Die Zukunft der Produktion

Automatisiert, flexibel und dezentral wird die Produktion der Zukunft sein – so sieht es zumindest die Vision „Industrie 4.0“ vor. Deren Umsetzung stellt sowohl Technik als auch die Organisatoren eines Unternehmens vor zahlreiche Herausforderungen. Nur 30 % der KMUs wissen, was unter dem Begriff „Industrie 4.0“ zu verstehen ist. Dabei hält das, was längst als vierte industrielle Revolution prophezeit wird, auch für kleine und mittlere Unternehmen Chancen und Risiken bereit. Ein Blick in die Zukunft.

Noch vor zwei Jahren war „Industrie 4.0“ lediglich ein Zukunftsbild der deutschen Bundesregierung mit dem Ziel, den internationalen Wettbewerbsvorteil der industriellen Produktion Deutschlands durch eine nachhaltige Strategie bis hin ins Jahr 2025 zu sichern und auszubauen. Heute wird das Konzept nach der Mechanisierung, Elektrifizierung und Automatisierung als vierte industrielle Revolution gehandelt und gewinnt auch in Österreich immer mehr an Bedeutung. Die Grundidee: Die Industrieproduktion von morgen soll fähig sein, selbst Einzelaufträge flexibel, wirtschaftlich und ressourcenschonend zu produzieren. Die Idealvorstellung: Ein Kunde definiert seinen individuellen Auftrag, der sich anschließend über Firmengrenzen hinweg von selbst steuert – von der Bestellung des erforderlichen Rohmaterials über die Reservierung der Bearbeitungsmaschinen, Montagekapazitäten, Lagerhallen und die erforderliche Logistikleistung bis hin zur Qualitätskontrolle und Auslieferung.
Industrie 4.0 soll neue Businessmodelle und Wertschöpfungsnetzwerke ermöglichen – Experten sprechen von möglichen Produktivitätssteigerungen von bis zu 30 Prozent. Insbesondere in den Branchen Automobilbau und Elektrotechnik soll zusätzliches Wachstum möglich sein. Dies kann durch den Einsatz von Technologien wie Embedded Systems, robuste Netze, Cloud Computing und IT-Security erreicht werden.

Grundlegender Systemwandel
Bei diesem Potenzial ist es kein Wunder, dass sich auch die führenden Industrieverbände mit dem Thema beschäftigen und nach Deutschland schielen. Auf der Messe Hannover war in diesem Jahr anhand eines Modells zu sehen, wie eine Fabrik der Industrie 4.0 funktioniert: Sie besteht aus verschiedenen unabhängigen Produktionsmodulen, einem Handarbeitsplatz und einer Vielzahl von Informationssystemen. Drei zentrale Paradigmen bestimmen die „Smart Factory“: das intelligente Produkt, die kommunizierende Maschine und der assistierende Bediener. Das intelligente Produkt kennt seine Auftrags-, Material- und Produktionsdaten und beeinflusst damit die Herstellung. Die kommunizierende Maschine ist eine so genannte CPS-Komponente (Cyber-Physical System), die mit dem intelligenten Produkt interagiert. Und der menschliche Bediener wird vom Produkt darüber informiert, wie die Montage zu erfolgen hat.

Smart Factory und CPS
CPS oder auch CPPS (Cyber-physische Produktionssysteme) stellen die Basistechnologie für die Fertigung der Zukunft dar. Hierbei handelt es sich um intelligente und vernetzte Systeme, die Informationen aus der physischen Fertigungsumwelt mithilfe von Kameras, Mikrofonen, Drucksensoren, Durchflussmessungen oder anderen Geräten ermitteln und mit vorliegenden Daten kombinieren. Mit den errechneten Resultaten wirken sie über Aktoren, wie z. B. Greifarmen, Werkzeugen oder andere Maschinen auf die Produktion ein. Sie werden wie sämtliche andere an einer Produktion beteiligten Geräte – vom Host, Server und PC bis hin zum Tablet oder Smartphone – miteinander vernetzt. Oder anders formuliert: „Im Mittelpunkt von Industrie 4.0 steht die echtzeitfähige, intelligente, horizontale und vertikale Vernetzung von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen zum dynamischen Management von komplexen Systemen.“ (Studie „Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland“, 2014).

Landschaftsgestaltung
Um das Potenzial von Industrie 4.0 überhaupt nutzen zu können, wird sich die IT-Systemlandschaft eines KMUs in den nächsten Jahren stark verändern müssen. Dies betrifft sowohl die eingesetzte Standardsoftware als auch die Art und Weise, wie mit Informationen umgegangen wird. Typische IT-Systeme in der heutigen Produktion sind beispielsweise das ERP für die Produktionsplanung, das PLM für die Produktverwaltung und das SPS für die Produktionssteuerung. Sie alle sind bisher auf eine zentral gesteuerte Produktion ausgelegt, die sich an Stückzahlen orientiert. Eine auftragsorientierte und dezentral gesteuerte Produktion wird dies radikal verändern und einen anderen Funktionsumfang aufweisen. Dabei ist keinesfalls sicher, dass die Funktionen dazu immer in ein separates Manufacturing Execution System (MES) ausgelagert werden können – ganz im Gegenteil: Radikale Veränderungen an der bestehenden Systemlandschaft werden notwendig sein. Die zweite Veränderung ist vielleicht sogar noch bedeutender, denn sie betrifft den Umfang mit erfassten und berechneten Informationen. Wertschöpfungsketten über Firmengrenzen hinweg sind mit der Notwendigkeit eines schnellen und abgesicherten Austauschs großer Datenmengen verbunden. Die effektive Datenlogistik wird damit zur wichtigsten Aufgabe der IT eines Unternehmens werden.

Engere Zusammenarbeit zwischen Management und Mitarbeitenden
Die Flexibilität oder genauer die Kapazitätsflexibilität eines Industrie-4.0-Unternehmens ist nur dann zu erreichen, wenn die Mitarbeiter auch vernetzt und flexibel arbeiten können. Dazu müssen die  Organisationsstrukturen der neuen Produktionsphilosophie angepasst werden. An die Stelle zentral gesteuerter und klar strukturierter Hierarchien sollten dezentrale und relativ autonome Einheiten treten, die untereinander gut vernetzt sind. Die Entwicklung in Richtung Industrie 4.0 erfordert also auch eine Reihe von grundlegenden Veränderungen auf organisatorischer Ebene. Beispielsweise ist eine engere und direkte Zusammenarbeit zwischen Management und Mitarbeitenden notwendig, um schneller agieren und reagieren zu können. Damit entfernen sich Unternehmen von der traditionellen Trennung zwischen Office und Fertigung und bewegen sich hin zum Shopfloor Management. Des Weiteren ist aufgrund zunehmend schwankender Nachfragesituationen eine weitere Flexibilisierung der Arbeitseinsätze erforderlich. Und schließlich wird sich die Arbeit in der Produktion stark in Richtung Planung, Steuerung, Überwachung und Analyse – also in Richtung Wissensarbeit – entwickeln. All dies gilt es mit organisatorischen und technischen Hilfsmitteln zu unterstützen.
Auch wenn die Industrie 4.0 für KMUs einige Herausforderungen bereithält – nicht zuletzt in finanzieller Hinsicht – haben die Umwälzungen mehr Chancen als Risiken. Und diese gilt es möglichst schnell zu analysieren. Denn heute gilt nicht mehr das Credo „die Großen fressen die Kleinen“, sondern: die Schnellen die Langsamen.

Info-Box
Das Schlagwort „Industrie 4.0“ soll die vierte industrielle Revolution zum Ausdruck bringen. Die erste industrielle Revolution bestand in der Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft, darauf folgte die zweite: Massenfertigung mit Hilfe von Fließbändern und elektrischer Energie. Die dritte Revolution ist die Digitalisierung, also der Einsatz von Elektronik und IT. In der vierten industriellen Revolution verschmelzen nun Maschinen mit der digitalen Welt. Fachleute sprechen auch von cyberphysischen Systemen, die unsere physikalische und virtuelle Welt zusammenführen.

Populär wurde der Begriff an der Hannover Messe 2013, als eine Zukunftsinitiative unter dem Namen „Industrie 4.0“ gestartet wurde. Dabei handelt es sich um ein Projekt in der Hightech-Strategie der deutschen Bundesregierung, mit dem in erster Linie die Informatisierung der Fertigungstechnik vorangetrieben werden soll. Das Ziel ist die intelligente Fabrik (Smart Factory). Diese zeichnet sich durch Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz und Ergonomie sowie die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse aus.

Zum Autor
Björn Bröhl, ist Senior Unit Manager Sales, Marketing und New Business Development bei der Trivadis AG. Trivadis ist führend bei der IT-Beratung, der Systemintegration, dem Solution Engineering und der Erbringung von IT-Services mit Fokussierung auf Microsoft- und Oracle-Technologien im DACH-Raum.