„Eine gemeinsame Sprache finden“

Olaf Sauer, Stellvertreter des Institutsleiters am Fraunhofer IOSB, über die Anforderungen an Industrie und Unternehmen, um Planung und Einrichtung digitaler Fabriken smarter zu gestalten.

Was sind die wesentlichen Herausforderungen an Unternehmen beim Aufbau einer digitalen Fabrik? Das oberste Gebot ist: Ingenieure und Informatiker müssen in der Lage sein, eine gemeinsame Sprache zu sprechen, um miteinander zusammenarbeiten zu können. Die organisatorische Herausforderung an Unternehmen ist dabei mindestens genauso hoch wie die technische. Es muss eine gemeinsame Industrie-4.0-Sprache gefunden und installiert werden. Daran muss die Industrie noch arbeiten.

Was bedeutet das in der Praxis? Solange jedes Unternehmen in seiner eigenen, proprietären Welt verhaftet bleibt, dürfte der Datenaustausch in der Welt des Internet of Things schwer werden. Silodenken wird in Zukunft nicht mehr funktionieren. Das heißt konkret: Unternehmen, die bisher Wettbewerber waren, müssen sich an einen Tisch setzen und eine gemeinsame Sprache finden, um die Fähigkeiten ihrer Geräte zu beschreiben, die ja industrieübergreifend in der Lage sein sollten, miteinander zu kommunizieren.

Über diesen Aspekt hinausgedacht – was kommt sonst noch auf einzelne Unternehmen zu, die ihre Werke ‚smarter‘ machen möchten? Die Unternehmen brauchen eine spezielle Industrie-4.0-Roadmap. Allerdings gibt es dafür kein einfaches Kochrezept, so etwas kann man nirgendwo von der Stange kaufen. Da hilft nur der jeweils eigene, individuelle Weg. Unternehmen kommen nicht darum herum, sich Gedanken über erste mögliche Anwendungsfälle zu machen, wo in ihren Werken der Einsatz von Industrie 4.0 möglich und sinnvoll ist. Das ist inzwischen weit weniger schwer, als zahlreiche Unternehmen noch annehmen. Denn vieles, was man dazu technologisch braucht, ist verfügbar. Letztendlich kommt niemand darum herum, das Thema an einer geeigneten Stelle auszuprobieren und Erfahrungen zu sammeln.

Offenbar tun sich viele Unternehmen noch schwer damit. Woran liegt das? Ja, leider ist das so. Die Verantwortlichen suchen immer nach den perfekten Anwendungsfällen und wollen gleich den Return on Investment kennen, wenn sie auf Industrie 4.0 setzen. So wird der Einstieg aber nicht funktionieren. Zumal es intern auch oft zusätzliche Widerstände und Beharrungstendenzen gibt. Das eigene Immunsystem gegen Neues muss überwunden werden.

Wie kann das gelingen? Dabei hilft es oft, eine Art Start-up-Kultur zu etablieren, entweder im Unternehmen direkt oder in einem neuen Bereich. Dafür gibt es auch schon viele erfolgreiche Beispiele. Da kämpft man zum einen nicht mehr gegen große Widerstände. Zum anderen entstehen auf diesem Weg auch neue Geschäftsmodelle mit Dienstleistungen, an die man zu Beginn möglicherweise überhaupt nicht denkt. Dabei muss man wissen: Es geht am Ende immer darum, Daten zu sammeln. Zum Beispiel wie das mittelständische Unternehmen, das von jeher Handtuch- und Seifenspender herstellt. Jetzt hat es bis zu 28 Sensoren in die Spender eingebaut. Damit ist es in der Lage, Daten über deren Nutzung zu generieren, und das ermöglicht den Verkauf der Dienstleistung eines sauberen Waschraums.

Zurück zur digitalen Fabrik: Welche Bedeutung hat dort die Einrichtung eines durchgängigen Manufacturing Execution Systems (MES)? In der Fabrik der Zukunft spielen informationstechnische Systeme eine ebenso zentrale Rolle wie im täglichen Leben. MES müssen daher Teil einer durchgängigen IT-Unterstützung sein und besitzen durch ihre Eigenschaft als Daten- und Informationsdrehscheibe eine Vielzahl an Schnittstellen. Sie sammeln Daten von Maschinen, Produkten und Prozessen genauso wie Qualitätsdaten, die in Beziehung zueinander gesetzt werden müssen. Das MES macht das alles transparent, es erlaubt quasi den Durchblick in die Fabrik und gibt Auskunft über Zusammenhänge, die man bisher womöglich nicht gesehen hat. Dabei wird klar, an welchen Stellschrauben im Prozess gedreht werden muss, damit die Qualität und Verfügbarkeit einer Maschine weiterhin hoch bleibt. Um effizient produzieren zu können, müssen MES als Teil der wandlungsfähigen Produktion daher möglichst gut und nahtlos mit anderen Systemen zusammenarbeiten.

Wie funktioniert dieser Informationsaustausch mit anderen Systemen und worauf kommt es dabei an? Diese MES-Funktionen werden vom überlagerten ERP-System bedient, beziehen also daraus ihre Aufträge. Der Informationsfluss mit den Maschinen erfordert auch deren Anbindung, etwa um in Echtzeit auf Änderungen im Produktionsprozess reagieren zu können. Oft liegt der Fokus beim MES noch auf dem reinen internen Produktionsprozess. Das reicht aber nicht. Auch die Kette zwischen Produktentwicklung, Produktions-Engineering und Fertigung muss geschlossen werden. Zudem müssen Kunden und Lieferanten eingebunden werden. Um angestrebte Effizienzgewinne zu realisieren, muss im Endausbau die gesamte Wertschöpfungskette digitalisiert werden.

Wie stimmt sich ein Unternehmen dabei mit seinen Lieferanten ab? Dabei hilft nur eines: Man muss sich an einen Tisch setzen, etwa um zu klären, wie Informationen über Produkteigenschaften der zugelieferten Teile weitergegeben werden können. Ein Beispiel: Das Presswerk eines Automobilwerks bekommt regelmäßig Blechrollen (Coils) angeliefert. Der anschließende Prozess des Tiefziehens ist auch von den Qualitätsdaten dieser Bleche abhängig, die aber nicht vollständig mitgeliefert werden. Würden diese digital mitgeliefert, könnten die Parameter in der Presse besser eingestellt und Produktfehler aufgrund von bestimmten, analog nicht auffindbaren Mängeln an den Blechen vermieden werden. Letztendlich ist auch das eine Frage der gemeinsamen technologischen Sprache, wie zu Beginn angesprochen.

Wie finden Unternehmen in der digitalen Fabrik die optimale Softwarearchitektur? Die herkömmliche Automatisierungspyramide von ERP, MES und Feldebene wird in Zeiten von Cloud-Lösungen allmählich abgelöst durch das Referenz-Architekturmodell Industrie 4.0. Das ist eine Art Schichtenmodell und beschreibt die erforderlichen Zusammenhänge zwischen Datenlieferant und Datenabnehmer. Aber auch da sollten Unternehmen nicht gleich „tabula rasa“ machen und alles neu aufbauen. Sondern sie sollten sich schrittweise in eine solche neue Architektur hineinarbeiten.

Was ist im Rahmen einer solchen Architektur in Bezug auf die IT-Sicherheit zu bedenken? Unternehmen können in diesem Punkt der Maßgabe des „Security by Design“ folgen: Bei allem, was in Richtung Digitalisierung implementiert wird, sollte ein IT-Sicherheitsexperte von Beginn an mit am Tisch sitzen. Vielen Unternehmen ist nicht bewusst, dass einzelne Komponenten und Maschinen über Zertifikate gesichert werden können. Das verhindert den Einbau von Plagiaten und die Daten werden verschlüsselt abgelegt.