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.



  • Branchenverbände hoffen 2021 auf Besserung

    Branchenverbände hoffen 2021 auf Besserung

    Zum Jahreswechsel befragt das Institut der deutschen Wirtschaft (IW) traditionell deutsche Verbände nach ihren wirtschaftlichen Erwartungen für das kommende Jahr. In diesem Jahr berichten darin die meisten Branchen von einschneidenden…

    mehr lesen: Branchenverbände hoffen 2021 auf Besserung

  • Nachhaltigkeit wird zum Trend

    Nachhaltigkeit wird zum Trend

    Nachhaltigkeit und stärkeres Umweltbewusstsein erfahren in der Fertigungsindustrie neue Aufmerksamkeit. Der Übergang von der Linearwirtschaft zu einer Kreislaufwirtschaft spielt dabei eine entscheidende Rolle. Colin Elkins, Vice President Manufacturing bei IFS,…

    mehr lesen: Nachhaltigkeit wird zum Trend

  • Hannover Messe erneut als digitales Event

    Hannover Messe erneut als digitales Event

    Angesichts der aktuellen Entwicklungen rund um Covid-19 hat die Deutsche Messe gemeinsam mit den Ausstellern der Hannover Messe entschieden, die Industrieschau in diesem Jahr erneut digital auszurichten.

    mehr lesen: Hannover Messe erneut als digitales Event

  • Auftragsplus im November

    Auftragsplus im November

    Im November 2020 haben die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer erstmals seit Beginn des Berichtsjahres wieder Orderzuwächse sowohl aus dem Inland als auch aus dem Ausland verzeichnet.

    mehr lesen: Auftragsplus im November

  • Trends für die IT-Sicherheit

    Trends für die IT-Sicherheit

    Durch die drastischen Veränderungen im Jahr 2020 wurde die Digitalisierung stark forciert, Netzwerkinfrastrukturen änderten sich und Clouds konnten weitere Zugewinne verzeichnen. Gerade, was Homeoffice angeht, musste zunächst einiges improvisiert werden.

    mehr lesen: Trends für die IT-Sicherheit

  • VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

    VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

    Im November 2020 ist der VDI-Statusreport ‚Maschinelles Lernen in KMU‘ erschienen. Die Veröffentlichung gibt Tipps, wie gerade mittelständische Firmen Projekte mit maschinellem Lernen (ML) umsetzen können.

    mehr lesen: VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

  • Software-Container in Bewegung

    Software-Container in Bewegung

    Mit dem häufigeren Einsatz von Industrial Internet of Things-Anwendungen haben sich auch die Technologien von Software-Containern mehr und mehr durchgesetzt. Mit ihnen können Unternehmen die Geschwindigkeit, Flexibilität und Qualität bei…

    mehr lesen: Software-Container in Bewegung

  • Fortinet übernimmt Panopta

    Fortinet übernimmt Panopta

    Fortinet will den SaaS-Plattform-Anbieter Panopta übernehmen. Mit der Lösung des Unternehmens will Fortinet Netzwerkleistung und -sicherheit seiner Kunden verbessern.

    mehr lesen: Fortinet übernimmt Panopta

  • Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

    Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

    Tech Mahindra und SAP wollen ihre Partnerschaft zur Bereitstellung von ‘Intelligent Enterprise‘-Technologien erweitern.

    mehr lesen: Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

  • Hexagon übernimmt Vertriebspartner

    Hexagon übernimmt Vertriebspartner

    Der Geschäftsbereich Manufacturing Intelligence von Hexagon hat die Übernahme der Mecadat AG bekanntgegeben, einem Vertriebspartner für CAD-CAM-Software und ergänzende Lösungen für die Herstellung von Werkzeugen und Formen.

    mehr lesen: Hexagon übernimmt Vertriebspartner

  • VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

    VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

    VDI-Direktor Ralph Appel ist am 9. Oktober 2020 zum Präsidenten der FEANI (Fédération Européenne d’Associations Nationales d’Ingénieurs) gewählt worden. Der Dachverband FEANI vertritt knapp 350 technisch-wissenschaftliche Organisationen aus 32 Ländern…

    mehr lesen: VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

  • PTC übernimmt Arena Solutions

    PTC übernimmt Arena Solutions

    Für insgesamt 715Mio.US$ übernimmt PTC den SaaS-Plattform-Anbieter Arena Solutions. Die Akquise soll im zweiten Quartal 2021 angeschlossen sein.

    mehr lesen: PTC übernimmt Arena Solutions