Die von Bundeswirtschaftsminister Sigmar Gabriel und Bundesforschungsministerin Prof. Johanna Wanka initiierte »Plattform Industrie 4.0« soll Deutschland fit machen für den digitalen Wandel in den Fabriken. Aber wie steht es eigentlich um die Digitalisierung der deutschen Industrie? In welchen Unternehmen gibt es bereits konkrete und praktikable Anwendungen? Wo vermitteln Kompetenz- und Testzentren neue Technologien und Konzepte aus der Forschung auf eine besonders praxisnahe Art und Weise? Hierzu hat die Plattform eine interaktive Deutschlandkarte entwickelt, die Antworten auf diese Fragen bietet.

Auf einen Klick informiert sie über unternehmerische und wissenschaftliche Pionierarbeit im Bereich Industrie 4.0. Die E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz gehört zu den Vorreitern in Deutschland und wurde im Bereich Test- und Kompetenzzentren aufgenommen.

Virtuelle und reale Produktionswelten wachsen zusammen. In der Smarten Fabrik der Zukunft sind Maschinen, Logistik und Menschen Teil eines unternehmensweiten Datennetzes und im ständigen Informationsaustausch. Bauteile finden ganz eigenständig ihren Weg zum nächsten Fertigungsschritt. Produktionsanlagen stellen sich flexibel auf eingehende Bestellungen ein. Der Mensch überwacht und leitet mithilfe von smarten Endgeräten eine Produktion, die sich weitestgehend intelligent selbst regulieren soll.

Unter dem Begriff Industrie 4.0 ist diese Transformation bereits in aller Munde. Deutschland sieht sich im internationalen Kontext hier als einer der Vorreiter. Aber wie viel Industrie 4.0 steckt eigentlich schon in der deutschen Industrie und Wissenschaft? Um diese Frage zu beantworten, hat die Plattform Industrie 4.0, ein Zusammenschluss aus Unternehmen, Verbänden, Gewerkschaften, Wissenschaft und Politik, eine Online-Landkarte entwickelt. In zwei Kategorien werden neben rund 200 Anwendungsbeispielen auch 25 nationale Test- und Kompetenzzentren vorgestellt.

Drei blaue Pfeile zeigen auf die Leuchtturmstandorte in Mitteldeutschland. Neben der Universität Magdeburg und der Universität Leipzig ist auch die E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion des Fraunhofer IWU in Chemnitz unter der Kategorie Test- und Kompetenzzentren verzeichnet. In engem Schulterschluss mit der Industrie entwickeln und erproben Fraunhofer-Forscher hier Lösungen für den Automobilbau der Zukunft – und setzen dabei ganz gezielt auf Industrie 4.0. So wird bspw. an Karosseriebauanlagen geforscht, mit denen sich flexibel verschiedene Automodelle eines Herstellers zusammenbauen lassen. Bisher benötigt man für jedes Modell eine neue Produktionsstrecke. Im aktuellen Forschungsprojekt werden die gerade benötigten Bauteile im Lager identifiziert und mittels einer vernetzten Logistik an der Anlage bereitgestellt. Mithilfe von Aktoren stellen sich die Roboter und Greifer dann selbstständig auf das zu fertigende Modell ein. Bis 2019 soll diese Vision bereits Realität sein.

Doch die Chemnitzer Forscher arbeiten nicht nur an der Erhöhung der Flexibilität von Produktionsanlagen. Auch die Reduzierung von Maschinenstillstandszeiten aufgrund von Ausfällen oder Qualitätsfehlern ist ein wichtiges Industrie 4.0-Forschungsthema. Neben Energie, Material, Zeit und Kosten werden auch Daten zu eine immer wichtigeren Produktionsressource. Über 1500 Sensoren und Datenlieferanten in der E³-Forschungsfabrik, z. B. an den Maschinen oder auch der Energieversorgung, speisen ein eigenes Informationssystem mit Betriebszuständen, Energieverbräuchen oder nächsten Wartungsterminen. Die Produktionsanlagen lassen sich so bspw. standortübergreifend überwachen und Wartungstermine vorausschauend planen. Die Anlagenauslastung kann zudem so reguliert werden, dass produziert wird, wenn Strom gerade kostengünstig ist oder die Solar- bzw. Windkraftanlage genügend Energie produziert.

Als Grundlage für diese maschinen- und sogar standortübergreifende Vernetzung über die Bereiche Produktion, Logistik, Planung und Energieversorgung entwickeln die Fraunhofer-Forscher neue Konzepte und Technologien für die Vernetzung und Bereitstellung von Informationen in der Produktionsumgebung, z. B. mittels Datenbrillen.

»Industrie 4.0 – und damit die Digitalisierung der Produktion – ist eine große Chance, auch und insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen. In unserer E³-Forschungsfabrik bündeln wir gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie Kompetenzen am Standort, die zunehmend auch überregional wahrgenommen werden. Damit tragen wir nicht nur zur Vernetzung von Unternehmen und Forschung bei, sondern bieten der Industrie darüber hinaus vor Ort auch eine Plattform für die praxis- und seriennahen Erprobung und Demonstration neuer Industrie 4.0-Technologien unter Fabrikbedingungen«, erklärt Prof. Matthias Putz, Institutsleiter des Fraunhofer IWU in Chemnitz.

Die interaktive Landkarte sowie Informationen zur Plattform Industrie 4.0 mit den nationalen Test- und Kompetenzzentren sowie Informationen zur »Plattform Industrie 4.0« finden Sie hier.

Weitere Informationen zum Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU unter: www.iwu.fraunhofer.de

Am 11. Januar warb Hartmut Rauen, stellvertretender VDMA-Hauptgeschäftsführer, bei einem Roundtable-Treffen mit EU-Digitalkommissar Günther Oettinger in Brüssel für das Strategiepapier „Industrie 4.0: Den Wandel gestalten“, das der VDMA aktuell vorgelegt hat.

„Die Unternehmen brauchen einen Binnenmarkt für Industrie 4.0, um innovative Technologien entwickeln und europaweit anwenden zu können. Der VDMA fordert daher, bestehende und kommende EU-Regulierung einem Industrie 4.0-Check zu unterziehen. Ziel muss es sein, innovationshemmende Regelungen zu ändern oder abzuschaffen. Denn eine erfolgreiche Digitalisierung der Industrie ist die Voraussetzung für die Zukunft der Produktion in Europa  “, sagte Rauen. „Ich bin überzeugt, dass 2016 ein richtungsweisendes Jahr für Industrie 4.0 in Europa wird.
Mit dem für April angekündigten Aktionsplan „Digitising Industry“ zur Digitalisierung der europäischen Industrie hat die EU noch alle Chancen, mit den riesigen Potenzialen und dem Tempo von Industrie 4.0 Schritt zu halten. Europas Aufgabe ist es, einen funktionierenden und homogenen Handlungsraum für Industrie 4.0 zu schaffen.“

Nach Einschätzung des VDMA darf sich die EU-Kommission im Digitalen Binnenmarkt nicht nur auf Verbraucher und Startups beschränken, sondern muss auch die Industrie berücksichtigen. So gibt es in Europa keinen einheitlichen Datenschutz für Informationen, die zwischen Geschäftskunden ausgetauscht werden. Aus Sicht des VDMAs wird das nicht dem wachsenden Datenstrom durch digitale Technologien in der Industrie gerecht.

Die Bundesregierung muss im Ausbau der digitalen Netze nach Ansicht des Maschinenbaus dringend ihre Hausaufgaben machen. “Während die vierte industrielle Revolution über dem Weltwirtschaftsgipfel von Davos schwebt, scheint Deutschland trotz aller Lippenbekenntnisse den Schuss nicht zu hören. Bislang haben Straßen und Schienenwege im globalen Standortwettbewerb entschieden, jetzt aber wird der digitale Netzanschluss entscheidend sein“, warnt VDMA-Hauptgeschäftsführer Thilo Brodtmann. Er zeigt sich besorgt um die Zukunft der heimischen Industrie, gerade mit Blick auf die große Zahl mittelständischer Weltmarktführer im Maschinenbau. „Hidden Champions ohne Datenautobahn können in einer Industrie 4.0-Welt ganz schnell vom Podest stürzen. Mit seinen Ausbauplänen baut Minister Dobrindt aber nur digitale Kriechspuren und nicht die benötigten Überholspuren“, beklagt Brodtmann.
In einer digitalen Welt ist ein modernes, schnelles Datennetz nach Ansicht des VDMA unverzichtbar. „Die Bundesregierung muss jetzt schnell Klarheit schaffen, ob sie mit Dobrindt kleckern oder mit Gabriel klotzen will. Der Wirtschaftsminister liegt richtig, wenn er Gigabitnetze für eine deutsche Spitzenstellung fordert“, betont Brodtmann. „Informationen in beliebiger Menge an jeden beliebigen Ort im Land werden immer stärker zur Schlüsselfrage – gerade für den industriellen Mittelstand. Die deutsche Wirtschaftskraft  lebt von Mittelständlern in der Fläche.“

Die aktuellen Ausbaupläne der Bundesregierung, die eine flächendeckende Übertragungsgeschwindigkeit von mindestens 50 Mbit/s vorsehen, greifen nach Ansicht des VDMA deutlich zu kurz. „Die Regierung muss jetzt Farbe bekennen und eine internationale Spitzenstellung in der digitalisierten Wirtschaft beanspruchen“, fordert Brodtmann. Der Ausbau der Breitband-Infrastruktur müsse ambitionierter angelegt werden um bis spätestens 2025 ein Gigabitnetz in Deutschland zu errichten, dessen Schwerpunkt in der Anbindung von Unternehmen jeglicher Art liegen muss. „Wenn wir heute zusehen, wie andere Länder uns hier abhängen, werden wir morgen im Wettbewerb nicht bestehen“, warnt der VDMA-Hauptgeschäftsführer.

Vertreter von Wissenschaft und Wirtschaft aus Deutschland und den USA haben bei einem Workshop in Washington Ziele für die Zusammenarbeit bei Industrie 4.0 vereinbart. Sie wollen künftig bei der Modellierung zuverlässiger Systeme und Infrastrukturen zusammenarbeiten. Auch streben sie eine Kooperation bei Querschnittsthemen des Internet der Dinge an, insbesondere bei Standardisierung, Zertifizierung und der weiteren Erforschung lernfähiger und autonomer Systeme. Zur praktischen Erprobung von Erkenntnissen werden Fallstudien vorgeschlagen – etwa bei Themen wie Produktion, Gesundheit, Mobilität oder der Zukunftsstadt. Weiteres Ziel ist der Austausch zu Lehrplänen und Studiengängen im Bereich Industrie 4.0. Hier geht es darum, Inhalte aus den Ingenieurwissenschaften und der Informatik früher und stärker miteinander zu verbinden.

Der zweitätige Workshop wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Botschaft in Washington und der amerikanischen National Science Foundation (NSF) veranstaltet. An ihm nahmen mehr als 50 hochkarätige Experten aus Deutschland und den USA teil. Neben zahlreichen Universitäten und Forschungseinrichtungen waren auch Unternehmen wie SAP, Bosch, Infineon, Cisco, General Electric und General Motors vertreten. 

„Deutschland mit seiner starken industriellen Basis und die USA mit ihrer Internetkompetenz sind ideale Partner, um weltweit die großen Chancen der digitalisierten Fabrik zu nutzen. Industrie 4.0 hat das Potenzial, die transatlantischen Wissenschafts- und Wirtschaftsbeziehungen zu vertiefen. Das ist ein gutes Zeichen, gerade vor der anstehenden Hannover Messe, bei der die USA Partnerland sind“, sagte Georg Schütte, Staatssekretär im BMBF.

Die beiden deutschen Vorsitzenden des Workshops sehen vielversprechende Ansätze für die Zusammenarbeit mit den USA. „Der Workshop zeigt, dass es zu Industrie 4.0 und cyber-physischen Systemen eine Vielzahl interessanter Forschungsfragen gibt, sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Anwendung. Deshalb ist es so wichtig und sinnvoll, international zu kooperieren“, sagte Manfred Broy, Professor für Informatik an der Technischen Universität München. Peter Liggesmeyer, geschäftsführender Leiter des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering in Kaiserslautern, sagte: „Sowohl im privaten wie im öffentlichen Sektor findet durch die Digitalisierung ein umwälzender Wandel statt. Indem Deutschland und die USA ihre Kräfte bündeln, ebnen sie den Weg, das riesige wirtschaftliche Potenzial des Internets der Dinge zu erschließen.“

Das BMBF hat die Entwicklung von Industrie 4.0 bereits mit mehr als 120 Millionen Euro gefördert. So startete im Juli 2015 das nationale Referenzprojekt Industrie 4.0, in dem an vier konkreten Anwendungsszenarien gearbeitet wird. Im Fokus der Initiative „Industrie 4.0 – Forschung auf den betrieblichen Hallenboden“ stehen insbesondere Kleinere und Mittlere Unternehmen (KMU). Zudem betreibt das BMBF gemeinsam mit dem Wirtschaftsministerium die „Plattform Industrie 4.0“. Das Thema ist Bestandteil der Hightech-Strategie der Bundesregierung, die aus Ideen Innovationen machen und die Arbeitsplätze von morgen schaffen will. 

Weitere Informationen: https://www.bmbf.de/de/zukunftsprojekt-industrie-4-0-848.html
Mehr zum Workshop: http://cps-vo.org/group/US-German-IoT-CPS-Wkshp16

Die digitale Transformation bedingt eine integrierte und digitalisierte Vlaue Chain – hin zu dynamischen Wertschöpfungsnetzwerken. Das Internet of Things (IoT) ist dabei der Schlüssel. Es findet sich heute bereits unter anderem in industrietauglichen Smart Devices, über Sensoren, Aktoren, Anlagen, Gebäude und so weiter integriert und Prozesswerte, Zustände sowie Ereignisse geliefertwerden. Diese Devices in Kombination mit entsprechenden Bedien-Interfaces müssen sowohl der Managementebene als auch der Serviceebene relevante Daten komplexer Zusammenhänge so einfach zur Verfügung stellen, dass Entscheidungen bestmöglich getroffen werden können. Diese Lösungen sollten die mobile zusammenarbeit unterstützen und Abläufe automatisieren.  

Visualisierung macht das loT,,greifbar“

Diese Aufgabe übernehmen loT-Plattformen, die örtlich verteilte Datenquellen und Sensoren zu einem zentralen Managementleitsystem verbinden und relevante Informationen sowie Abläufe auf mobilen Endgeräten verfügbar machen. Mithilfe dieser Plattformen ist es möglich, das Internet der Dinge zu visualisieren und es damit greifbar zu machen: in 3D sowie auf Mobile Devices aus der Cloud. Damit stehen beispielsweise konsistente Kennzahlen aus der Produktion zur Verfügung in Leitständen oder mobil. Neben produktionsrelevanten Daten können technische Anlagen und mobile Geräte somit auch über die Komponenten, den Zustand der Verschleißteile den Energieverbrauch und gegebenenfalls ihren Standort Auskunft geben. Auf Basis derartiger Daten lassen sich beispielsweise Verbräuche optimieren, Ausfallzeiten vermeiden und Servicekosten minimieren. Im Zuge der größtmöglichen Transparenz in der smarten Fabrik kommt der Möglichkeit der Positionsermittlung mit einer georeferenzierten 3D-Visualisierung über die loT-Plattform eine Schlüsselrolle zu. Damit lassen sich Gegenstände, Personen sowie mobile Einsatzmittel orten und in zentralen Leitsystemen visualisieren oder steuern. Insbesondere in großen Gebäudekomplexen und Industrieanlagen schafft dies Entlastung. Das reicht von der Überwachung von Wächterrundgängen über die Anleitung von Personal und Zielführung von Servicemitarbeitern bis hin zur Maschinenüberwachung und vielem mehr. Damit kennt der Anwender auch in der entfernten Leitstelle die Gegebenheiten und Positionen vor Ort. So können Situationen besser eingeschätzt und Entscheidungen abgeleitet werden. Ein Beispiel, wie ein derartiges Modell unter der Nutzung einer loT-Plattform in der praktischen Umsetzung funktioniert, zeigt sich anhand des Einsatzes in einer Smart Electronic Factory eine reale Industrie-4.0-Umgebung. Aus dem Gebäudegrundriss der Fabrik sowie den 3D-Modellen der angeschlossenen Produktionsanlagen und Informationen zu deren Soll/Ist-Werten, Zuständen und Kenngrößen wurde ein ganzheitliches 3D-Modell entwickelt, das die Smart Electronic Factory darstellt. Das Ganze ist georeferenziert umgesetzt, sodass über eine Positionsanzeige und Location-based Services auch bewegte Objekte in die intelligente Fabrik eingeblen det werden können. Zustände und Positionen von Sensoren, Aktoren und bewegten Objekten können im 3D-Modell angezeigt und bei Bedarf gesteuert werden. Zudem können diese Informationen für mobile Einsatzfälle visualisiert und intuitiv erfassbar bereitgestellt werden. Dies ist die Basis für ein effektives Management der Anlagen. Durch virtuelle Rundgänge und räumliche Orientierung sind die Verantwortlichen in der Lage, Situationen schnell zu erfassen und Entscheidungen zu treffen. Durch beliebiges Bewegen in virtuellen Gebäuden und Anlagen ergibt sich eine optimale Übersicht beziehungsweise effiziente Überwachung von realen Industrie-4.0-Anwendungen. 

Chancen für die vernetzte Fabrik

Produkte, Maschinen und Anlagen werden sich eigenständig und dynamisch an veränderte Anforderungen anpassen. Die Intelligenz und Vernetzung benötigt jedoch weiterhin den Menschen als steuernde und entscheidende Instanz. Daher gilt es, Mensch und Maschine auch in örtlich verteilten und mobilen Umgebungen sinn- voll miteinander zu vernetzen und ihnen entscheidungsrelevante Daten einfach und übersichtlich an die Hand zu geben. IoT-Platt- formen sorgen für eine hohe Transparenz sowie Effizienz der Pro- zesse in der Industrie 4.0 und das Internet of Things wird (be)greif- bar.