Die Geschichte der Industrie 4.0 (Teil 3/3): Was hält die Zukunft bereit?

443686
Bild : ©metamorworks/stock.adobe.com

Während Industrie 4.0 (I40) noch laufen lernt, wird schon von Industrie 5.0 gesprochen. „Doch welche industrielle Revolution hat man in zehn Jahren gemacht?“, fragt Prof. Wolfgang Wahlster, einer der Urväter der Idee. Weil das Verständnis von Industrie 4.0 mit der Zeit immer unschärfer wurde, hatte sich das Team der SmartFactory Kaiserslautern (SF-KL) um Prof. Martin Ruskowski 2019 zu einem Analysemeeting zurückgezogen. „Wir wollten I40 nachschärfen. Das Konzept ist richtig, aber es blieb zu oft unverstanden oder fehlinterpretiert. Außerdem hatten wir mittlerweile eigene Erfahrungen in der Umsetzung gesammelt und uns lagen Daten aus der Industrie vor. Dazu kamen die neuen technischen Möglichkeiten, wie KI-Methoden oder Cloud-Systeme“, erzählt Ruskowski. „Deshalb haben wir ein Update von Industrie 4.0 formuliert: Production Level 4 (PL4).“ Kurz: PL4.

Produktion in dynamischen Lieferketten

PL4 wird seit 2020 schrittweise umgesetzt. Der erste Demonstrator fertigte einen individuell konfigurierbaren USB-Stick als Beispielprodukt. Heute ist er Teil einer Shared Production, die unter demn Namen Produktionsinsel_JAVA an mehreren Standorten einen Modell-LKW herstellt. Aktuell wird die Insel so erweitert, dass sie zusätzlich Bauteile für den kleinen LKW produzieren kann, der einen Platzhalter für ein beliebiges Produkt darstellt. „Die Vernetzung arbeitet über Datenräume, das gibt uns viele neue Optionen“, sagt Ruskowski. „Zukünftig können wir Güter in dynamischen Lieferketten herstellen. Softwareagenten organisieren und überwachen die Fertigung, was durch Verwaltungsschalen (VWS) möglich wird.“ Als Ziel ist eine resiliente Produktion formuliert, die auf Lieferkettenengpässe oder Ausfälle von Produktionsmitteln schnell reagieren kann. Durch die VWS kann außerdem Nachhaltigkeit von Anfang an auf den Shopfloor implementiert werden, weil etwa Energie-Verbräuche messbar sind. Dadurch, dass außerdem die Fertigungshistorie jedes Assets über die VWS bekannt ist, ist auch die Wiederverwertung von Bauteilen in einer Kreislaufwirtschaft umsetzbar.

Einige Ideen von PL4 finden sich in den neuen Skizzen der Initiative Manufacturing-X wieder, an der auch die SF-KL mitgewirkt hat. „Mir ist es egal, wie das Kind am Ende genannt wird,“ sagt Ruskowski. „Die Hauptsache ist, dass wir für die Zukunft gewappnet sind.“

Das CSS-Modell

Die verteilte Produktion basiert auf dem CSS-Modell (Capability, Skills und Services) der Plattform Industrie 4.0. „Skills werden durch Capabilities beschrieben,“ erklärt Dr. Magnus Volkmann. „Das heißt, eine Capability ist eine abstrakte, generische Beschreibung von einem oder mehreren Skills, die in einer Reihenfolge ausgeführt werden.“ Diese bilden wiederum Services, wie etwa Fräsen oder Bohren, die im Datenraum angeboten werden können.

In Zukunft soll ein Produkt angeben, dass es beispielsweise eine Vertiefung in einem Aluminiumbauteil benötigt. Diese könnte technisch mittels Bohrung oder Fräsung umgesetzt werden. Im Datenraum melden sich dann die Services, die die Vertiefung vornehmen könnten. Die Angebote enthalten etwa Preis, Arbeitsdauer, Energieverbrauch oder den CO2-Ausstoß. „Die Skills und Capabilities sind hinter den angebotenen Services gekapselt,“ sagt Ruskowski. „Solange die Vertiefung gemäß den angegebenen Maßen realisiert wird, ist es unwichtig, wie das technisch geschieht oder welcher Hersteller dahintersteckt. Die Arbeit könnte auch per Hand umgesetzt werden.“ Eine solche Interoperabilität wurde vereits in der Industrie 4.0 als Schlüsselelement formuliert.

Die Produktionsinsel_JAVA

Die Produktionsinsel besteht aus verschiedenen Modulen, wie etwa Lagerhaltung, Bauteilschleuse, Datenbetankungsmodul, Montageplatz oder Qualitätskontrolle. Sie sind logistisch mit einem Schienensystem in Form einer Acht verbunden, sodass die Elemente flexibel angefahren werden können. Das An- und Abdocken der Module funktioniert nach dem ‚Plug & Produce‘-Konzept, die Zertifizierung der neu konfigurierten Anlage geschieht automatisch. Die zu produzierenden Bauteile nutzen gemeinsam die angebotenen Services. „Das ist es, worum es im Kern bei der Vision von PL4 geht. Maximale Variabilität“, sagt Ruskowski. „Auch Multiagentensysteme oder Knowledge-Graphen kommen zum Einsatz.“ In der Vision von PL4 kennt ein Produkt seine Eigenschaften, stellt sich selbst in einem Datenraum vor und bittet um Angebote zu seiner Fertigung. Maschinen oder Software melden sich mit den Services, die die genannten Wünsche erfüllen können. Die Koordination der Produktionsschritte übernehmen Softwareagenten. Letztlich wird das Produkt selbständig durch die dynamisch anpassbaren Lieferketten geroutet. Dabei ist denkbar, dass die Produktwunschliste den Hinweis enthält, dass wenig CO2 anfallen darf. „Dann werden die sparsamsten Maschinen im Datenraum ausgesucht“, sagt Ruskowski. „Denn über die VWS wird der CO2-Verbrauch transparent.“

Safety im Blick

„Aber wir können erfinden, was wir wollen, am Ende muss es sicherheitstechnisch zertifiziert sein,“ sagt Ruskowski. Aktuell entwickelt die SF-KL einen Safety-Use-Case, der auf der Hannover Messe 2024 vorgestellt werden soll. Dieser umfasst mehrere Szenarien und wird in Zusammenarbeit von TÜV Süd, Pilz und B&R Automation umgesetzt.

Vom Modell zum Produkt

Auf dem Shopfloor ist Production Level 4 bereits angekommen. Im Forschungsprojekt Twin4Trucks kooperiert die SF-KL seit 2022 in einem Konsortium u.a. mit der Daimler Truck AG (DTAG). „Die DTAG möchte ihre Daten besser auswerten können“, sagt Ruskowski. „Dazu müssen die Datenströme durchgängig organisiert werden. Wir haben als Lösung einen Digital Foundation Layer, eine Art digitaler roter Faden, vorgeschlagen, der in einem Datenraum arbeitet.“ Das PL4-Ökosystem in Kaiserslautern dient als Testbed. „Nun steht bei uns ein Montage- und Prüfstand für tonnenschwere Bauteile der Daimler Trucks, während 2m weiter unser kleiner Modell-LKW gebaut wird“, sagt Ruskowski.

Richtschnur für die Produktion

Industrie 4.0 ist und bleibt die Richtschnur für die Produktion der Zukunft. Die Weiterentwicklung durch Datenräume oder KI-Methoden zeigt, dass die vierte industrielle Revolution noch in vollem Gange ist.



  • Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

    Die SPS in Nürnberg ist der Branchentreff für Automatisierer. Welche Trends dabei in diesem Jahr hervorstechen und was Besucher darüber hinaus erwarten können, berichtet Silke Schulz-Metzner, Vice President SPS beim…

    mehr lesen: Starkes Netzwerk in unsicheren Zeiten

  • Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

    Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

    Zur 32. Ausgabe der SPS – Smart Production Solutions werden in 16 Messehallen mit rund 120.000m² Ausstellungsfläche mehr als 1.300 Aussteller aus der ganzen Welt erwartet. Neben Innovationen bietet der…

    mehr lesen: Die Welt der Automatisierung auf 120.000m²

  • Das gesamte Spektrum der Elektronikfertigung

    Das gesamte Spektrum der Elektronikfertigung

    Die Elektronikfertigungsindustrie trifft sich vom 14. bis zum 17. November in München. Auf der dortigen Produktronica stehen in diesem Jahr unter anderem die Leitthemen künstliche Intelligenz, Leistungselektronik sowie Quantentechnologien im…

    mehr lesen: Das gesamte Spektrum der Elektronikfertigung

  • Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig

    Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig

    Situation weiter entspannt Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig Mehr als die Hälfte der Unternehmen aus dem Automobilbau berichtet nach wie vor von Materialengpässen. In vielen anderen Industriesektoren hat sich…

    mehr lesen: Materialengpässe in der Industrie leicht rückläufig

  • Connected-Worker-Plattform

    Connected-Worker-Plattform

    Connected-Worker-Plattform Sieben Schritte zur autonomen Instandhaltung Gestiegene Preise belasten die deutsche Industrie weiterhin. Und auch beim Thema Fachkräfte ist keine Entspannung in Sicht. Hier kommt die autonome Instandhaltung ins Spiel.…

    mehr lesen: Connected-Worker-Plattform

  • Markus Wambach wird COO bei MHP

    Markus Wambach wird COO bei MHP

    Geschäftsführung erweitert Markus Wambach wird COO bei MHP MHP erweitert zum 1 Januar 2024 die Geschäftsführung. Markus Wambach verantwortet dann das operative Geschäft der Management- und IT-Beratung.

    mehr lesen: Markus Wambach wird COO bei MHP

  • Thomas Hibinger wird CEO der Viastore Group

    Thomas Hibinger wird CEO der Viastore Group

    Philipp Hahn-Woernle übergibt den Staffelstab Thomas Hibinger wird CEO der Viastore Group Die Viastore-Gruppe steht ab dem 1. Januar 2024 unter neuer Leitung. Thomas Hibinger übernimmt dann das Amt des…

    mehr lesen: Thomas Hibinger wird CEO der Viastore Group

  • Materialengpässe in der Industrie erneut rückläufig

    Materialengpässe in der Industrie erneut rückläufig

    Ifo-Umfrage Materialengpässe in der Industrie erneut rückläufig Im August waren erneut weniger Industrieunternehmen von Materialengpässen betroffen als noch im Juli. Am stärksten betroffen ist nach wie vor die Autoindustrie.

    mehr lesen: Materialengpässe in der Industrie erneut rückläufig

  • Fraunhofer IPA bietet Potenzialanalyse für die Intralogistik

    Fraunhofer IPA bietet Potenzialanalyse für die Intralogistik

    Fahrerlose Transportfahrzeuge und mobile Roboter Fraunhofer IPA bietet Potenzialanalyse für die Intralogistik Die Nachfrage nach mehr Automatisierung für intralogistische Abläufe ist hoch. Wann und wie genau sich fahrerlose Transportfahrzeuge oder…

    mehr lesen: Fraunhofer IPA bietet Potenzialanalyse für die Intralogistik

  • Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics

    Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics

    Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics Durch die Übernahme des kanadischen Robotik-Spezialisten Clearpath Robotics will Rockwell sein Portfolio für die autonome Produktionslogistik ergänzen.

    mehr lesen: Rockwell Automation übernimmt Clearpath Robotics

  • LeanBI und Substring kooperieren

    LeanBI und Substring kooperieren

    IoT-Anwendungen für die Industrie LeanBI und Substring kooperieren Gemeinsam wollen LeanBI und Substring Produkte für das Internet der Dinge entwickeln und anbieten. Dafür haben die Unternehmen eine Entwicklungs- und Vertriebs-Kooperation…

    mehr lesen: LeanBI und Substring kooperieren

  • Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied

    Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied

    VDMA Robotik Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied Der Vorstand von VDMA Robotik hat Thomas Hähn, Gründer & CEO der United Robotics Group, als neues Vorstandsmitglied berufen.

    mehr lesen: Thomas Hähn wird Vorstandsmitglied