close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

InDUSTRIE 4.0 - Scheer Management

EinbettenHerunterladen
Industrie 4.0
Vom intelligenten Produkt zur intelligenten Produktion
Thomas Feld, Michael Hoffmann und Ralf Schmidt, Scheer Management GmbH
Industrie 4.0 ist die vierte Stufe der industriellen Revolution. Mit dem Einsatz von Cyber-Physischen Systemen haben
Unternehmen die Möglichkeit neue Technologien und Dienstleistungen zu erzeugen. Industrie 4.0 unterteilt sich in
die Ansätze der Intelligenten Produkte und darüber hinaus der Intelligenten Produktion. Intelligente Produkte bieten
eine gegenseitige Vernetzung mit Hilfe des Internets. Grundlage der Intelligenten Produktion ist die Vernetzung und
Selbststeuerung der Prozesse mit dem Ziel der Produktivitätssteigerung. Anforderungen an Aufbau- und Ablauforganisationen werden definiert.
Industrie 4.0 ist ein neues Schlagwort, welches in
Anlehnung an die Versionierung von Softwareprodukten eine revolutionär neue und technologisch
fortgeschrittene Industrie ankündigt. Unter 4.0 versteht man dabei nichts weniger, als die vierte industrielle Revolution, zu der neue Technologien und Prozesse wesentlich beitragen.
2. Industrielle Revolutionen
In der ersten industriellen Revolution war die Einführung mechanischer Produktionsanlagen der technologische Treiber. Sie führte im 19. Jahrhundert in vielen
Teilen der Erde zur Wandlung der Gesellschaft von
der Agrar- zur Industriegesellschaft.
38
IM Information Management und Consulting 03 | 2012
Der Soziologe Georges Friedmann sprach erstmals
von der zweiten industriellen Revolution, welche
durch die Einführung von Elektrizität und der Massenproduktion (Taylorismus und Fordismus) geprägt
war [1]. Friedmann datierte den Beginn der zweiten
Revolution auf den Anfang des 20. Jahrhunderts, der
auch für den Wandel des Lebensstiels in industriellen Staaten zur Konsum- bzw. Wohlstandsgesellschaft
geführt hat.
Die elektronische Revolution in der zweiten Hälfte
des 20. Jahrhunderts wird als dritte industrielle Revolution angesehen. Mit Mikroprozessoren ausgestattete Industrieroboter verdrängen mehr und mehr
den Menschen aus der industriellen Produktion,
Menschen übernehmen dafür entwicklungstechnische und planerische Aufgaben, es entstehen weltweit
verteilt produzierende Konzerne und es entsteht eine
durch die Globalisierung geprägte Weltgesellschaft.
Bildnachweis: Fotolia
1. Industrie 4.0
IM SCHWERPUNKT | Industrie 4.0
Als Technologietreiber für die vierte industrielle Revolution gilt das Internet des 21. Jahrhunderts, welches
bisher fast unbemerkt Einzug gehalten hat. Mit der
Protokoll Version 6 (IPv6) ist die Zahl der zur Verfügung stehenden Web-Adressen von 4,3 Milliarden
auf 360 Sextillionen angestiegen. Jetzt können nicht
nur Computer und Handys, sondern im Prinzip alle
Produkte, Maschinen und Anlage im „Internet der
Dinge“ mit einer eigenen Internet-Adresse ausgestattet werden.
Das Internet wird zunehmend mit der physisch
anfassbaren Welt verschmolzen und es entstehen
Cyber-Physische Systeme (CPS) mit integrierten
Speicher- und Kommunikationsfähigkeiten, welche
mit ihrer Umwelt kommunizieren können. Grundsätzlich benötigen Cyber-Physische Systeme auch
leistungsfähige IT-Infrastrukturen, welche eine Vernetzung einer sehr großen Anzahl autonom agierender Systeme erlauben. Hier könnten Cloud Computing-Lösungen von zentraler Bedeutung sein.
Industrie 4.0 ermöglicht es produzierenden Unternehmen also einerseits, neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln, andererseits können durch
den Einsatz von Cyber-Physischen auch die Produktionsprozesse selbst optimiert werden. In den nächsten
beiden Kapiteln werden beispielhafte Entwicklungen
beschrieben.
3. Intelligente Produkte
Im Bereich der Consumer-Elektronik sind viele der
Ansätze von Industrie 4.0 in Bezug auf intelligente
Produkte bereits in der Umsetzung. Durch die Konvergenz der Unterhaltungs-, Kommunikations- und
Internettechnologien sind heute fast alle neu auf den
Markt kommenden Geräte direkt mit dem Internet
verbunden und können Digitale Medien austauschen,
anzeigen und speichern. So kann ein mit dem Smartphone aufgezeichnetes Urlaubsvideo direkt von dem
Smartphone auf dem heimischen Flachbildfernseher
über DLNA und WLAN kabellos wiedergegeben werden. Der Flachbildfernseher wird dabei automatisch
im lokalen Netzwerk gefunden und kann direkt vom
Smartphone aus als Ausgabegerät ausgewählt werden.
Über entsprechende Cloud-Dienste kann das Video
gleichzeitig an Freunde weitergeleitet werden, die sich
wiederum über das an das Internet angeschlossene
Endgerät das Urlaubsvideo ansehen können.
Auch die Energieversorgung steht vor einem großen Wandel durch dezentrale Energieerzeugung
und intelligente Energieversorgungsnetzte, welche
ebenfalls durch intelligente CPS-Lösungen realisiert
werden. Dezentrale Energieerzeugungsanlagen wie
Blockheizkraftwerke (BHKW) werden über das Internet zu virtuellen Kraftwerken zusammengeschaltet,
um eine bedarfsgerechte und sichere Energieversorgung zu ermöglichen. So entdecken auch klassische
IKT Unternehmen das Thema Energieversorgung
als neues Geschäftsfeld. So arbeitet die Deutsche
Telekom mit dem BHKW Hersteller Motoren AT
und dem Spezialisten für Energie-Kommunikation
GreenCom netzwerks zusammen, um BHKWs mit
Energieversorgern zu vermarkten und als virtuelles
Kraftwerk zu steuern [2].
Im Gesundheitswesen erwartet man intelligente
CPS-Lösungen, um die Betreuung und Versorgung
von Patienten zu verbessern. Sie beruhen auf der Vernetzung von Patienten und Ärzten über Informationsund Kommunikationstechnologien. Als Grundlage
für die Bewertung werden Systeme den Gesundheitsstatus von besonders gefährdeten Patienten automatisch erfassen und zum Beispiel in Notfallsituationen
automatisiert medizinische Hilfe leisten zu können.
Anwendungsfelder sind zum Beispiel Telemedizin,
Ferndiagnose, Nachsorge oder Betreuung in vertrauter Umgebung.
Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld sind im
Fahrzeug- und Automobilbau die Erforschung und
Entwicklung autonomer Fahrzeuge. Als zukunftsweisendes Projekt sei hier das EU-Forschungsprojekt myCopter [3] erwähnt. Forscher am Tübinger
Max-Planck-Institut (MPI) arbeiten in dem Projekt
an dem Automobil der Zukunft. Sie postulieren dabei
STICHWORTE
Industrie 4.0, Cyber-Physische Systeme, Intelligente
Produkte, Intelligente Produktion, Unternehmensbewertung, Reifegrade, CMMI, SPICE
IM Information Management und Consulting 03 | 2012
39
IM SCHWERPUNKT | Industrie 4.0
den dreidimensionalen Individualverkehr, so soll sich
das Fahrzeug sowohl über Land als auch durch die
Luft bewegen können, weniger Energie verbrauchen
und es soll leicht bedienbar und bezahlbar sein. Die
Vision ist es, einfach einzusteigen, das Ziel anzugeben und loszufliegen, ganz ohne Anmeldung bei der
Luftraumüberwachung und Pilotenschein.
Solche Fluggeräte müssen weitgehend autonom arbeiten und auch mit einander interagieren können, um
zum Beispiel automatisch Kollisionen zu vermeiden.
Möglich wird dies auch hier durch die intelligente
Kombination von Sensorik, Software- und Hardware
und Internettechnologien.
4. Die intelligente Produktion
Industrie 4.0 ist ein komplexer Ansatz, der die
gesamte Wertschöpfungskette verändern wird. Prozesse werden vernetzt und selbststeuernd, die Fabriksteuerung geht weg von einem zentralen Ansatz hin
zur dezentralen Steuerung. Es wird zu Veränderungen
bei der Kommunikation, in der Supply-Chain und
Produktion kommen. Zielsetzung ist hierbei immer
die Erhöhung der Produktivität.
Im Rahmen der Supply-Chain ist die schnelle direkte
Kommunikation zwischen den Partnern entscheidend.
Zielsetzung, insbesondere bei schwankenden Märkten und hoher Variantenanzahl, ist die Produktion
von kleinen Losgrößen in Echtzeit. Die Produktion
startet erst, wenn die Aufgabe eines Auftrages durch
den Kunden erfolgt. Fehlende Komponenten können
direkt erkannt und beim Lieferanten bestellt werden.
Der Auftragsgeber ist jederzeit über den Produktionsbeziehungsweise Versandfortschritt informiert. Die
Erhöhung der Anlieferfrequenz beim Kunden und
Reduzierung der Supply-Chain-Bestände ist nur mit
einer sehr hohen Transparenz der Kundenverbräuche
möglich, um den Kunden in der richtigen Menge
zur richtigen Zeit beliefern zu können. In ersten Projekten wird dies durch eine unternehmensübergreifende RFID-Lösung zwischen Partnern in einer Kunden-Lieferanten-Beziehung bereits realisiert. [4] Mit
dem Durchreichen des Verbrauchssignals vom Kunden bis zum Lieferanten entlang der Lieferkette wird
eine standardisierte Informationssteuerung sowie die
Automatisierung von Abläufen ermöglicht.
40
IM Information Management und Consulting 03 | 2012
In der Produktion wird Industrie 4.0 nicht nur bei
automatisierten Produktionsanlagen die Welt verändern. Bei Handmontage-Arbeitsplätzen sowie bei
Qualitäts- und Funktionstests in der Produktion
können neue Systeme, wie personalisierte industrielle
Assistenzsysteme, zur Unterstützung der Arbeitsprozesse eingesetzt werden. Eindeutige, aussagekräftige
Bilder geben dem Mitarbeiter Hinweise, was zu tun
ist und weisen ihn auf mögliche Fehler hin. Dies kann
soweit führen, dass mittels Augmented Reality auf ein
reales Kamerabild zusätzliche digitale Informationen
zur jeweiligen Tätigkeit geliefert werden. [5] Damit
werden komplexe Arbeitsprozesse leichter handhabbar, was ein großes Potenzial für ältere Arbeitnehmer
in der Industrie erschließt.
Im Bereich der Instandhaltung können Maschinen und Anlagen zukünftig den eigenen Zustand
(Ölstand, Kühlflüssigkeit) erkennen und selbständig mitteilen. Diese Informationen werden, falls ein
Eingreifen notwendig ist, über das Internet direkt an
einen Spezialisten weitergeleitet. Der Experte kann
detaillierte Informationen abrufen und einen Servicetechniker vor Ort senden. Mit einer Serviceportal-Lösung, wie von der Firma Interactive Solution, wird
der Servicetechniker vor Ort prozessorientiert durch
die Instandhaltungsmaßnahmen geführt und hat
das komplette Service-Expertenwissen inklusive der
prozessschrittbezogenen Dokumentation auf seinem
Mobilen Endgerät verfügbar.
Beim Thema Energieeffizienz existieren schon heute
Lösungen, wie die Energy Intelligence Solutions der
IS Predict, die mit intelligenten Verbrauchsanalysen
und selbstlernenden Mustererkennung, unter Einbeziehung der vernetzten Produktionsprozesse und
deren Störfaktoren, verlässliche Prognosen und Handlungsanweisungen erstellen. Es werden die Energiebedarfe, und somit auch die Energiekosten, signifikant
gesenkt. Weitere Ansätze im Bereich Energieeffizienz
sind die Nutzung der Überschüsse an Wärme aus der
Produktion, um beispielsweise den Wärmebedarf in
privaten Haushalten in der unmittelbaren Nähe zu
decken. Dies kann soweit führen, dass Produktionsschritte mit hohem Energieverbrauch dann durchgeführt werden, wenn der Energiebedarf in den privaten
Haushalten notwendig ist.
IM SCHWERPUNKT | Industrie 4.0
Reifegradmodelle zur Messung der“Industrie 4.0 Readyness”
Produktivitätsund Qualitätssteigerung
Stufe
5
Stufe
4
Stufe
3
Stufe
2
Stufe
1
Optimierter Prozess
Gesteuerter Prozess
Definierter Prozess
Wiederholbarer Prozess
Sinkendes Einführungsrisiko
Initialer Prozess
Abbildung 1: Reifegradmodelle zur Messung der „Industrie 4.0 Readyness“
Seite 1
28.11.2011
Unternehmenstpräsentation Blindtitel XXX Platzhalter
Die vierte Revolution ist noch nicht abgeschlossen, so
rechnet man im Jahr 2020 mit ersten Prototypen von
Maschinen mit einem eigenen Bewusstsein [6].
5. Ausblick und Herausforderungen an die Unternehmensorganisation
Erfahrungen in anderen Bereichen zeigen, dass ein
komplexer Ansatz über mehrere Organisationseinheiten nur dann funktioniert, wenn die betroffenen
Unternehmen eine entsprechend aufeinander abgestimmte Reife erlangt haben.
Im Rahmen von IT-Outsourcing Projekten hat man
beispielsweise die Operation Services (Serverbetrieb
einschließlich Betriebssystemebene) nach Indien verlagert, um Kostenvorteile im IT-Betrieb zu realisieren. Dies funktionierte nur dann, wenn Aufbau- und
Ablauforganisation aufeinander abgestimmt waren.
Das heißt, dass entsprechend einer gemeinsamen
Governance in den Unternehmen die miteinander
kommunizierenden Rollen, IT-Produktions- und
IT-Managementprozesse sowie deren Benchmarking
aufeinander abgestimmt waren. Ein ähnlicher hoher
Reifegrad der zusammenarbeitenden Organisationen
muss vorliegen.
Eine vorwiegend technologische Innovation wie
Industrie 4.0 führt nur dann zu einer Erhöhung
von Produktivität und Kosteneinsparungen, wenn
Aufbau- und Ablauforganisation der agierenden
www.scheer-management.com
Unternehmen so auf die technologische Innovation
abgestimmt sind, dass beispielsweise die sich daraus
ergebenden Geschwindigkeits- oder Kostenvorteile
durch Ressourcen Sharing greifen.
Über Verfahren zur Messung von Reifegraden müssen
Vorgehensweisen entwickelt werden, die es erlauben
eine „Industrie 4.0 Readyness“ in Unternehmen zu
ermitteln und vergleichbar zu machen. Im Bereich
Business Process Management oder auch IT-Management hat man sehr gute Erfahrungen damit gemacht,
indem man sich an dem „Capability Maturity Modell“
(CMMI) [7] eine Familie von Referenzmodellen für
unterschiedliche Anwendungsgebiete – derzeit für
die Produktentwicklung, den Produkteinkauf und
die Serviceerbringung oder auch an „Software Process
Improvement Capability Determination“ (SPICE) [8]
orientiert hat. Beide Standards stellen mit den definierten Maturity Level eine Metrik zur Verfügung mit
deren Hilfe Reifegrade von Unternehmen gemessen
werden können. Abbildung 1 zeigt die Reifegrade des
CMMI, angewendet zur Messung der Industrie 4.0
Readyness. Je höher der Reifegrad des Unternehmens,
desto höher wird die Produktivitäts- und Qualitätssteigerung sein, die mit der Einführung von Industrie
4.0 erzielt werden kann. Gleichzeitig geht das Risiko
mit der Einführung mit steigendem Reifegrad zurück.
Im Rahmen des IT Service Managements liegen
bereits äußerst positive Erfahrungen mit Assessments,
die auf dem CMMI basieren, vor. Diese sind auch
IM information Management und Consulting
03 | 2012
41
IM SCHWERPUNKT | Industrie 4.0
bereits in Beratungswerkzeugen wie dem „Scheer Process Tailor“ methodisch implementiert. Die vorliegende Methodologie ist nun auf Fragestellungen von
Industrie 4.0 zu übertragen.
Auf Basis der definierten Reifegrade gilt es ein
Assessment zu entwickeln, dessen strukturierte
Durchführung dazu führt, dass über entsprechende
Kriterienkataloge eine Einordnung eines betreffenden Unternehmens in einen Reifegrad ermöglicht.
Gleichzeitig werden Maßnahmen definiert, denen
sich das betreffende Unternehmen stellen muss, um
die nächsten Stufen zu erreichen.
SERVICE
AUTOREN
Dipl.-Inform. Thomas Feld
Vice President für Forschung und
Innovation in der Scheer Group
GmbH und Mitglied des Arbeitskreises Industrie 4.0 der Forschungsunion zur begleitenden Umsetzung
und Weiterentwicklung der Hightech-Strategie 2020
für Deutschland.
Dipl.-Hdl. Michael Hoffmann
verantwortet als Associate Partner
der Scheer Management GmbH
die Bereiche Research und Solution
Management
LITERATUR
[1] Friedmann, G.: La crise du progrés. Esquisse d‘histoire des idées 18951935. Gallimard. Paris.1936.
[2] Handelsblatt. (13.04.2012): Telekom steigt ins Stromgeschäft ein. http://
www.handelsblatt.com/unternehmen/it-medien/blockheizkraftwerke-telekomsteigt-ins-stromgeschaeft-ein/6505406.html. Abgerufen am 22.07.2012.
Dipl.-Kfm. Ralf Schmidt
verantwortet als Associate Partner
die Branchen Maschinen- / Anlagenbau, Automotive und Elektroindustrie in der Scheer Management
GmbH
[3] Nieuwenhuizen F.M. ,. J.-C.: myCopter – Enabling Technologies for Personal
Aerial Transportation Systems. 3rd International HELI World Conference 2011.
2011.
[4] Andreas Müller: ident Sonderausgabe – RFID in der Automobilindustrie
2011. Seite 12/13.
[5] Martin Ciupek: VDI Nachrichten. 20.04.2012. Seite 21.
[6] Stieler, W. (30.08.2012): Futurologe rechnet ab 2020 mit Maschinen mit
Bewusstsein.
http://www.heise.de/newsticker/meldung/Futurologe-rechnetab-2020-mit-Maschinen-mit-Bewusstsein-168743.html. Abgerufen
am
21.07.2012.
[7] o.V.: Capability Maturity Model Integration. http://de.wikipedia.org/wiki/
CMMI. Abgerufen am 22.07.2012.
[8] o.V.: SICE (Norm). http://de.wikipedia.org/wiki/Spice_(Norm). Abgerufen
KONTAKT
thomas.feld@scheer-group.com
Tel.: +49 (0)681 / 93 511 212
michael.hoffmann@scheer-management.com
Tel.: +49 (0)681 / 93 511 212
am 22.07.2012.
ralf.schmidt@scheer-management.com
Tel.: +49 (0)681 / 93 511 242
SUMMARY
Industry 4.0 – From smart products to smart production
Industry 4.0 the fourth step of industrial revolution. With the use of cyber-physical systems, companies can create new technologies and services. Industry
4.0 is divided into the approaches of smart products and smart production.
Smart products offer mutual networking via the internet. Smart production
based on networking and self control of the processes with the aim to increase
the productivity. Demands on organizational structure and business processes
will be defined.
Keywords: Industry 4.0, smart production , smart products, cyber-physical
systems, Organization Assessment, Maturity Level, CMMI, SPICE
42
IM information Management und Consulting
03 | 2012
Scheer Group GmbH
Science Park 2
66123 Saarbrücken
Fax: +49 (0)681 / 93 511 100
www.scheer-management.com
Document
Kategorie
Technik
Seitenansichten
10
Dateigröße
2 021 KB
Tags
1/--Seiten
melden