Industrie 4.0 – ein deutscher Begriff
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Der Begriff Industrie 4.0 wurde in Deutschland geprägt und ist eine gute Beschreibung für eine visionäre Industriestruktur. Außerhalb Deutschlands ist der Begriff als solcher aber kaum bekannt.
Der in den USA auf diesem Gebiet besonders aktive Wissenschaftler Jay Lee vom Cooperative Research Center on Intelligent Maintenance Systems an der University of Cincinnati kann in diesem Punkt auf eigene Erfahrungen zurückgreifen. „Ich hatte neulich eine Präsentation über unsere Arbeiten im Weißen Haus und keiner kannte den Begriff Industrie 4.0“, sagte er im Gespräch mit den VDI nachrichten. Das heißt aber nicht, dass die Aktivitäten, die sich hinter Industrie 4.0 verbergen, nur auf Deutschland beschränkt sind.
Jay Lee, IMS-Center, Cincinnati
– Lee ist Professor an der University of Cincinnati und Gründungsdirektor des Cooperative Research Center on
Intelligent Maintenance Systems, das intensiv mit dem DFKI zusammenarbeitet.
– Lee hält über 20 Patente.
– Derzeitige Forschungsarbeiten fokussieren sich auf intelligente Maschinenprognosen und intelligente Maintenance-Systeme. haw
Einmal abgesehen davon, dass der Begriff Industrie 4.0 außerhalb Deutschlands kaum bekannt ist, so wird doch in den USA und Asien an dieser Fertigungsform – in der alles hochgradig vernetzt, äußerst flexibel und extrem individualisierbar ist – mit Hochdruck gearbeitet. Die Märkte versprechen erhebliche Zuwachsraten. So schätzen die Marktforscher von IHS Technology, dass der weltweite Umsatz mit Industrieautomation von 170 Mrd. $ im letzten Jahr bis 2016 auf 209,4 Mrd. $ ansteigen wird.
Doch vieles von dem, was sich hinter Industrie 4.0 verbirgt, ist derzeit noch sehr abstrakt und folglich auch noch entsprechend erklärungsaufwendig. Lee benutzt für seine Arbeiten den Begriff eines „Cyber-Physical-Systems“ (CPS). Darunter versteht er praktisch eine Cyber-Ebene, die die physische Ebene eines Systems überlagert. Doch auch dieser Begriff ist in den USA noch nicht besonders populär.
Um seine Arbeiten und den Begriff bekannter zu machen, veranstaltet Lee Workshops in Industriehochburgen wie Michigan. „In meinen Workshops und in allen Präsentationen greife ich vorzugsweise auf konkrete Beispiele zurück, an denen die Struktur von CPS – vor allem aber die Kosten- oder andere Betriebsvorteile von CPS – offensichtlich werden.“ Das öffnet dann die Türen. Anders gesagt, viele verstehen nicht, was ein CPS ist, aber sie verstehen, wie sie durch eine Cyber-Anbindung handfeste Produktionsvorteile erzielen können.
Zwei seiner beliebtesten Einführungsbeispiele betreffen die Autos und das iPhone. „Ein Auto ist ein physisches System, doch wenn es übers Netz zur Wartungs- und Komponentenkontrolle angebunden ist, wird es zu einem CPS. Oder nehmen wir das iPhone. Als Handy ist es nur ein physisches Gerät – wenn auch ein sehr komplexes, doch der besondere Nutzen entfaltet sich erst durch die Apps. Damit wird aus dem physischen Gerät ein smartes mobiles Management-Tool“, erklärt Lee.
Diese einfachen Einführungsbeispiele bedeuten aber nicht, dass in Zukunft jede Maschine mit Apps vollgepackt sein wird. „Nein, kein App-Overload, aber die Maschinen werden permanent lernen und beispielsweise ihre Erfahrungen kumulieren. Derzeit nimmt jeder Maschinenbediener seine Beobachtungen am Schichtende mit nach Hause. In Zukunft erfolgt die Beobachtung der Maschinen automatisch durch Sensoren und diese Daten werden fortlaufend erfasst und analysiert“, meint Lee, wenn es um Big Data im Produktionsumfeld und bei der Maschinennutzung geht.
Laut Lee bewirkt die intelligente Auswertung dieser Daten signifikante Kosteneinsparungen, eine deutlich höhere Betriebseffizienz und eine wesentlich verbesserte Produktqualität. Ersteres wird durch Just-in-time-Maintenance erreicht die verbesserte Betriebseffizienz wird durch eine höhere „Uptime“ erreicht und die Produktqualität wird dadurch gesteigert, dass die Maschinenabnutzungsdaten in die Prozessteuerungen integriert werden. Damit werden Abweichungen von der Standardqualität vorhersehbar und es kann rechtzeitig gegengesteuert werden.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen Deutschland und den USA ist der, dass das Thema Industrie 4.0 von verschiedenen Seiten aus angegangen wird. In Deutschland ist der Ausgangspunkt die Produktion und die zugehörigen Prozesse, die fortan besser vernetzt und besser steuerbar sind. Dies lässt sich durch den starken Bestand mittelbeständig geprägter Produktionsindustrie erklären.
In den USA haben die Unternehmen in den letzten Jahrzehnten massiv Produktionskapazitäten abgebaut. Dort drängen vor allem die großen IT- und Netzanbieter in den Produktionsbereich vor, wo sie sich neue Märkte erhoffen.
Lee kann das bestätigen. „Viele der neuen CPS-Initiativen gehen von der IT-Industrie aus. Ich habe vor Kurzem Cisco besucht. Die können immense Datenmengen durch ihre Systeme hindurchleiten, aber sie wissen nicht, was sie mit diesen Daten anfangen können. Sie sind jetzt Mitglied an unserem Institut geworden, um herauszufinden, was die Probleme in der Fertigung sind und wo Cisco mit seinen Lösungen ansetzen könnte“, sagt er über die unterschiedlichen Ansatzpunkte.
Doch trotz der Anstrengungen seitens der US-Netzwerkhersteller die Fertigungsindustrie verstärkt zu vernetzen, beschränken sich deren Arbeiten derzeit nur auf das, was innerhalb einer Fabrik vorgeht. So gibt es noch keine tiefergehende Integration der Daten von den asiatischen Zulieferern mit der amerikanischen Elektronikindustrie, was beispielsweise zwischen Apple und Foxconn sehr sinnvoll wäre. Immerhin produziert Foxconn 1 Mio. iPhones pro Tag und Apple nimmt fortlaufend Änderungen an den Produkten vor, um sie zu verbessern oder günstigere Komponenten zu verwenden. Um bei dieser änderungsintensiven und großvolumigen Massenproduktion die Kontrolle und Übersicht zu behalten ist bereits viel Software im Einsatz – doch bislang nur in den getrennten Apple- und Foxconn-Welten.
Lee sieht hier ebenfalls noch keine direkte Verbindung der Systemwelten, aber er verweist auf einen anderen Punkt: Alle asiatischen Fertigungsbetriebe sind äußerst technologieintensiv. „Foxconn ist neuerdings bei uns sogar Mitglied und ich weiß, dass sie sehr viel hochintelligente Systeme und Roboter installieren wollen, die alle über eine aggregierte Cyber-Ebene vernetzt werden sollen. Bislang haben sie damit aber noch viele Probleme – was auch mit der Unternehmensgröße zusammenhängt“, weiß Lee zu berichten.
Völlig anders ist seiner Ansicht nach die Situation bei den kleineren und mittleren Unternehmen, die von Industrie 4.0 aber genauso so gut profitieren können wie die größeren Konzerne. „Ich sehe die Vorteile von CPS und Industrie 4.0 für alle Unternehmensgrößen. Es geht dabei ja nicht um die Beschaffung von teuren Maschinen, sondern um eine qualitativ neue Ebene. Eine cyber-physikalische Fabrik ist Szenario-gesteuert und nicht mehr Reponse-gesteuert – und das lässt sich in jeder Fabrik jeder Größenordnung implementieren“, lautet sein Ratschlag an den Mittelstand.
Und wer benutzt in den USA derzeit Industrie 4.0? „Am weitesten fortgeschritten“, so die Analysten von IHS Technology, „ist diese Fertigungsform in der Nahrungs- und Getränkeindustrie, doch die Autohersteller sind ihnen dicht auf den Fersen und werden ihnen bald die Führungsrolle streitig machen“, sagt Mark Watson, Direktor für Industrieautomation bei IHS.
Damit schließt sich die Brücke zum Standort von Lees Institut, denn der Großraum Cincinnati ist in den USA traditionsgemäß ein bedeutender Industriestandort, in dem sich viele Zulieferbetriebe für die amerikanische Auto- und Luftfahrtindustrie angesiedelt haben. Auch ZF und Siemens haben dort bedeutende Werke.
Einige der dortigen Unternehmen arbeiten intensiv mit Lees Institut zusammen. Beispielsweise hat das auf Software-Tools für Industrie 4.0 spezialisierte deutsche Software-Unternehmen Forcam einen Standort in Cincinnati eröffnet, um enger mit Lees Institut kooperieren zu können. Seitdem rekrutiert Forcam seinen Managementnachwuchs unter den Absolventen von Lees Forschungszentrum. HARALD WEISS
