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.



  • BSI fordert den Crashtest für Cyber-Sicherheit

    BSI fordert den Crashtest für Cyber-Sicherheit

    In seinem Branchenbild Automotive spricht sich das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik dafür aus, auch die Cybersicherheit in der Lieferkette der Automobilbauer bzw. in einem frühen Entwicklungsstadium in den…

    mehr lesen: BSI fordert den Crashtest für Cyber-Sicherheit

  • Schnittstellen validieren in regulierten Industrien

    Schnittstellen validieren in regulierten Industrien

    Die Richtlinie VDI/VDE 3516 Blatt 6 ‚Validierung im GxP-Umfeld – Validierung von Schnittstellen‘ ist im August 2021 erschienen. Sie lässt sich zur Validierung von Schnittstellen zwischen computergestützten Systemen im regulierten…

    mehr lesen: Schnittstellen validieren in regulierten Industrien

  • Motek 2021: Montagetechnik-Messe mit echten Menschen

    Motek 2021: Montagetechnik-Messe mit echten Menschen

    Fachbesucher der industriellen Automatisierungsbranche treffen sich vom 5. bis 8. Oktober auf dem Messeduo Motek/Bondexpo in Stuttgart. Beide Messen sollen als Präsenzmesse stattfinden.

    mehr lesen: Motek 2021: Montagetechnik-Messe mit echten Menschen

  • Materialmangel der Industrie verschärft sich

    Materialmangel der Industrie verschärft sich

    Der Materialmangel in der deutschen Industrie hat sich weiter verschärft. 69,2 Prozent der Industriefirmen in Deutschland klagten im August laut einer Umfrage des Ifo Instituts über Engpässe und Probleme bei…

    mehr lesen: Materialmangel der Industrie verschärft sich

  • T-Systems und Google arbeiten an souveräner Cloud

    T-Systems und Google arbeiten an souveräner Cloud

    Gemeinsam wollen T-Systems und Google Cloud ab Mitte 2022 eine souveräne Cloud für Deutschland zur Verfügung stellen. Der Betrieb der Cloud unterliegt dabei der Kontrolle von T-Systems.

    mehr lesen: T-Systems und Google arbeiten an souveräner Cloud

  • Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley arbeiten zusammen

    Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley arbeiten zusammen

    Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley wollen gemeinsam die herstellerübergreifende Integration in der Verpackungsindustrie realisieren. Die Schwerpunkte der Zusammenarbeit liegen auf Master Data Management, Plant Analytics und Predictive Maintenance.

    mehr lesen: Open Industry 4.0 Alliance und Packaging Valley arbeiten zusammen

  • Pepperl+Fuchs übernimmt Aava

    Pepperl+Fuchs übernimmt Aava

    Das finnische Unternehmen Aava gehört ab sofort zur Pepperl+Fuchs-Gruppe. Das Unternehmen bietet u.a. Tablet Computer für die Industrie ab.

    mehr lesen: Pepperl+Fuchs übernimmt Aava

  • Manufacturing Execution-Systeme im Vergleich

    Manufacturing Execution-Systeme im Vergleich

    Der vom Trovarit Competence Center MES in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und dem VDI herausgegebene ’Aachener Marktspiegel Business Software – MES/Fertigungssteuerung 2021/2022‘, untersucht das Angebot…

    mehr lesen: Manufacturing Execution-Systeme im Vergleich

  • Weniger Kurzarbeit im August

    Weniger Kurzarbeit im August

    In Deutschland waren im August nach Angaben des Ifo Instituts 688.000 Menschen in Kurzarbeit, ein deutlicher Rückgang im Vergleich zum Vormonat. Die Lieferengpässe in der Industrie hatten demnach kaum Auswirkungen…

    mehr lesen: Weniger Kurzarbeit im August

  • Konjunkturerwartungen gehen zurück

    Konjunkturerwartungen gehen zurück

    Zum vierten Mal in Folge haben die ZEW-Konjunkturerwartungen ein Minus verzeichnet. Der Index lag in der September-Umfrage bei 26,5 Punkten nach 40,4 Punkten im Vormonat. Die aktuelle Lage wird jedoch…

    mehr lesen: Konjunkturerwartungen gehen zurück

  • Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

    Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

    Die Auftragsbücher im Maschinen- und Anlagenbau haben sich wegen der guten Weltkonjunktur und einer schwachen Vorjahresbasis auch im Juli kräftig gefüllt.

    mehr lesen: Bestellungen im Maschinenbau im Juli steigen kräftig

  • Ifo-Exporterwartungen sinken im August

    Ifo-Exporterwartungen sinken im August

    Die Ifo-Exporterwartungen sind im August gesunken. In einigen Branchen gingen die Erwartungen dabei deutlich zurück, in der Automobilindustrie zeigen sich die Unternehmen jedoch optimistischer.

    mehr lesen: Ifo-Exporterwartungen sinken im August