Kolumne

„Industrie 4.0 braucht Vorfahrt im Netz“

Deutschland ist die Keimzelle der vierten industriellen Revolution – und hat einen klaren Vorsprung bei der Konzeption, Entwicklung und dem Einsatz von Fabriken der nächsten Generation. Um ihn zu sichern, herrscht auf vielen Feldern Handlungsdruck.
Bereits vor zehn Jahren haben wir am DFKI in Kaiserslautern die weltweit erste Smart Factory errichtet, um der Industrie erstmals eine voll funktionsfähige cyberphysische Produktionsanlage zu demonstrieren. 2011 entstanden aus der Zusammenarbeit mit den Kollegen Henning Kagermann und Wolf-Dieter Lukas der Begriff „Industrie 4.0“ sowie konkrete Handlungsempfehlungen für die Bundesregierung. In den beiden vergangenen Jahren ging Industrie 4.0 auf der CeBIT und Hannover Messe ab wie eine Rakete. Aber sie darf jetzt nicht an Schub verlieren.

<p>Professor Wolfgang Wahlster plädiert für die Vorfahrt der Industrie im Netz und die schnelle Umsetzung einer fünften Mobilfunkgeneration zur Synchronisation verteilter Produktions­prozesse.</p>

Professor Wolfgang Wahlster plädiert für die Vorfahrt der Industrie im Netz und die schnelle Umsetzung einer fünften Mobilfunkgeneration zur Synchronisation verteilter Produktions­prozesse.

Weltweit tauchen immer mehr Nachahmer und selbst ernannte Experten auf, die zu einer viralen Verbreitung der Ideen beitragen, sodass Industrie 4.0 heute auf keiner industriepolitischen Agenda führender Wirtschaftsnationen mehr fehlt. In Deutschland gibt es seit zwei Jahren die ersten Fabriken mit neuen Automationslinien, die integrierte, modulare Strukturen und die effiziente Fertigung von Unikaten auf der Basis semantischer Produktgedächtnisse im Wirkbetrieb zeigen. Noch wichtiger ist, dass es uns gelungen ist, in einigen älteren Bestandsfabriken durch Nachrüstung mit drahtlosen Sensornetzen, einer neuen Generation von Feldgeräten und vor allem intelligenter Software für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M) eine Migration von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0 evolutionär umzusetzen. Damit können Unternehmen die zahlreichen wirtschaftlichen Vorteile der Digitalisierung auch ohne komplette Neuinvestition nutzen.

Deutschland hat seitdem beim Thema Industrie 4.0 im internationalen Wettbewerb eine Poleposition mit einem Vorsprung von etwa zwei bis drei Jahren. Den müssen wir halten und in weitere Exporterfolge umsetzen. Es reicht nicht aus, wenn wir uns auf den bisherigen Erfolgen ausruhen. Vielmehr muss weiterhin der Turbo eingeschaltet bleiben, um die internationalen Wettbewerber auf Distanz zu halten. Hier steht Deutschland vor der Herausforderung, fünf erfolgskritische Handicaps auf der Rennstrecke zu meistern:

  • Vorfahrt für die industrielle Internetnutzung nachhaltig sichern
  • Emanzipation der Feldgeräte durchsetzen
  • offene Standards für Industrie 4.0 im Internet der Dinge vorantreiben
  • den Werkern gute Arbeit durch Assistenzsysteme ermöglichen
  • Sicherheit, Datenschutz und Resilienz in Smart Factories garantieren.

Die digitale Vernetzung in Industrie 4.0 setzt nicht nur Breitbandinternet im Gigabit-Bereich voraus, sondern aufgrund der Echtzeitanforderungen auch garantierte maximale Latenzzeiten für die Informationsübertragung. Hier braucht es klare Vorfahrtsregeln. Es kann nicht sein, dass YouTube-Gucker oder Spiele-Freaks Engpässe verursachen, welche die Fernwartung einer laufenden Fabrikfertigung im Internet stören. Eine falsch verstandene Netzneutralität kann rasch zum Innovationshemmnis werden und großen wirtschaftlichen Schaden anrichten.

Durch Virtualisierung wird sich ein industrielles Internet realisieren lassen, dass die vom privaten Nutzer geforderte Netzneutralität in seiner Internetwelt nicht beeinträchtigt. Hier ist aber auch die Politik gefordert, um diese Diskussion rasch in vernünftige Bahnen zu lenken. Da gerade die Logistik zwischen vernetzten Fabriken und die Synchronisation verteilter Produktionsprozesse auch Mobilfunklösungen brauchen, muss der heutige Standard LTE rasch um eine fünfte Mobilfunkgeneration (5G) mit Latenzzeiten unter einer Millisekunde ergänzt werden.

Das allein reicht aber noch lange nicht. Für den langfristigen Erfolg von Industrie 4.0 müssen die klassischen Feldgeräte emanzipiert und schrittweise durch cyberphysische Systeme (CPS) abgelöst werden. Diese CPS sind über Echtzeit-Ethernet oder drahtlose IP-Protokolle miteinander vernetzt. In der Smart Factory kommen solche CPS zum Einsatz, die eine Vielzahl von Einzelkomponenten integrieren: Neben Sensoren und Aktuatoren, einem Prozessor, Speicher, einem Funkmodul und Antennen können sie auch Sicherheits- und Positionierungsmodule sowie eine möglichst autarke Energieversorgung enthalten. Solche multifunktionalen CPS 4.0 müssen hochzuverlässig, energieeffizient und kostengünstig sein, weil Tausende von solchen dezentralen Systemen das Nervensystem einer Smart Factory für Industrie 4.0 bilden. Aber erst innovative Softwaresysteme auf der Basis semantischer M2M-Kommunikation ermöglichen ein wirklich intelligentes Verhalten dieser cyberphysischen Systeme.

Ohne globale und offene Standards – von der Ebene der Steckverbindungen zwischen den Fabrikmodulen bis hin zur semantischen Kommunikation zwischen dem entstehenden Produkt und den Produktionsmaschinen – kann die Integration der modularen Komponenten einer Smart Factory nicht gelingen. Derzeit versuchen Amerikaner und Asiaten aus ihrer starken Position in der Internettechnologie, uns bei der Standardisierung zu überholen. Zum Glück sind in den vergangenen Jahren auch in Deutschland Überholspuren für erfolgskritische Standardisierungsverfahren entstanden. Denn langwierige Verfahren sind bei der Digitalisierung nicht tolerierbar. Allerdings fehlt es in einigen traditionellen Standardisierungsgremien offenbar noch an der Einsicht, dass sich die technische Kommunikation im Internet der Dinge zu einem semantischen Web der Dinge weiterentwickeln muss, in dem Geräte sich auch inhaltlich untereinander verstehen. Dazu müssen in Deutschland vorgeschlagene Standards wie das sogenannte Object Memory Model (OMM) für Produktgedächtnisse durchgesetzt werden.

Neben aller Technik muss sichergestellt bleiben, dass der Mensch auch in der Smart Factory im Mittelpunkt steht. Das ist maßgeblich für den Erfolg von Industrie 4.0. Mehr als bisher müssen die Belegschaften und Sozialpartner diese Revolution selbst mitgestalten können und positiv begleiten. Neueste Formen der Mensch-Technik-Interaktion können die Arbeit an digitalisierten Fabrikarbeitsplätzen erleichtern und müssen weiter ausgebaut werden. Die neue Generation von Leichtbaurobotern, die Firmen wie Kuka, Bosch und ABB aus Deutschland heraus vorantreiben, muss als industrielles Assistenzsystem die Werker unterstützen. Kollaborative Roboter ersetzen hierbei nicht wie bei der ersten Generation von Lackier- und Schweißrobotern den Facharbeiter, sondern helfen ihm fallweise bei belastenden Arbeitsschritten.

Schließlich muss „Security made in Germany“ auch in Industrie 4.0 ein Teil der internationalen Marke sein. Das Vertrauen gerade mittelständischer Unternehmer in den zuverlässigen Schutz ihrer Produktionsgeheimnisse im industriellen Internetzeitalter ist ein zentraler Faktor für die Akzeptanz und den Markterfolg von Industrie 4.0. Aber auch der ungestörte Dauerbetrieb und die Resilienz müssen durch sicheres Design gewährleistet sein. Hier haben sich deutsche Sicherheitsunternehmen bereits einen Entwicklungsvorsprung im Bereich der IT-Sicherheit eingebetteter Systeme erarbeitet, der jetzt für Industrie 4.0 genutzt werden muss.

Wissenschaft, Wirtschaft und Politik sind gemeinsam gut unterwegs. Die historische Chance, die aufgezeigten Hürden zu überwinden, ist groß. Wird sie jetzt genutzt, kann aus der Poleposition Deutschlands bei Industrie 4.0 ein Start-Ziel-Sieg zum Wohle unserer gesamten Gesellschaft werden.

Bildnachweis: DFKI GmbH (2)

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