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Der Mensch, Maschinen und IT – das sind die Grundpfeiler der Fabrik der Zukunft. Ihr ganzes Potenzial spielt sie allerdings erst mit der Vernetzung aus. Die neue Konnektivität – also die Organisation in Netzwerken – hebt Industrie 4.0 auf die nächste Stufe. Wie die Vernetzung in der Industrie ganz neue Formen des Wirtschaftens, des Arbeitens und der Kollaboration schafft, zeigt das Leitthema Integrated Industry – Connect & Collaborate. Die Ergebnisse sind mehr Wettbewerbsfähigkeit, bessere Arbeitsplätze und neue Geschäftsmodelle.
Die Fabrik- und Energietechnik wird immer leistungsfähiger. Die Möglichkeiten zur Datenauswertung sowie industrielle IT-Plattformen drängen auf den Markt. Hinzu kommen künstliche Intelligenz und Machine-Learning, die Maschinen in die Lage versetzen, Entscheidungen zu treffen. Produktionsketten lassen sich digital simulieren, vorausschauende Wartung wird zum Standard, innovative Geschäftsmodelle entstehen, neue Player tauchen an den Märkten auf und Branchengrenzen verschwimmen zusehends.
Konzerne aus aller Welt zeigen Roboter, Automatisierungstechnik, IT-Lösungen und Software und darüber hinaus Plattformen zur Vernetzung. Hannover ist damit der Schrittmacher für Industrie 4.0. Nur hier wird die digitale Transformation der Industrie als Gesamtsystem sichtbar.
Im Bereich der Energie nehmen die Digitalisierung und Vernetzung rasant zu. Virtuelle Kraftwerke speisen die Energie verschiedener Erzeuger passgenau ins Stromnetz ein. Auch im Hinblick auf Energiewende und Elektromobilität führt der Netzwerk-Gedanke zum Fortschritt. Elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden als Stromspeicher eingesetzt und geben ihren Strom an Verbraucher ab, um Netzschwankungen zu kompensieren.
In Zeiten der Digitalisierung eröffnen sich durch Smart Supply für Zulieferunternehmen ganz neue Perspektiven: Supply Chain Management, Simultaneous Engineering (siehe Kasten), optimierte Durchlaufzeiten und minimale Fehlerquote – all das geht, wenn Zulieferer und Abnehmer sich als Entwicklungspartner auf Augenhöhe verstehen und sich als solche vernetzen.
Die neue Konnektivität verändert zudem die Rolle des Mitarbeiters in der Fabrik. Er hat unmittelbaren Zugriff auf alle relevanten Produktions- und Maschinendaten. Intelligente Maschinen unterstützen ihn bei der Entscheidungsfindung.
Eine Schlüsselrolle spielen industrielle IT-Plattformen. Das Sammeln, Analysieren und Zusammenführen großer Datenmengen aus unterschiedlichen Quellen ermöglicht in Kombination mit dem entsprechenden Industrie-Know-how die Entwicklung internetbasierter Dienstleistungen jenseits klassischer Branchengrenzen.
Im Rahmen von Industrie 4.0 verändern sich auch die Produktionslogistik und die Anforderungen an Logistikunternehmen. Kundenwünsche werden immer individueller und verlangen nach Lösungen aus einer Hand. Dieser Trend wird die Intralogistik-Messe CeMAT prägen. Die CeMAT findet parallel zur Hannovermesse statt. Damit wird das Zusammenspiel von Industrie 4.0 und Logistik 4.0 auf dem Messegelände vollumfassend abgebildet.
Dies alles sind Beispiele für Konnektivität und Kollaboration, die während der Hannovermesse auf den Ständen der Unternehmen aus aller Welt zu sehen sein werden. Darüber hinaus werden auch die mehr als 80 begleitenden Foren und Kongresse das Leitthema aufgreifen und damit die Messe einmal mehr als Innovationsplattform und Wegbereiter für Trends bestätigen.
Die digitale Transformation
Die Veränderung von Produkten, Prozessen und Services durch die Nutzung digitaler Technologien vollzieht sich in zwei Strängen.Einerseits werden Automations- bzw. Maschinenbauprodukte digital angereichert: Klassische Produkte und Services erfahren Ergänzungen durch neue Technologien wie M2M (siehe Kasten), OPC UA oder RAMI. Im Rahmen der neuen Leitmesse Integrated Automation, Motion & Drives (IAMD) sind auf der HMI zahlreiche Beispiele dieser Entwicklung zu sehen.
Die Digital Factory stellt den zweiten Strang in den Vordergrund: die Nutzung von Digitalisierungstechnologien im industriellen Geschäft. Dabei werden Konzepte, die sich im Consumerbereich oder anderen Anwendungsfeldern bewährt haben, an die Bedürfnisse der Industrie angepasst. Plattformökonomie, digitaler Zwilling, KI/Machine Learning und Predictive Maintenance sind Trends, die dafür stehen.
»Schon seit vielen Jahren werden Digitalisierungstechnologien zur Unterstützung der internen Unternehmensprozesse eingesetzt. In der Konstruktion etwa ist Product Lifecycle Management (PLM) gefragt, in der Fertigung helfen Manufacturing Execution Systeme (MES), und der Kundendienst setzt auf Customer Relationship Mangement (CRM)«, erklärt Rainer Glatz, Geschäftsführer der VDMA-Fachverbände Elektrische Automation sowie Software und Digitalisierung. Bislang allerdings wurde die dafür notwendige IT oft nur als Kostenverursacher angesehen. Neu ist, dass Digitalisierung als Triebkraft für neue Geschäftsmodelle und für zusätzlichen Umsatz gesehen wird.
Um dieses Potenzial zu erschließen, müssten die Firmen umdenken und sich verändern. Beispiele für erfolgreiche Transformation nehmen laut Glatz zu: »Automatisierer wie Siemens oder Bosch mutieren in Teilen zu Softwareunternehmen, Maschinenbauer zu Anbietern digitaler Services und Plattformen.«
In einer Studie ermittelte der VDMA vor einem Jahr, dass etwa 20 % der Mitgliedsunternehmen ihr Digitalisierungsgeschäft ausgliedern wollen. Auf der Digital Factory zeigen sich einige Anbieter, die den Schritt schon vollzogen haben. Axoom, die digitale Produktionsplattform der gleichnamigen Trumpf-Tochter, ist ein Paradebeispiel dafür. Ziel von Axoom ist die übergreifende Vernetzung von Maschinen, Software und Prozessen mit dem Menschen als entscheidendem Mittelpunkt. Durch vertikale Verknüpfung können Daten in die cloudbasierte Plattform transportiert werden, um neue Geschäftsmodelle und die individuelle Massenfertigung zu ermöglichen.
Neben zahlreichen Newcomern wie Oracle, Qualcomm Technologies oder Fujitsu stellen auf der Digital Factory auch wieder etablierte IT-Größen wie Microsoft, SAP, IBM, Huawei, Cisco oder AWS Plattformen und Werkzeuge vor, um die digitale Transformation der Industrie zu unterstützen. Einige Konzerne sind mit Partnerständen präsent, um die Anwendungsbeispiele gleich mitzuliefern.
Predictive Maintenance
Es ist zwar ein viel diskutiertes Schlagwort, doch mangelt es bislang an der effektiven Umsetzung in den Werkshallen. Dabei liegen die nötigen Sensordaten oft schon vor.Geht es nach einer aktuellen Studie der Unternehmensberatung BearingPoint , dann sind Unternehmen in der DACH-Region noch nicht willens, die bereits bestehenden Möglichkeiten zur vorausschauenden Wartung konsequent umzusetzen. Lediglich 20 % aller Befragten nutzen entsprechend vollumfänglich modernisierte Instandhaltungskonzepte. Das verwundert insofern, als 76 % der Teilnehmer die erforderlichen Sensordaten bereits erfassen und immerhin 59 % die gewonnenen Rohinformationen im Anschluss durch ein Analysetool verarbeiten. Die Maschinen sind also bereits in vielen Betrieben vernetzt, sammeln Daten und übermitteln sie an ein Auswertungssystem. Automatisierte Wartungsprozesse, etwa bei der Beschaffung von Ersatzteilen, bleiben jedoch ungenutzt (Bild 2).
Zwar sehen die Unternehmen in den smarten Instandhaltungskonzepten durchaus einen vielschichtigen Nutzen, vor allem in der Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit (80 %), jedoch scheut ein Großteil (61 %) den als hoch eingeschätzten Aufwand der Umsetzung. Dabei sind die Bedenken nur zum Teil gerechtfertigt: Längst haben die Anbieter entsprechender Lösungen die Zeichen der Zeit erkannt. So unterstützt beispielsweise SAP gemeinsam mit 18 strategischen Partnern Unternehmen bei der Einführung von IoT-Services und bietet auch eigene Softwarepakete zur Implementierung passender Predictive-Maintenance-Dienste an.
Smarte Weiterbildung
Neben fehlender Datensicherheit beklagen viele Unternehmen auch den Mangel an qualifizierten Facharbeitern. Da standardisierte, einfache Tätigkeiten in der Industrie 4.0 zunehmend von Robotern übernommen werden, steigt der Bedarf an Arbeitnehmern mit fundierten IT-Kenntnissen. Bei einer Umfrage des Digitalverbandes Bitkom gaben 94 % der 559 befragten Unternehmen an, dass die Arbeit in ihren Produktionsprozessen in Zukunft auch verstärkt interdisziplinäre Kompetenzen erfordert. Um geringfügig qualifizierte Facharbeiter dennoch in die Industrie 4.0 zu integrieren, gibt es bereits spezielle Weiterbildungsmaßnahmen, die im Arbeitsalltag angewandt werden. So leiten zum Beispiel intelligente Datenbrillen den Mitarbeiter Schritt für Schritt durch die Reparatur einer komplexen Anlage. Auch smarte Handschuhe sind bereits im Einsatz – sie melden dem Arbeiter sofort, wenn er ein Bauteil falsch montiert.Intelligente Datenbrille
Mit dem Produkt MAX hat Thyssenkrupp das nach eigenen Angaben erste vorausschauende Wartungssystem für Aufzüge entwickelt. Die Kabinen sind mit einem auf der Cloud-Plattform Microsoft Azure basierenden System vernetzt. Das ermöglicht eine präzise Überwachung aller Funktionen, von der Betriebsgeschwindigkeit über Kapazitäten bis hin zu Türschließmechanismen. Die in Echtzeit gesammelten Daten werden in der Cloud analysiert. Der Techniker erhält – quasi vom Aufzug selbst – präzise Systemdiagnosen. MAX wird weiterentwickelt und soll Wartungsbedarf künftig schon dann vorhersehen, wenn es noch keine Anzeichen für Ausfälle gibt.
Facility Services bieten auch noch weitere Ansatzpunkte zur Digitalisierung, glaubt Prof. Dr. Markus Thomzik, Geschäftsführer des Bochumer Instituts für angewandte Innovationsforschung. In einem Fachbeitrag für Management Circle nennt er unter anderem biometrische Systeme als Beispiel. Sie würden bei Zutrittskontrollen und Flächenbelegungskonzepten Effizienzreserven heben können. Miniaturisierte Sensorik könnte darüber hinaus detailliertere Gebäudenutzungsanalysen in Echtzeit ermöglichen.
Kurz und bündig
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Elektronische Haut ermöglicht berührungslose Steuerung
Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) können der menschlichen Haut ungeahnte Kräfte verleihen. Zusammen mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) und der Johannes Kepler Universität Linz (JKU) haben sie eine dünne Folie mit Sensoren entwickelt, die sich an die Handinnenfläche anschmiegt. Damit sollen Objekte wie Telefone oder Bedienungsanlagen künftig mit bloßen Gesten steuerbar werden. Da die Sensoren auch starke Verbiegungen und Verkrümmungen aushalten, eignen sie sich beispielsweise auch für den Einbau in Textilien und andere weiche, verformbare Materialien.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass keine direkte Sichtverbindung zwischen dem Objekt und den Sensoren benötigt wird. So könnten etwa Sicherheitskräfte Knöpfe und Regler in Räumen bedienen, die sie wegen einer Gefahrensituation nicht betreten dürfen. Anders als die meisten Handschuhe und Brillen sind damit VR/AR-Anwendungen (Virtual- und Augmented Reality) möglich, die sehr viel intuitiver geschehen. Denn die neuen Sensoren funktionieren im Zusammenspiel mit einem Permanentmagneten. Die elektronische Haut zeichnet beispielsweise die Bewegungen einer Hand auf, indem sie ihre Position in Verbindung zu den externen Magnetfeldern des Permanentmagneten setzt.
Get new technology first!Das Zusammenspiel von Automatisierungs- und Energietechnik, Intralogistik, IT-Plattformen und künstlicher Intelligenz treibt die digitale Transformation der Industrie nach vorn. Mit den Leitthemen »Integrated Industry« und »Integrated Energy« ist sie die globale Plattform für Industrie 4.0 und zeigt mit – Connect & Collaborate« die Potenziale dieser Entwicklung. |
