Technikzentriert
Industrie 4.0 Technikzentriert
(laufendes Projekt im Forschungsprogramm Weiterbildungskonzepte)
Hinweis: Zur leichteren Lesbarkeit sind bei rein femininen und maskulinen Schreibweisen immer beide Geschlechter gemeint.
Einführung in häufig verwendete technische Begriffe und Konzepte
- Was bedeutet 4.0 im Zusammenhang mit Industrie?
Mit 4.0 soll zum Ausdruck gebracht werden, dass es sich um die vierte industrielle Revolution handelt. Allgemein wird die Einführung von Wasser- und Dampfkraft als Ermöglichung des Übergangs von einer landwirtschaftlich orientierten Gesellschaft zu ersten Formen einer Industriegesellschaft gesehen (18. Jhdt). Massenproduktion zu Anfang des 20. Jhdts. wurde durch Elektrifizierung ermöglicht (zweite industrielle Revolution). Der Einsatz von Information- und Kommunikationstechnologien in der späten zweiten Hälfte des 20. Jhdts. wird allgemein als dritte industrielle (auch: digitale) Revolution bezeichnet.
Ob Industrie 4.0 tatsächlich eine vierte industrielle Revolution darstellt, ist umstritten. Man darf annehmen, dass mit diesem Schlagwort auch eine positive Konnotation erreicht werden soll. Fragwürdig ist auch die Bezeichnung Revolution selbst, da eher der Charakter einer Evolution vorherrschend ist.
- Was sind die zentralen Merkmale von Industrie 4.0?
Dem Konzept liegt der Gedanke zugrunde, dass Produktionssysteme in Zukunft in der Lage sein werden, sich "weitgehend autonom zu steuern und zu optimieren".1 Dies soll erreicht werden durch Internet - Vernetzung von physischen Produktionssystemen, sowohl innerhalb einer Organisation als auch zwischen Organisationen. In diesem Zusammenhang spricht man daher von Cyber-Physischen-Produktionssystemen (CPS), denen eine hervorragende Rolle zukommt.
- CNC - Maschinen vs. CP(P)S (Cyber-Physische-Produktionssysteme)
Mit CNC (Computerized Numerical Control) - Maschinen werden seit etwa den 80er Jahren Werkstücke automatisch mit hoher Präzision hergestellt. Vereinfacht gesagt bewegt sich ein Werkzeug über ein zu bearbeitendes Werkstück, das sich auf einer Spindel mit hoher Geschwindigkeit bewegt. Grundsätzlich sind Dreh-, Fräs- und Bohrfunktionen möglich. Zur Veranschaulichung zwei Promotionsvideos der Firmen SEMA, Traunkirchen, und Emco, Hallein (ca. 1 Minute / 5 Minuten; öffnen im neuen Fenster):
Promo SEMA
Promo Emco
Während CNC - Maschinen Einzelarbeitsplätze sind, kann man sich CPS als vernetzte (meist über Internet) Arbeitsplätze vorstellen. Im allereinfachsten Fall könnte man sich zwei CNC - Arbeitsplätze, die untereinander Daten austauschen und sich gegenseitig steuern können, bereits als CPS vorstellen; in der Praxis werden aber häufig eine große Anzahl von "smarten Objekten" vernetzt. Mit den Worten von Autoren des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft, Stuttgart, ist ein CPS ein "System, das durch die intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen, Produkten, Objekten und IKT-System entsteht, wird als cyber-physisches-System bezeichnet."2
Die folgenden zwei Promotionsvideos des deutschen Verbands der Elektroindustrie ZVEI (jeweils ca. 4 Minuten; öffnen im neuen Fenster) sollen CPS veranschaulichen:
Promo ZVEI I
Promo ZVEI II
- Datenbrille / Augmented Reality
Die Idee der Datenbrille geht auf Google Glass zurück, ein Produkt von Google (Foxconn), das in den USA 2014 auf den Markt kam. Bereits Anfang 2015 wurde der Verkauf wieder eingestellt. Vor allem Datenschützer kritisierten die Möglichkeit, unbemerkt für die Umgebung die integrierte Kamera einzuschalten und Aufzeichnungen an Server des Trägers der Datenbrille über Internet zu senden. Neue Modelle sind bereits in Vorbereitung.
Inzwischen gibt es mehrere Anbieter von Datenbrillen für den industriellen Gebrauch, vor allem von Samsung. Von Brother existiert bereits eine Nachfolgeversion, die auch von Angela Merkel beim Besuch der CeBIT Messe 2016 begutachtet wurde.
Mit Datenbrillen lassen sich Informationen einblenden, die für die Trägerin zur Ausführung der jeweiligen Arbeit relevant sind, daher wird in diesem Zusammenhang von einer Augmented Reality (erweiterte Realität) gesprochen: die reale Umwelt wird um Kontextdaten erweitert. Mit Zusatzfunktionen wie Kamera, Mikrofon, WLAN, usw. können sie Mitarbeiter beispielsweise bei der Steuerung von Prozessen unterstützen, siehe Promotionsvideo der Schulz Systemtechnik (ca 1. Minute; öffnet im neuen Fenster):
Promo Schulz
sowie des Softwareunternehmens SAP (ca. 2 Minuten, Datenbrille ab 1:20; öffnet im neuen Fenster):
Promo SAP
- Internet der Dinge (Internet of Things, IoT)
Mit Internet der Dinge ist gemeint, dass alle Objekte (Dinge) innerhalb einer Wertschöpfungskette durch das Internet verbunden sind. Dazu gehören vor allem Cyber-Phyische-Systeme (CPS) als die eigentlichen Produktionsstätten, aber auch Logistik, Gebäude, usw., die durch ihre Internetfähigkeit "smart" werden.
- Cloud- und dienstebasierte (servicebasierte) Produktion
Ein wesentlicher Aspekt des Industrie 4.0 - Konzeptes ist die Vernetzung der einzelnen Objekte über das Internet (Cloud Computing). Das bedeutet, dass auch Objekte, die in räumlicher Nähe zueinander stehen, nicht verkabelt (LAN-verbunden) sondern ebenfalls über die Cloud kommunizieren. Dies ist insofern nicht ungewöhnlich, da bereits jetzt zwei sich gegenüber sitzende Mitarbeiterinnen eMails austauschen, wobei die physischen Mailserver in den USA stationiert sein können.
Das zentrale Problem bei dieser Lösung ist bekannt: Datensicherheit. Ihr wird daher ein großes Augenmerk geschenkt.
- Digitaler Schatten
Der Digitale Schatten stellt die Gesamtheit aller Echtzeitdaten eines Industrie 4.0 - Systems dar. Analog zum Flugschreiber in der Luftfahrt werden vergangene und aktuelle Ereignisse (mit ihren Daten) aufgezeichnet. Als Weiterführung der Flugschreiber - Idee stehen die Informationen aber nicht erst zeitversetzt nach ihrer Aufzeichnung zur Verfügung, sondern können sofort in das System an diejenigen Objekte weitergeleitet (oder von diesen aktiv abgerufen) werden, welche diese benötigen. Der Digitale Schatten kann daher als virtuelles Abbild der Produktion gesehen werden.4
1 Vgl. Hirsch Kreinsen (2014, 1), in Hausegger/Scharinger/Weber (2016, 3) Zurück zum Text
2 Bauer/Schlund/Marrenbach/Ganscher (2015), 19 Zurück zum Text
3 Pfrommer et al. (2014) erstellen Richtlinien zur Verwendung von Begrifflichkeiten (Fachausschuss "Industrie 4.0" unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Epple, RTHW Aachen). Danach ist ein CPPS ein "Anwendung von CPS in der produzierenden Industrie" (3 f.)
4 Vgl. Bauernhansl et al., (2016), 23f. Zurück zum Text
Literatur
Bauer, Wilhelm; Schlund, Sebastian; Marrenbach, Dirk; Ganschar, Oliver (2015). Industrie 4.0 - Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland. Berlin/Stuttgart; BITKOM/Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft.
Bauernhansl, Thomas; Krüger, Jörg; Reinhart, Gunther; Schuh, Günther (2016). WGP-Standpunkt Industrie 4.0. Darmstadt: Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik WGP e.V.
Hausegger, Trude; Scharinger, Christian; Sicher, JÜrgen; Weber, Friederike. Qualifizierungsmassnahmen im Zusammenhang mit der Einführung von Industrie 4.0 (2016). Wien: prospect Unternehmensberatung GmbH.
Pfeiffer, Sabine; Lee, Horan; Zirnig, Christopher; Suphan, Anne (2016). Industrie 4.0 - Qualifizierung 2025. Frankfurt: VDMA Bildung.
Pfrommer, Julius; Schleipen, Miriam; Usländer, Thomas; Epple, Ulrich; Heidel, Roland; Urbas, Leon; Sauer, Olaf; Beyerer, Jürgen (2014). Begrifflichkeiten um Industrie 4.0 - Ordnung im Sprachwirrwarr. Fraunhofer IOSB / RWTH Aachen / Siemens AG / TU Dresden.
Plattform Industrie 4.0 (2015). Umsetzungsstrategie Industrie 4.0. Berlin/Frankfurt/Frankfurt: BITKOM/VDMA/ZVEI.