Smart Factory Industrie 4.0 - die Revolution in den Fabrikhallen hat schon begonnen

Redakteur: Jürgen Schreier

Die deutsche Industrie, allen voran die Unternehmen der Metall- und Elektro-Industrie, stehen vor einem radikalen Wechsel hin zu einer dezentralen und interaktiven Steuerung in der Produktion. Das Schlagwort heißt Industrie 4.0 und wird in Fachkreisen bereits jetzt als die vierte industrielle Revolution angesehen. Wie sich dabei die Rollen von Mensch und Maschine entwickeln, untersucht das Fraunhofer-Institut in Stuttgart

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Die Fabrik per Handy-App steuern: faktisch geht das schon...
Die Fabrik per Handy-App steuern: faktisch geht das schon...
(Bild: Fraunhofer-IAO)

In der deutschen Industrie geschieht Großes. Von radikalen Veränderungen, ja von einem grundlegenden Paradigmenwechsel, ist die Rede. Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung, stehen wir nach Meinung vieler Experten jetzt vor der vierten industriellen Revolution – der Industrie 4.0.

Dahinter "verbirgt" sich die Verschmelzung von virtueller und realer Produktionswelt: Die bisherige zentrale Steuerung wird durch eine dezentrale internetbasierte ersetzt. Das Ausgangsmaterial des Produkts steuert den Prozess und sagt beispielsweise den Maschinen, wie es bearbeitet werden will. Diese Revolution vollzieht sich schleichend und ist in ersten Ansätzen bereits Teil des industriellen Alltags.

Smart Factory - die Fabrik beginnt zu denken

In der Automobilindustrie beispielsweise werden seit einiger Zeit die Karossen in der Montage mit Transpondern versehen. Die beinhalten Informationen über die Karosserie und das, was während der Produktion passieren soll. Die Transponder kommunizieren mit den Maschinen und den Mitarbeitern am Band.

Beide, Mensch und Maschine, lesen Informationen aus beziehungsweise ein, so dass am Ende der Montage all das gemacht und belegt wurde, was auf dem Transponder an Modelldetails vorgegeben war. Im Maschinenbau sind solche eingebetteten Systeme ebenfalls weit verbreitet.

„In der vierten industriellen Revolution“, sagt Prof. Thomas Bauernhansl vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und Automatisierung in Stuttgart, „steht die Smart Factory im Mittelpunkt. Dort werden alle Technologien eingesetzt, die aus der Informations- und Kommunikationstechnologie, aber auch aus dem Maschinenbau kommen.“

Damit könnten dann hochkomplexe Abläufe dezentral betrieben und optimiert werden. Eine grundlegende Technologie dabei sind sogenannte Cyber-Physische-Systeme (CPS). „Physisch“ steht dabei für ein Produkt. „Cyber“ bedeutet, dass dieses Produkt mit anderen Produkten und dem Internet vernetzt ist und Produktionsprozesse aktiv beeinflussen kann.

Wenn der Rohling die Maschine beauftragt

Ein mögliches Szenario beschreibt Sebastian Schlund, Wissenschaftler am benachbarten Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO. Der neue Industrie-4.0-Alltag könnte demnach folgendermaßen aussehen: Ein Zulieferbetrieb erhält am Montag via Internet einen Auftrag über 600 Maschinenbauteile, die Freitagnachmittag beim Kunden sein müssen.

Sind die erforderlichen Rohlinge in der Produktion verfügbar, erhält jedes Teil einen RFID-Transponder, auf dem alle wichtigen Daten vorhanden sind und der sich über WLAN mit dem Internet verbinden kann – bei Industrie 4.0 spricht man in diesem Zusammenhang vom „Internet der Dinge“.

Die Teile fragen darüber dann im Maschinenpark nach: „Wer kann uns bearbeiten?“ Vier CNC-Maschinen melden sich in unserem Fall sofort zurück. Zwei antworten, dass sie bis Freitag ausgebucht sind. Die dritte Maschine teilt mit, dass sie gerade nichts zu tun hat und 400 Teile übernehmen kann. Die vierte Maschine erklärt, dass sie einen Tag später die restlichen 200 Teile schafft.

Das Produkt wird zum Beobachter und Akteur

Allerdings muss sie dafür umgerüstet werden. Sie schickt daher eine kurze Mitteilung auf die Smartphones der beiden dafür qualifizierten Mitarbeiter. Einer der beiden hat an dem Tag frei, lehnt die Anfrage daher ab. Sein Kollege bekommt das mitgeteilt und übernimmt den Rüstauftrag.

Während sich die Teile von den CNC-Maschinen in Form bringen lassen, haben sie längst schon mit dem Versand einen Verpackungstermin am Freitagmorgen vereinbart. Auch der Spediteur ist für 12 Uhr bestellt, um die Produkte zum Kunden zu bringen. Der hat sich übrigens am Donnerstag via Internet bei seinen Teilen erkundigt, wie der Stand der Dinge ist, und zufrieden festgestellt, dass alles nach Plan läuft.

Das entstehende Produkt steuert somit den Produktionsprozess selbst, überwacht über die eingebettete Sensorik die relevanten Umgebungsparameter und löst bei Störungen entsprechende Gegenmaßnahmen aus – es wird gleichzeitig zum Beobachter und Akteur.

Industrie 4.0: welche Rolle hat der Mensch?

Doch das alles geschieht nicht von jetzt auf gleich. „Es wird eine Entwicklung sein, die nach und nach nicht nur die Anlagen, sondern auch das Denken der Mitarbeiter verändert“, sagt Professor Dieter Spath, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswissenschaft und Organisation IAO in Stuttgart.

Dort befasst man sich besonders mit der Frage, welche Rolle der Mensch in dem skizzierten Wandel spielt. „Die Möglichkeiten von Industrie 4.0 gehen unserer Meinung nach weit über die rein technischen Aspekte hinaus“, weiß Spath. Die Produktionsarbeit würde auch in Zukunft von menschlicher Arbeit geprägt sein – ganz besonders im Hochlohnland Deutschland. Dabei stellen sich die Stuttgarter Wissenschaftler unter anderem folgende Fragen:

  • Wie können wir diese menschliche Arbeit durch die neuen Möglichkeiten der Technik sinnvoll unterstützen? Wie können Zufriedenheit und Produktivität der Mitarbeitenden durch höhere Flexibilität und Selbstorganisation gesteigert werden?

Die Fraunhofer-Wissenschaftler wollen Lösungen entwickeln, welche die Flexibilität aller Mitarbeiter durch den Einsatz von Mobilgeräten, Kommunikationsmöglichkeiten und stärkerer Vernetzung mit Objekt- und Anlagendaten steigern sollen.

Nutzen würde das allen Beteiligten, wie in einem Blog des Fraunhofer IAO zu lesen ist: „Dem Unternehmen, indem anstehende Produktionsaufträge ohne Wartezeit und Bündelung in der Auftragslosgröße gefertigt werden können; dem Kunden, indem dadurch eine drastische Reduktion der Lieferzeiten möglich wird; den Mitarbeitern, indem starre Arbeitszeitmodelle flexibilisiert werden und an Präferenzen oder Lebenssituationen angepasst werden können; der Gesellschaft, indem der Mitarbeitereinsatz produktiver gemanagt wird, insbesondere in Verknüpfung mit einer sinnvollen Nutzung anfallender Leerlaufzeiten.“

Dezentrale Entscheidungen brauchen klare Regeln

„Allerdings hat diese Flexibilität ihren Preis“, meint Moritz Hämmerle vom Fraunhofer IAO. „Mitarbeiter müssen für Industrie 4.0-Prozesse qualifiziert, übergreifende Standards geschaffen sowie eine leistungsfähige Informations- und Kommunikationsstruktur mit ausgefeilter Sensorik bereitgestellt werden“, so der Wissenschaftler. Insbesondere müsse eine Umstellung der Produktion auf das 4.0-Prinzip „aber auch organisiert werden“.

Denn wer vernetzt produzieren wolle, müsse dies auch organisieren. Eine dezentrale Entscheidungsfindung funktioniere nur dann, wenn klare Regeln sowie handhabbare Strukturen und Prozesse zur Kommunikation geschaffen würden.

Deshalb wollen die Stuttgarter Arbeitswissenschaftler ein Zukunftslabor einrichten, in dem in den nächsten Jahren die Erkenntnisse der Forschungsarbeit einfließen werden und in dem eng mit Industriepartnern zusammengearbeitet wird. Man möchte zeigen, wie eine Abstimmung von intelligenten Objekten und selbstbestimmten Mitarbeitern aussehen kann. Schließlich will niemand, dass die vierte industrielle Revolution ihre Kinder frisst.

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