Echtzeitnetzwerke mobilisieren Produktion und Logistikprozesse Industrie 4.0: Wie Cloud Computing und die App-Revolution fusionieren

Autor / Redakteur: Lothar Lochmaier / Florian Karlstetter

Das Thema betrifft die gesamte Wirtschaft. In Expertenkreisen hat sich das Schlagwort „Industrie 4.0“ bereits etabliert. Damit gemeint ist die Individualisierung aller Prozesse mit Hilfe der Informationstechnologie, also eine Weiterentwicklung des Internets der Dinge und des Cloud Computings. Jetzt sollen die Anwender von der damit eingeleiteten App-Revolution auf breiter Front profitieren.

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Blick in die Logistik-Zukunft: Maschinen, Anlagen, Werkstücke und Bauteile werden künftig Daten und Informationen in Echtzeit austauschen (im Bild: Zellulare Transportsysteme Multishuttle Move (ZTS) vom Fraunhofer IML.
Blick in die Logistik-Zukunft: Maschinen, Anlagen, Werkstücke und Bauteile werden künftig Daten und Informationen in Echtzeit austauschen (im Bild: Zellulare Transportsysteme Multishuttle Move (ZTS) vom Fraunhofer IML.
(Bild: Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik)

Dass die Informationstechnologie heute alle Lebensbereiche erfasst hat, ist angesichts von Cloud Computing und mobilen Endgeräten kein Geheimnis mehr. Dass jedoch mit der fortschreitenden Digitalisierung auch der Anteil der professionellen IT-Systeme in der klassischen Industrie weiter zunimmt, mit dieser Tatsache beschäftigen sich bislang überwiegend hochkarätige Expertenrunden.

Das soll sich nun ändern. Was unter dieser als „vierten industriellen Revolution“ bezeichneten technischen Weiterentwicklung zu verstehen ist, skizzierte Professor Dieter Kempf, Präsident des Branchenverbandes Bitkom, auf dem Nationalen IT-Gipfel in Essen: „Für Deutschland mit seinen traditionell starken Fertigungsindustrien und einer innovativen und modernen IT-Branche bedeutet dieser bevorstehende Schritt zur Industrie 4.0 eine große Chance“, so der Experte.

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Zwingend notwendig für das Gelingen dieser rund 130 Milliarden teuren vierten industriellen Revolution sei jedoch andererseits eine moderne IT-Infrastruktur. Diesem trockenen Befand mag man nicht widersprechen. Schließlich rief so mancher Experte bereits vor zwei Jahrzehnten die Revolution des Computer Integrated Manufacturing (CIM) aus, eine vollständig durch vernetzte Rechner gesteuerte Fertigung.

Doch die radikale Idee blieb damals im theoretischen Ansatz stecken, vor allem, weil es an passenden Schnittstellen und notwendigen Querschnittstechnologien mangelte. Unter dem Leitmotiv Industrie 4.0 nimmt die Vision nun einen neuen Anlauf, bei der autonome Produkte und Entscheidungsprozesse komplexe Wertschöpfungsnetzwerke nahezu in Echtzeit steuern sollen. Es wäre ein Quantensprung, nach Dampfmaschine, Massenproduktion und Automatisierung.

Immerhin, erste Anwendungen für die breite Masse der Konsumenten sind erkennbar. Beispiel: 3D-Drucker. Damit kann heute jeder Verbraucher seine Produkte maß schneidern. Der private Fabrikant steuert dazu den Designprozess bis zur Produktion vollständig in eigener Regie. Mit einer Software erstellt der Verbraucher einen Entwurf und probiert diesen solange am Kopierer aus, bis er Schraube, Schuh oder das ideale Schmuckstück per Mausklick ausdrucken kann. Bald auch via cloud-basierte Dienste?

Cloud Computing und App-Ansatz verbinden sich

Die mit diesem Wandlungsprozess einher gehenden Vorteile dürften auch für professionelle Akteure aus Wirtschaft und Industrie offensichtlich sein. Denn Maschinen, Anlagen, Werkstücke und Bauteile werden künftig Daten und Informationen in Echtzeit austauschen. Die Folge: Ein möglicher Effizienzschub, bei einer höheren Sicherheit und gleichzeitiger Ressourcenschonung in Produktion und Logistik.

Jörg Fürbacher, Vorstand beim IT- und Logistikspezialisten EURO-LOG AG: „Industrie 4.0 wird vom Wunsch zur Wirklichkeit werden, weil die Apps allen zeigen, dass es besser, schneller und einfacher geht.“
Jörg Fürbacher, Vorstand beim IT- und Logistikspezialisten EURO-LOG AG: „Industrie 4.0 wird vom Wunsch zur Wirklichkeit werden, weil die Apps allen zeigen, dass es besser, schneller und einfacher geht.“
(Bild: EURO-LOG AG / Lothar Lochmaier)
„Industrie 4.0 ist die schnelle und wirtschaftliche Verschmelzung von übergreifenden Logistikprozessen mit innovativen Technologien und Ansätzen. Ausgehend von der Produktion sind die Beschaffungs- und Distributionslogistik direkt miteinander verbunden, so dass ein einheitlicher und unternehmensübergreifend steuerbarer Prozess entsteht“, präzisiert Jörg Fürbacher, Vorstand beim IT- und Logistikspezialisten EURO-LOG AG.

Der Experte sieht mit Hilfe der Industrie 4.0 dabei nichts weniger als eine komplett gläserne und transparente Wertschöpfungskette auf die verantwortlichen IT-Spezialisten zukommen. Die Konsequenzen: Bestehende IT-Systeme und mobile Einheiten wären in der Computerwolke via Cloud Computing und Cyber-Physikalische Systeme vereint - und ließen so rasch etwaige Informationslücken und Medienbrüche in diesem Prozess verschwinden.

Für kritische Beobachter mag dies nach reichlich Zukunftsmusik klingen. Aber die Entwicklung scheint begünstigt durch den rasanten Fortschritt bei mobilen Endgeräten und den damit verbundenen nützlichen Zusatzprogrammen (Apps). „Durch die einfache Nutzerdarstellung einer Lösung via App-Ansatz und deren technische Offenheit kann der Nutzer die Systemkomplexität dramatisch auf ein verständliches und notwendiges Maß reduzieren“, so IT-Experte Jörg Fürbacher weiter.

Das eine oder andere bislang theoretische Szenario hat also das Stadium des wissenschaftlichen Experimentierens längst verlassen. Etwa arbeitet der IT- und Logistikdienstleister Euro-Log für seine Kunden aus der Automobilindustrie und bei Stückgutprozessen bereits an konkreten Lösungen. Und beim amerikanischen Automatisierungsspezialisten Kiva Systems übernehmen Roboter gleich ganz das Kommando, in einem weitgehend automatisch gesteuerten Lagerhaus. Kleine Helfer in der Farbe orange bieten ein skurriles Bild: Sie manövrieren eigenständig durch die Halle, nehmen bestellte Waren auf, holen die passende Verpackung ab und bringen die Charge anschließend zum Lagerarbeiter.

Das selbständige Behältersystem

Unter dem etwas anderen Fachbegriff der „Cyber-Physikalischen Systeme“ beschäftigen sich auch die Forscher vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML mit neuen Anwendungen. „Wir verstehen unter Industrie 4.0 eine intelligente Wertschöpfungskette mit Armen und Beinen sowie Augen und Ohren“, pointiert Andreas Kamagaew, Abteilungsleiter Automation und eingebettete Systeme beim Fraunhofer IML.

Als konkretes Produkt im Umfeld der Logistik haben die Forscher unter anderem den intelligenten Behälter (InBin) im Visier. Dieser entspricht ganz dem Leitmotiv rund um das „Internet der Dinge“. Denn der mobile Helfer kontrolliert den gesamten Prozess der Warenkommissionierung, von der Artikelanzeige, über die Bestätigung bis hin zur Fehlermeldung.

Die Cloud: Das Gerät kommuniziert dabei sowohl mit Mensch als auch Maschine direkt. Mehr noch: Der Behälter trifft sogar eigenständig Entscheidungen, er überwacht die Umgebung, steuert eigenständig die Logistikprozesse. Selbst eine energieautarke Stromversorgung ist an Bord. „Damit wandelt sich der Ladungsträger zum Mitdenker“, betont Kamagaew.

Vielleicht gelingt den Forschern vom Fraunhofer IML auch der große Wurf: In einer 1000 Quadratmeter großen und 65 Meter langen Versuchshalle übernimmt ein „Schwarm“ von 50 Logistikeinheiten (Multishuttle Move) alle Aufgaben in der klassischen Materialflusstechnik. Damit will das Fraunhofer IML den Beweis antreten, dass zellulare Transportsysteme in der Lage sind, sowohl die klassische Fördertechnik als auch die üblichen Regalbediengeräte zu ersetzen.

Die Logistikwolke

Gefragt an der sensiblen Schnittstelle zwischen Produktion, Logistik und Anwender sind dazu indes auch durchdachte Konzepte zur cloud-basierten Nutzung von Anwendungen und Diensten. Ein Beispiel hierfür liefert etwa das industrienahe Projekt „Logistics Mall“, ein Cloud-Angebot in der Logistik, speziell für kleine und mittlere Unternehmen.

Immerhin lassen sich in der Logistikwolke komplexe Prozesse deutlich einfacher steuern, indem Unternehmen die Anwendungen beziehungsweise Applikationen nicht zentral am Standort, sondern direkt aus einer dezentralen „Wolke“ beziehen. Sprich, via Cloud Computing lässt sich nicht nur der gesamte Produktions- und Logistikprozess optimieren, sondern auch die hohe Kapitalbindung bei der Anschaffung von Software deutlich reduzieren.

Fazit

Hinter dem Begriff Industrie 4.0 schlummern zahlreiche Möglichkeiten. Gleichwohl wird sich nicht jede technische Vision auf Anhieb realisieren lassen. Die erforderlichen technischen Schnittstellen zu entwickeln, dieser Prozess erfordert ebenso Zeit, wie die passenden Anwendungen dafür auszuwählen. Andererseits sind Teile dieser Entwicklung bereits Alltag. Manche vermeintlich kleinteilige Innovation lässt sich somit auch heute schon mit dem Begriff Industrie 4.0 in Verbindung bringen.

Demzufolge verwundert es kaum, dass das Vorhaben Industrie 4.0 auch ein aktiver Bestandteil der „High-Tech-Strategie 2020“ der Bundesregierung darstellt.

Lesetipp: Der Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie mit Umsetzungsempfehlungen für dieses Zukunftsprojekt (Stand Oktober 2012) lässt sich hier herunter laden: http://www.forschungsunion.de/pdf/industrie_4_0_umsetzungsempfehlungen.pdf

Hinweis: Außerdem stehen Forschungsgelder bereit. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) stellt etwa im Rahmen des Technologieprogramms „Autonomik für Industrie 4.0“ Fördermittel in Höhe von rund 40 Mio. Euro bereit. Die Bewerbungsfrist für Unternehmen läuft noch bis zum 8. Februar 2013.

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