«Industrie 4.0 steht für intelligente Vernetzung und ist in der Lage, Gesamtabläufe zu flexibilisieren»

Montag, 4. April 2016Lesezeit: 5 Minuten

derinews: Spricht man von der industriellen Revolution, meint man in der Regel die des 18. Jahrhunderts. Dabei gab es zwei weitere. Wann fanden sie statt und wodurch sind sie gekennzeichnet?

Tatsächlich ist der Begriff «industrielle Revolution» geprägt durch die Entwicklungen der englischen Industrialisierung. Die Einführung von mechanischen Produktionsanlagen wurde damals durch Wasser- und Dampfkraft (über die Dampfmaschine) ermöglicht. Die zweite industrielle Revolution wurde Anfang des 20. Jahrhunderts mit der arbeitsteiligen Massenproduktion eingeleitet. Die Grundlage dazu schufen elektrische Energie sowie die daraus resultierende Fliessbandfertigung. 1968 kam es zur dritten industriellen Revolution: Dank des Einsatzes von Elektronik und IT wurde der Automatisierungsgrad nochmals erhöht. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) fanden Einzug in die Produktion.

 

derinews: Heute stehen wir am Beginn der vierten industriellen Revolution. Weshalb ist Industrie 4.0 in der Lage, einen Umbruch auszulösen?

In der Industrie 4.0 kommen cyberphysische Systeme zum Einsatz. Diese sind gekennzeichnet durch eine Verknüpfung von realen Objekten und Prozessen mit informationsverarbeitenden Objekten und Prozessen über offene, teilweise globale Informationsnetze.

 

derinews: Und die Grundlage dafür bilden Sensoren?

Richtig. Mit der dritten industriellen Revolution, sprich: der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), etablierte sich das Prinzip der Sensor-Steuerung-Aktor-Architektur. Ein Sensor, der einen physikalischen Wert misst, zum Beispiel eine Position, gibt diese Information über eine einfache, oft analoge Schnittstelle an die Eingabeeinheit einer SPS weiter. Letztere verarbeitet die Information und steuert einen Aktor (z. B. einen Antrieb) auf eine neue Position. In der Industrie 4.0 bekommen Sensoren nun zahlreiche neue Fähigkeiten hinzu, beispielsweise die Erfassung und Verarbeitung weiterer Daten im und am Sensor sowie eine Vernetzung des Sensors mit anderen Geräten. Dies ist vergleichbar mit dem Wandel in der Telekommunikation, wo wir in wenigen Jahren vom einfachen Telefon zum multifunktionalen Smartphone gekommen sind.

Dr. Johann Pohany, Head of Motion Control, Executive Board der Baumer Group

 

derinews: Was ist daran revolutionär?

Basierend auf der Technologie und der Einführung von Bus-Systemen auch auf Sensor-/Aktorebene konnten komplexe Produktionsabläufe programmiert und automatisiert werden. Dank einer überlagerten Produktionssteuerungsebene (Manufacturing Execution System – MES) können so unterschiedliche Produktionsvorgaben gemacht werden. Was bis dato fehlte, war die Rückmeldung aus dem direkten Sensor/Aktor an überlagerte Systeme, um eine Gesamtoptimierung und Flexibilisierung der Abläufe durchzuführen, also eine dezentrale, reaktionsfähige, kontextadaptive Produktions- und Logistiksteuerung auf der einen Seite und situationsbedingte lokale Regelkreise, die Entscheidungsalternativen z. B. mithilfe virtueller Modelle der physikalischen Realität absichern, auf der anderen Seite.

 

derinews: Was aber nun möglich geworden ist.

Genau. Industrie 4.0 steht für die intelligente Vernetzung von Produktentwicklung, Produktion, Logistik und Kunden und ist in der Lage, Gesamtabläufe zu flexibilisieren. «Industrie 4.0» ist ein Begriff des deutschsprachigen Raumes. Im angelsächsischen Sprachraum benutzt man die Ausdrücke «Industrial Internet of Things» oder «Advanced Manufacturing». Der Begriff «Internet of Things» (Internet der Dinge) wurde bereits 1999 am Massachusetts Institute of Technology (MIT) erstmalig benutzt. Und die Vision ist fast ein weiteres Jahrzehnt älter.

 

derinews: Wieso ist zwischen der dritten und vierten Revolution so viel Zeit vergangen?

Ein Blick auf die Entwicklung der Sensorik über die letzten 20 Jahre zeigt, dass sich die vergangenen Herausforderungen auf das Finden und Weiterentwickeln von physikalischen Messprinzipien konzentrierten. Diese sollten spezifische Messherausforderungen lösen. Die Entwicklungsabteilungen bestanden aus Physikern, Ingenieuren der Mechanik und etwas Elektronik. Physische Ergebnisse wurden über eine Zweidrahtleitung an die Ein-/Ausgabebaugruppe einer Steuerung übertragen. Mittlerweile sind die meisten Herausforderungen bezüglich der Grundmessprinzipien gelöst. Viele der Anwesenheits- und Drehwinkelsensoren werden zunehmend als Standard- oder sogenannte «Commodity-Produkte» angesehen und von mehreren Unternehmen in ähnlicher Güte zu ähnlichen Preisen angeboten. Damit ist eine Differenzierung über die reinen technischen Eigenschaften eines solchen «Commodity-Produktes» schwieriger geworden. Zusätzlich mussten sich (Echtzeit-)Bus-Systeme in der Industrieautomatisierung etablieren. Eine reine Ankopplung von Sensoren über Ein /Ausgabebaugruppen einer Steuerung wird bei steigender Sensorenzahl immer unökonomischer. Deshalb benötigen mehr Sensoren in einer Maschine einen industriellen Feldbus zur intelligenten Ankopplung an eine Steuerung.

 

«Industrie 4.0 steht für intelligente Vernetzung und ist in der Lage, Gesamtabläufe zu flexibilisieren» 

derinews: Die «neuen» Sensoren wurden also nicht wegen eines neuen Bedürfnisses entwickelt? Wollte man vielleicht nur der entstandenen Homogenität entfliehen?

Sie meinen, ob das neue Angebot die Nachfrage angekurbelt hat oder ob neu aufgekommene Bedürfnisse zu einem neuen Angebot geführt haben? Selbstverständlich gab es den Wunsch nach mehr Funktionalität; diese war aber in der Vergangenheit nicht kosteneffizient abbildbar. Mit stärkeren Prozessoren und fortschreitender Miniaturisierung ist dies heute möglich. Selbst wenn Steve Jobs die Idee des iPhones bereits 1990 gehabt hätte, wäre das aufgrund fehlender Technologie nicht umsetzbar gewesen. Fakt ist jedoch: Zwar haben Standard-Sensoren aktuell bei Weitem den absolut grössten Marktanteil, doch wachsen die intelligenten «Advanced» Sensoren derzeit mit deutlich zweistelligen Prozentraten. Diese Sensoren mit einem erweiterten Funktionsumfang wurden erst in den letzten Jahren entwickelt und sind mehr als nur das Ergebnis einer physikalischen Messübertragung. Während ein Standard-Kamerasensor in der Vergangenheit lediglich die Rohdaten einer Kamera sendete, kann ein heutiger «Advanced» Kamerasensor den direkten Vergleich zwischen einem zuvor programmierten «Gutteil» und einem detektierten «Schlechtteil» anstellen. Die Übertragungswege werden somit nur noch mit dem Ergebnis und nicht mehr mit den gesamten Rohdaten belastet.

 

derinews: Wie ist das technologisch möglich?

Die Sensoren mit erweiterten Funktionen enthalten einen signifikant höheren Software-Anteil und der wird künftig weiter steigen. Eingebunden werden die kleinen elektronischen Helfer in Automatisierungsarchitekturen, und zwar über intelligente Bus-Systeme. Damit können sie sich sukzessive auf die «Industrie 4.0»-Referenzarchitektur und/oder die Referenzarchitektur des «industriellen Internets der Dinge» ausrichten und die Bus-Systeme der Automatisierungstechnik sowie erweiterte Kommunikationsfähigkeiten wie die OPC-UA unterstützen.

 

derinews: Industrie 4.0 kann für die globale Wettbewerbsfähigkeit eines Landes entscheidend sein. Die Schweiz und Deutschland gelten hier als Vorreiter. Wie können aus dem Trend Wettbewerbsvorteile entstehen?

Für den klassischen deutschen und schweizerischen Maschinenbau ist Industrie 4.0 sicherlich eine Herausforderung, doch ergeben sich durch sie auch viele neue Optionen. Anbieter von Automatisierungslösungen – ob Laserschweissmaschine oder Weizenmahlanlage – stehen derzeit vor der Aufgabe, über eine erweiterte Sensorik und zusätzliche Steuerungsmöglichkeiten flexiblere Produktionsanlagen zu schaffen. Natürlich bietet sich auch die Chance, additive Funktionalitäten zu verkaufen oder neue Geschäftsmodelle zu etablieren. Der deutsche Maschinenbauer Trumpf zum Beispiel hat im letzten Jahr seine Software- und Kommunikationskompetenz durch den Einstieg in Softwarefirmen und Start-ups im Umfeld von Industrie 4.0 und IoT gestärkt. Mehr als zuvor kann Trumpf nun neue und erweiterte Wartungs- und Steuerungsmöglichkeiten für seine Maschinen erarbeiten und anbieten.

 

derinews: Welche hauptsächlichen Herausforderungen gilt es zu meistern?

Eine grosse Herausforderung ist die Cyber-Security. Die Frage, die sich in dem Zusammenhang stellt, lautet: Was muss getan werden, um Daten sicher, unverfälscht und authentifiziert sowie basierend auf «State of the Art»-IT-Richtlinien zu übertragen? Hier und heute gibt es noch keine Sicherheitsstandards innerhalb der Industrie 4.0 und es wird vermutlich einige Zeit dauern, bis sie etabliert sein werden.

Eine weitere Herausforderung stellt das Arbeitsumfeld: Mit dem technologischen Umbruch einhergehende Veränderungen können von disruptiver und damit zerstörerischer Natur sein. Neue Qualifikationen werden in Zukunft sicherlich gebraucht werden. Zum Beispiel wird man viel mehr Softwareentwickler sowie Software- und Security-Architekten in Entwicklungslaboren von Sensor /Aktor-, PLC- und Maschinenherstellern antreffen. Wir werden die Arbeitsschritte in der Werkhalle zudem viel präziser messen als zuvor und einfache Aufgaben sukzessive an Roboter und andere automatisierte Systeme delegieren.

Dr. Johann Pohany
Head of Motion Control
Executive Board der Baumer Group

Dr. Pohany, Diplom-Ingenieur der Elektrotechnik (Schwerpunkt Nachrichtentechnik und Informationsverarbeitung) mit Promotion in Energietechnik, war bei Siemens im Bereich Automatisierungstechnik verantwortlich für die Entwicklung von WinCC. Dies ist heute ein weltweit führendes Bedien- und Beobachtungssystem, das auch im Siemens-Prozessleitsystem PCS7 enthalten ist. Nach 15-jähriger Tätigkeit in den Bereichen Energie- und Satellitentechnik, Satellitenüberwachung und -kommunikation kehrte Dr. Pohany in die Automatisierungstechnik zurück und ist heute als Member Executive Board and Head of Motion Control der Baumer-Gruppe (baumer.com) unter anderem verantwortlich für die Industrie-4.0-/IoT-Strategie.

Dr. Pohany war Vize-Vorsitzender der Programmkommission «Kommunikation und Navigation» des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und ist Mitglied des Advisory Boards eines Start-ups mit Fokus auf sichere Kommunikation innerhalb von Industrie 4.0/IoT. Er lehrt zudem Informations- und Kommunikationssysteme für dezentrale Energieversorgung an der Universität Brandenburg (Energy Information Systems).

16.12.2019 15:43:48

 

Kommentar schreiben

 

  

 

  

 

* Pflichtfelder müssen ausgefüllt werden

So wollen wir miteinander diskutieren! Beachten Sie bitte unsere Blog-Netiquette.