Informationstechnologie

Experten machen die Fortschritte in den Fabriken gern mit der Entwicklung in den Automobilen verständlich. Noch vor zwanzig Jahren hatten die Fahrzeuge nur wenige elektronische Steuerelemente, die zudem meist auf einzelne Funktionen beschränkt waren und nur selten Einfluss auf andere Systeme hatten. Doch in den vergangenen Jahren ist der Wertschöpfungsanteil der Software in Autos stark angestiegen. Es gibt nicht nur mehr Technik in den Fahrzeugen, auch wirken heute die verschiedenen Steuersysteme eng zusammen. Ein Beispiel: Das Steuergerät, das die Scheibenwischer an das Regenaufkommen anpasst, meldet nasse Straßen an das Bremssystem. Die Elektronik nimmt daraufhin Anpassungen an die Wetterverhältnisse im System vor und verbessert somit die Bremsfähigkeit des Wagens.

Smarte Fabrik braucht Steuerungs-Software

Auch in der smarten Fabrik der Zukunft sollen die einzelnen Komponenten immer mehr miteinander kommunizieren. Heute gibt es in den Produktionsstätten zwar hochtechnisierte Einzelmaschinen, in den kommenden Jahren aber wollen Experten diese Maschinen zu einem großen Komplex verbinden. Doch dafür braucht es die passende Software – nicht nur in den einzelnen Maschinen – und dazu auch ein Programm, das alle Anlagen miteinander kombiniert und steuert. Bei der Entwicklung entsprechender it-Systeme hat Deutschland nach Ansicht zahlreicher Experten die Nase vorn. Eine Einschätzung, die in der Öffentlichkeit überrascht. Denn meist wird insbesondere die usa als überlegene Nation in der Software-Entwicklung dargestellt. Zu Recht, wenn Programme für Endkonsumenten gemeint sind. Doch die intelligenten Steuerungen in Investitionsgütern sind tatsächlich sogar eine deutsche Spezialität. In internationalen Konzernen aus dem Anlagenbau mit einer us-Muttergesellschaft kommt es durchaus vor, dass die deutsche Tochter zum globalen Kompetenzzentrum für die Software-Steuerungen ernannt wird.

Cloud-Fähigkeit ist Voraussetzung

Wichtigste Voraussetzung für die smarte Fabrik ist eine cloudfähige it-Struktur. Denn nur sie ermöglicht die Vernetzung aller Komponenten der virtuellen Fabrik und damit den Austausch der Produktions- und Leistungsdaten. Anlagentechnik und it-Welt können so miteinander agieren – und zwar in Echtzeit. Das leisten ERP und MES. Aufgabe des Enterprise Resource Planning (ERP) ist es, alle vorhandenen Betriebsmittel – also Maschinenauslastung, Personal, Kapital oder Vorprodukte – effizient mit dem Produktionsablauf abzustimmen und damit die Geschäftsprozesse zu optimieren. In der klassischen Automationspyramide direkt darunter angeordnet sind Manufacturing Execution Systeme (mes). Die Software steuert und kontrolliert schon heute Produktionsprozesse über die verschiedenen Anlagen hinweg. Das Produktionsleitsystem überwacht die Fertigung mithilfe von Kennzahlen wie zum Beispiel der Maschinenauslastung und -verfügbarkeit, der Durchlauf- und Wartezeiten, der Arbeitsplatzkapazitäten sowie Prozessgrößen aus der Logistik. „Die Vernetzung zwischen ERP- und MES-Systemen wird sich in den kommenden Jahren verstärken, die Grenzen werden verschwinden“, prognostiziert Ralf Kalmar, Geschäftsfeldmanager für Automatisierung und Anlagenbau am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering (IESE) in Kaiserslautern. Die größte Herausforderung der kommenden Jahre bestehe für die Informatiker allerdings in der Standardisierung. „Wie schnell die nächste industrielle Revolution voranschreitet, hängt davon ab, wann sich die verschiedenen Anlagenhersteller auf Standards in der Schnittstellen-, Dienste- und auch Objektebene einigen können“, erklärt Kalmar. Denn die beste Software bringt nichts, wenn sie bei Maschinen unterschiedlicher Hersteller nicht angewendet werden kann. Dass Deutschland hier die treibende Kraft sein dürfte, glaubt auch Dieter Rombach, Institutsleiter des Fraunhofer iese. „Deutschland hat die besten Voraussetzungen, seine alten Stärken in der Produktion mit den neuen in der it zu kombinieren“, sagt der Professor. Denn deutsche Systeme seien oft besser, gerade wenn es um Fabrik-Anwendungen ginge.

Deutschland als Möglichmacher

Auch die Deutsche Bank sieht Deutschland beim Thema Industrie 4.0 ganz weit vorne. So bescheinigen die Analysten Deutschland als Fabrikausrüster der Welt besondere Stärken hinsichtlich des interdisziplinären Ansatzes und des engen Austausches zwischen Elektrotechnik, Maschinenbau und IT, vor allem aufgrund der etablierten Entwicklungspartnerschaften zwischen Ausrüstern und Anwendern, aber auch aufgrund der Innovationsführerschaft bei Automatisierung und Flexibilisierung der Marktführer im Anlagen- und Maschinenbau. So sind die Chancen deutscher Unternehmen, auch mit MES- oder PPS- (Produktionsplanungs- und Steuerungs-)Systemen die Nase vorn zu behalten und damit zum Enabler der nächsten industriellen Revolution zu werden, bestens. Und das hat historische Gründe: Die deutsche Industrie ist seit jeher mit seiner hohen Ingenieurskompetenz Spezialist für hochkomplexe Produkte und als stark ex­port­orientierte Nation auch früh und konsequent mit Fertigungsstätten ins Ausland gegangen. Von daher mussten die deutschen Konzerne auch schnell beginnen, arbeitsteilige und topografisch auseinanderliegende industrielle Prozesse zu steuern.

Datenschätze im Netzwerk

Einfluss auf die smarte Fabrik der Zukunft nimmt auch das Thema Big Data. Denn die Fähigkeit zur Auswertung großer Datenmengen innerhalb kürzester Zeit macht neue Erkenntnisse und Vernetzungen möglich. „Die große Menge an Informationen hilft nicht nur, die Produkte besser zu steuern“, meint Industrie-4.0-Fachmann Rombach. „Sie unterstützt den gesamten Planungsprozess, indem sie zum Beispiel Daten über die Bedarf der Kunden, aber auch über und von Wettbewerbern gezielt und schnell analysiert.“ Rombach stellt sich vor, dass in Zukunft die Informationen vieler verschiedener Firmen in einem Netzwerk zusammenfließen und dort in anonymer Umgebung ausgewertet werden. Damit hätten alle Firmen Zugriff auf umfassende Informationen, ohne aber genau zu wissen, wo diese herkämen. Transparenz und Anonymität blieben gewahrt. Dieser Grundlage der deutschen Wirtschaft ist sich auch die Bundesregierung bewusst, die seit Jahren Basis- und Zukunftstechnologien für Industrie 4.0 – so zum Beispiel Embedded Systems und das Internet der Dinge – fördert.