SIEMENS

Europa und die USA wollen die industrielle Wertschöpfung deutlich steigern. Deutsche Medien überschlagen sich derzeit mit Superlativen, wenn es darum geht, die nächste Stufe der industriellen Fertigung zu beschreiben: vom Paradigmenwechsel hin zur intelligenten Fabrik ist die Rede, sogar von der vierten industriellen Revolution. Die erste wurde durch die Einführung der Dampfmaschine und die Mechanisierung von Handarbeit im 18. Jahrhundert ausgelöst, die zweite durch die Massenfertigung zu Beginn des 20. Jahrhunderts, die dritte durch den Einsatz von Elektronik und Computertechnik zur Fertigungsautomatisierung in den vergangenen Jahrzehnten. Steht nun schon eine vierte Revolution, eine Industrie 4.0, bevor? Peter Herweck, Leiter der Strategieabteilung bei Siemens, sieht das etwas nüchterner: „Wir sprechen hier über einen Zeitraum von etwa zwanzig Jahren. Das Endergebnis wird zwar aus heutiger Sicht revolutionär sein, doch letztlich handelt es sich um eine Vielzahl von Entwicklungsschritten“, erklärt er.

Dennoch sind sich alle Experten einig, dass künftige Produktionsstätten im Vergleich zu heute wesentlich smarter sein werden: Dank des Einsatzes von miniaturisierten Prozessoren, Speichern, Sensoren und Sendern in nahezu allen denkbaren Maschinen, Rohprodukten und Materialien, dank neuer Software, die die Datenflut strukturiert und dank intelligenter Werkzeuge können dann Produkte und Maschinen untereinander Informationen und Befehle austauschen: Die Fabrik der Zukunft würde sich und ihre Fertigungsprozesse weitgehend selbst optimieren und steuern. Doch der Weg dorthin, auch darin sind sich alle Experten einig, wird ein sehr langer sein.

Das nimmt dem Trend nichts an Bedeutung: Die deutsche Bundesregierung hat rund 200 Millionen Euro Fördergeld zur Verfügung gestellt, um Verbände, Forschungsinstitute und Unternehmen darin zu unterstützen, eine Umsetzungsstrategie zu entwickeln. Auch die US-Regierung sieht die Notwendigkeit, innovative Fertigungsstrategien zu entwickeln und will den Aufbau eines nationalen Netzwerks aus Forschung und Unternehmen mit bis zu einer Milliarde Dollar unterstützen. Während die Infrastruktur für überall verfügbare Breitbandnetze Sache der öffentlichen Hand ist, muss die Industrie dafür sorgen, ihre Handlungsfelder wie die Standardisierung von Daten und Übermittlungsprotokollen rechtzeitig zu bestellen.

„Auf dem Weg zu einer Industrie 4.0 müssen wir noch viele Medien- und Datenbrüche überwinden“, bestätigt Marion Horstmann, die Strategie-Chefin des Sektors Industry von Siemens. Sie ist auch die Stimme des Unternehmens in der Forschungsunion, dem Beratergremium aus Wissenschaft und Wirtschaft für die Hightech-Strategie der Bundesregierung. Hier wurde auch der Begriff „Industrie 4.0“ geprägt, der außerhalb von Deutschland allerdings kaum Verwendung findet. Das ändert aber nichts daran, dass auch andere Industrienationen dasselbe Ziel haben, nämlich eine kostengünstige und möglichst flexible Produktion mit immer schnelleren Innovationszyklen voranzutreiben.

Deutschland will bei diesem Trend die Nase vorn haben: Nach Ansicht von Politik und Wirtschaft sind die Voraussetzungen ideal, um deutsche Unternehmen als Leitanbieter für „Cyberphysical Systems“ (CPS) zu entwickeln – dies ist einer der üblichen internationalen Begriffe für die Konzepte aus Software, Sensor-, Prozessor- und Kommunikationstechnik, die hinter der Industrie 4.0 stehen. Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, acatech, rechnet damit, dass die neuen Fertigungsverfahren zu einer Produktivitätssteigerung der Industrie von 30 Prozent führen werden. Sie weist auch darauf hin, dass CPS nicht nur das Feld der Produktion, sondern auch das der Mobilität und der Medizinversorgung revolutionieren werden.

„Und Siemens als der weltweit führende Anbieter von Automatisierungstechnik und Industriesoftware wird eine Schlüsselrolle in diesem Prozess spielen“, erklärt Peter Herweck. Die notwendigen Strukturen sind bereits geschaffen: „Siemens baut seit Jahren alle Aktivitäten rund um die sogenannte vertikale IT aus“, sagt Horstmann. Hinter jedem Kauf eines Software-Unternehmens, den Siemens in den vergangenen Jahren getätigt hat, stehe die Strategie, alle Kompetenzen, die man für Industrie 4.0 braucht, zur bündeln und weiter zu entwickeln.

Eine Produktion im Sinne von Industrie 4.0 schildern Experten gerne als einen Marktplatz, auf dem Maschinen ihre Dienste anbieten und sich in Echtzeit mit den Produkten austauschen. Wie das funktionieren kann, belegt die Smart Factory, die das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) zusammen mit 20 Partnern aus Industrie und Forschung, darunter auch Siemens, in Kaiserslautern aufgebaut hat. Die Pilotanlage zeigt anhand von Seifenflaschen, wie Produkt und Produktionsanlage kommunizieren: Die leere Seifenflasche ist mit einem RFID-Tag – einem intelligenten Funketikett – versehen, das der Maschine das Kommando gibt, ob sie einen weißen oder einen schwarzen Verschluss benötigt. Das heißt, das gerade entstehende Produkt trägt sein digitales Produktgedächtnis von Anfang an mit sich, meist auf dem Rohling, und kann via Funk mit seiner Umwelt kommunizieren. So wird das Produkt zu einem „Cyberphysical System“, das reale und virtuelle Welt miteinander verbindet.

Varianten per Mausklick. Dass die Smart Factory auch in der Realität in Ansätzen bereits funktioniert, lässt sich im Siemens Elektronikwerk in Amberg überprüfen, das für seine großen Fortschritte in Sachen Digitalisierung bereits mehrfach ausgezeichnet wurde. Um das Standardprogramm mit seinen rund 1000 Artikeln effizient produzieren zu können, setzen die Planer modernste Siemens PLM-Software ein: Mit wenigen Mausklicks tüfteln sie für neue Produkte verschiedene Fertigungsvarianten aus, kalkulieren und vergleichen sie untereinander anhand von Kenngrößen, um die effizienteste Variante auszuwählen. „Anhand der Amberger Fabrik kann man gut sehen, wohin die Reise geht“, sagt Horstmann. Noch muss in Amberg die digitale Planung sozusagen händisch in die reale Produktion übertragen werden. Beide Vorgänge laufen nacheinander ab. In Zukunft sollen sie sich aber zeitlich immer mehr überschneiden, am Ende praktisch gleichzeitig stattfinden, in Amberg wie in allen hoch automatisierten Fertigungen: Planen die Ingenieure ein neues Produkt, zum Beispiel eine neue Schaltung, entwerfen sie mithilfe spezieller Software parallel dazu das Produktionsverfahren inklusive Mechanik, Elektronik und Automatisierung.

So wie man heute verschiedene Geräte mit einem USB-Stecker an den PC anschließt, so sollen sich in der Industrie 4.0 eines Tages Feldgeräte, Maschinen und Anlagen ohne weitere Parametrierung oder Programmierung zu Produktionssystemen zusammenschließen lassen. Dafür müssen sie aber perfekt zusammenspielen. Das TIA Portal von Siemens Industry ermöglicht bereits heute, Automatisierungsprozesse mit durchgängig nutzbaren Daten zu planen, zu testen und in Betrieb zu nehmen. „In der Automatisierung geht es längst nicht mehr nur um die Steuerung von Produktionsprozessen, sondern auch darum, Maschinen und Anlagen schnell auf neue Produkte einstellen zu können“, erklärt Dr. Thomas Hahn, der bei Sie- mens Corporate Technology (CT) alle Aktivitäten rund um Industrie 4.0 begleitet.

Datenbrüche überwinden. Diese neue Produktionswelt wird nach und nach Realität werden. Um auf die Pilotanlage für Seifenflaschen zurückzukommen: Woher weiß die Maschine, wie viele Flaschen mit weißen und wie viele mit schwarzen Deckeln bestellt sind? Ob genug Deckel vorrätig sind oder wann diese geliefert werden? Und ob es im Lager genügend Personal gibt, um die Lieferungen entgegenzunehmen? Diese Informationen werden heute in unterschiedlichen Systemen verwaltet: Während das Unternehmensplanungssystem (Enterprise Resource Planning, ERP) für Materialwirtschaft, Personalplanung, Kostenberechnungen und anderes zuständig ist, steuert das Fertigungsmanagementsystem (Manufacturing Execution System, MES) die Produktion. Das Problem ist: Die Daten können aufgrund verschiedener Formate, Betriebssysteme und Programmiersprachen nicht ohne weiteres von einem System in das andere übertragen werden. Doch genau das ist notwendig, damit virtuelle Welt und physische Produktion miteinander verschmelzen können.

„Man muss jetzt erst einmal analysieren, welche Daten denn überhaupt für die Produktion relevant sind“, erklärt Jürgen Back, Spezialist eines CT-Teams für Fertigungsoptimierung. Die Tatsache, dass die Datenflut jeden Tag wächst, macht diese Aufgabe nicht einfacher. Deshalb sind jetzt erst einmal die CT-Forscher gefragt: „Wir planen etliche Verbund-Projekte mit unseren wissenschaftlichen Forschungspartnern, also Universitäten und Instituten“, sagt Hahn.

Die genauen Ziele werden gerade definiert: „So wie wir früher mit Telefonen nur telefoniert haben und heute Fotos und Filme aufnehmen, versenden, Termine verwalten und uns von Apps durch den Alltag begleiten lassen, so werden auch die Produktionsanlagen nicht nur reine Daten zur Steuerung austauschen, sondern auch ganz andere Inhalte. Welche das sein könnten, wollen wir jetzt erforschen“, erklärt Hahn. Ein weiteres großes Forschungsthema wird die Sicherheit der Daten sein. Denn wenn ein ganzes Produkt mit einem Datensatz gefertigt werden kann, müssen sich Unternehmen noch besser gegen Industriespionage und Produktpiraterie schützen.

Bereits jetzt steht fest, dass „wer den Trend nicht mitmacht, gnadenlos abgehängt wird“, sagt Dr. Armin Haupt. Er leitet in Erlangen die CT-Abteilung für Produktionsplanung und Optimierung. „Die Voraussetzung, dass Firmen an der digitalen Zukunft teilhaben können, sind durchgängig nutzbare Daten“, sagt er. Dies ist der erste Meilenstein, den es zu erreichen gilt. Die Siemens-Berater analysieren gerade in verschiedenen Produktionsstätten des Unternehmens die eingesetzten Daten, um daraus Roadmaps erarbeiten zu können – das heißt Entwicklungspfade, wie man zu einer einheitlichen Datenlandschaft kommt.

Viele der Technologien, die für Industrie 4.0 notwendig sind, gibt es bereits: das Internet, Profinet als standardisierte Datenverbindung für Industrieanlagen, Simulationssoftware, das TIA Portal für schnelles Engineering. Deshalb sind sich die Experten auch so sicher, dass die Entwicklung nicht aufzuhalten ist: „Industrie 4.0 ist nicht nur eine Idee, deren Umsetzung noch komplett aussteht“, sagt Siemens-Stratege Herweck. Anders als ähnliche Konzepte, die bereits in früheren Jahren propagiert wurden, wie etwa das Computer-integrated Manufacturing (CIM), entsteht der Trend Industrie 4.0 aus dem Zusammenwachsen und der Weiterentwicklung vorhandener Technologien. Und laut Herweck gibt es noch einen großen Unterschied: „Die großen Industrieunternehmen sitzen bei diesem Thema bereits gemeinsam mit der akademischen Forschung und der Politik an einem Tisch“.