendige Technik ist weitgehend vorhanden“, sagt Zühlke. Und wer genau hinsieht, findet Marktteilnehmer, die sich in der smart factory schon komfortabel eingerichtet haben. Ein Unternehmen in Ostwestfalen produziert beispielsweise bereits heute seine Einbauküchen mit Hilfe von CPS in einer lagerlosen, intelligenten und selbst organisierten Fertigung.

Auch Logistiker vertrauen mehr und mehr auf die virtuelle Welt, weil ohne vernetzte IKT die Fülle der täglichen Entscheidungen gar nicht mehr zu bewältigen ist. Erste Logistikzentren steuern sämtliche Operationen und Vorgänge über Cloud Computing. „In nicht allzu weiter Zukunft werden sich alle bewegten Dinge wie von selbst an den richtigen Ort dirigieren“, prognostiziert Prof. Michael ten Hompel, Leiter des Fraunhofer-Instituts Materialfluss und Logistik in Dortmund.

Mit Nachdruck zur Smart Factory

Einige Unternehmen in Deutschland treiben die Entwicklung zur Smart Factory mit Nachdruck voran. Die Festo AG in Esslingen baut gefahrlose, intelligente Greifersysteme als Hightechhelfer für Industrie und Haushalt. Bei der Harting GmbH in Minden wurde im Druckguss die alte Kanban-Tafel durch smarte Materialsteuerung und eine papierlose Fertigung ersetzt – eine Investition, die sich laut Angaben innerhalb von zwei Jahren rechnet. Würth Elektronik hat einen intelligenten Schraubenbehälter entwickelt, der dank integrierter Kamera und RFID-Technologie automatisch Ware rechtzeitig nachordert. Eine Fertigung, die nur wegen fehlender C-Teile stockt, ist damit passé.

Vorreiter für die Verschmelzung von IT und Maschinenbau ist nicht zuletzt die Automobilindustrie. Im Projekt Arena2036 entwickeln Wissenschaft und Industrie gemeinsam Modelle für die Autofabrik der Zukunft. Auf einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Campus der Universität Stuttgart werden Leichtbau und alternativer Antrieb im Mittelpunkt stehen, vor allem aber auch eine flexible Produktion, die starre Fertigungslinien ablöst und die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter neu auslotet.

In der Theorie ist der Nutzen von Industrie 4.0 klar

Und der Nutzen von Industrie 4.0? In der Theorie liegen die Vorteile auf der Hand: Produktionsprozesse werden kundennäher und schneller, Anlagen besser ausgelastet und optimal gesteuert. Installation und Inbetriebnahme neuer Maschinen dauern nur noch einen Bruchteil der bisherigen Zeit, Service und Wartung erfolgen vom Schreibtisch aus, die Fertigung kann notwendige Produkt- und Prozessänderungen mit wenigen Klicks realisieren. Diese Entwicklungen, so glauben viele, werden Deutschland weltweit an die Spitze des „digital enterprise“ setzen und die Wettbewerbsfähigkeit des Maschinen- und Anlagenbaus sichern. Auch die Politik glaubt daran: Industrie 4.0 ist ein Zukunftsprojekt der Bundesregierung innerhalb der Hightech-Strategie 2020.

Noch aber ist es nicht so weit. Unternehmen, für die Schlagworte wie Cloud Computing, Plug & Produce oder Embedded Systems noch fremd sind, werden nicht gleich morgen untergehen. Denn der Weg hin zu Industrie 4.0 ist nicht einfach. „Es wird langsam gehen, also evolutionär, nicht revolutionär“, prognostiziert Dieter Wegener von Siemens. Beispielsweise seien Maschinen, die völlig autonom handeln, weit weg von der Realität. Noch fehlen Standards für Prozesse und Sicherheitsfragen, die ersten Gremien dazu haben mit ihrer Arbeit erst begonnen. Und trotz aller schönen Visionen treffen doch zwei verschiedene Denkwelten aufeinander: Der Maschinenbau kennt traditionell lange Innovationszyklen von 20 bis 30 Jahren, die IKT von nur drei bis fünf Jahren. Anlagenbauer vertrauen auf Bewährtes und reale Produkte aus Stahl und Eisen. Softwareentwickler dagegen bewegen sich mit immer schnellerem Tempo in einer virtuellen Welt.

Zuletzt hängt alles am Mitarbeiter

Geschwindigkeitsbestimmend wird nicht zuletzt der Mitarbeiter im Unternehmen. Denn Industrie 4.0 soll Ingenieure und Facharbeiter nicht überflüssig machen, sondern sich im Gegenteil deren hohe Kompetenz effizient zunutze machen. Allerdings zeigt die Praxis, dass es nicht immer einfach ist, erfahrene Projektingenieure von unsichtbaren Maschinen und virtueller Installation zu überzeugen. Und wer an SPS gewöhnt ist, wird sich mit neuartigen Steuerungshierarchien womöglich schwertun. Dennoch: Die menschenleere Geisterfabrik will heute keiner mehr. „Wir können den Maschinen zwar ein Stück weit das Denken überlassen“, sagt ten Hompel, „sollten aber den Stecker in der Hand behalten.“

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