Industrie 4.0 und Big Data eröffnen produzierenden Unternehmen ungeahnte Möglichkeiten und geben den Startschuss für neue Geschäftsmodelle – dafür gilt es vorhandene Datenschätze zu heben. Flexible und intelligente technische Lösungen, die Daten in der Feldebene sammeln und in der Cloud verfügbar machen, schaffen die Grundlage.
Die Vernetzung nimmt stetig zu. Ob Smart Home, Mobilität oder Produktion – alles ist vernetzt und liefert fortwährend Daten über Umgebung und Prozesse. Softwareupdates erfolgen „over the air“ und ersetzen aufwendige Wartungsarbeiten oder die Fahrt in die Werkstatt innerhalb kürzester Zeit, etwa beim Elektroautopionier Tesla. Die Produktentwicklung endet vor diesem Hintergrund zukünftig nicht bei der Auslieferung, sondern transformiert sich zu einem stetigen Prozess – wie in der Softwarebranche schon seit Jahrzehnten gängig – Stichwort: Continuous Delivery. Die Fertigung entwickelt sich damit zu einem kontinuierlichen Vorgang, der auch nach der Auslieferung des Produktes weitergeht und gestaltet werden muss. Die Infrastruktur im Hintergrund schafft die Grundlage für eine lange und störungsfreie Nutzungsdauer des Produktes, sie muss stetig angepasst und optimiert werden. Jeden Tag wird die Welt auf diese Weise ein wenig digitaler. Doch immer schnellere Entwicklungszyklen erfordern auch entsprechende agile Lösungen seitens der Unternehmen, um langfristig wettbewerbsfähig zu sein. Flexibility sells!
Die erforderliche Flexibilität schaffen insbesondere Digitalisierungskonzepte wie Industrie 4.0 in der Produktion. Fragen, die bislang in unterschiedlichen Prozessen und Systemen bearbeitet wurden, sollen hier zukünftig durch die Vernetzung von Produkt, Prozess und Ressource in einem „System von Systemen“ selbstständig beantwortet werden. Was wurde in welcher Menge bestellt? Werden Materialnachschub oder Ersatzteile benötigt? Wann soll die Lieferung erfolgen? Es geht sogar noch einen Schritt weiter: In der Fabrik der Zukunft können alle Bestandteile der Produktionskette eigenständig miteinander kommunizieren – standortübergreifend. Ziel ist eine vernetzte Produktion, die schneller, effizienter und flexibler ist und so individuellere Produkte bei gleichbleibend hoher Qualität erlaubt. Die klassische Automatisierungspyramide mit der heute bekannten zentralen Steuerung löst sich allmählich auf.
Neue Informations- und Kommunikationstechnologien wie Cloud-Services, 5G, OPC-UA über TSN und flexible Automatisierungslösungen sind die künftige Basis von Industrie 4.0 und IIoT. Sie rücken zunehmend in den Fokus, um Maschinen untereinander sowie mit ihrer Umwelt kommunizieren zu lassen und die neu gewonnene Informationsdichte verarbeiten und analysieren zu können. Erst so werden die neuen Optimierungshebel auch tatsächlich genutzt. Sie ermöglichen es, Produktionsprozesse zu überwachen, nachvollziehen und per Fernzugriff steuern zu können: Condition Monitoring und Predictive Maintenance sind einige der hier zu nennenden Anwendungen.
Bisher waren Personal, Technologie und Kapital erfolgskritische Faktoren für unternehmerisches Handeln, heute zählen auch Daten dazu. Doch während einzelne Messwerte eher unbedeutend sind, lässt die Kombination und Kontextualisierung tausender Datensätze im Rahmen von Big Data Analytics Muster erkennbar werden. Der viel beschworene Mehrwert entsteht dabei vor allem durch die Kombination verschiedener Daten – etwa wenn sich daraus Optimierungspotential und Vorhersagen für Prozesse ableiten lassen. Die Möglichkeiten sind vielfältig und reichen von Energiemanagementlösungen über einfache Ferndiagnosen bis hin zu Predicitve Maintenance. Sie haben für Unternehmen nicht nur internes Potential. Die Trefferquote derartiger technologischer Lösungen ist heute bereits sehr vielversprechend – das führt zu einer höheren Produktionseffektivität und geringeren Betriebskosten. Die Auswertung und Nutzung der Daten entwickelt sich damit zunehmend zu einem externen Wettbewerbsfaktor.
Denn eines dürfte mittlerweile klar sein: Der Weg der Wertschöpfung führt über diese Daten. Bisher nutzen viele Unternehmen allerdings nur einen Bruchteil derselben. Laut der McKinsey-Studie „How to navigate digitization oft the manufacturing sector“ wird beispielsweise weniger als ein Prozent der Daten, die ca. 30.000 Sensoren auf einer Bohrinsel erzeugen, zur Entscheidungsfindung herangezogen. Auch im Automationsumfeld werden sie nahezu ausschließlich für Echtzeitanwendungen und zur Fehlerdetektion eingesetzt. Doch bevor sie sich überhaupt nutzen lassen, müssen Sie erst einmal verfügbar gemacht werden. Der Weg der Wertschöpfung führt daher auch über die Cloud. Doch wie sind Unternehmen hierzulande beim Thema Cloud aufgestellt? Hierauf gibt der „Cloud Monitor“ von Bitkom Research und KPMG eine Antwort: Aus dem Bereich Maschinen- und Anlagenbau gaben 65 Prozent der befragten Unternehmen an, Cloud-Computing bereits zu nutzen. Für 76 Prozent war der Standort der Rechenzentren in Deutschland dabei ausschlaggebendes Kriterium.
Die Cloud ist mit ihrer Nutzung kostengünstiger und einfach skalierbarer Rechen- und Speicherkapazitäten außerhalb der eigenen IT-Systeme ein wesentlicher technologischer „Befähiger“ von Industrie 4.0 und IIoT. Sie ist zentraler Bestandteil der benötigten technologischen Infrastruktur – den sogenannten „Technology Stacks“. Denn alle smarten Produkte im Internet of Things haben drei Kernelemente gemeinsam: eine physische Komponente, etwa mechanische oder elektronische Bauteile, intelligente Komponenten wie Sensoren, Prozessoren oder Steuerungselemente und Vernetzungskomponenten wie Ports oder Antennen. „Dieser Dreiklang eröffnet völlig neue Anwendungsmöglichkeiten: Etwa Produkte die sich selbst und ihre Umgebung überwachen, Erkenntnisse über Anwendung und Leistungsmerkmale liefern und vom Nutzer per Fernzugriff gesteuert werden können – zum Beispiel via Mobile Devices“ erklärt Leon Urbas, Professor für Prozessleittechnik am Institut für Automatisierungstechnik der Technischen Universität Dresden. Diese Kombination bietet wiederum die Möglichkeit der Optimierung und dient so der weiteren Automatisierung, denn dank Fernwartung sind auch adhoc Anpassungen möglich.
Leon Urbas
Professor für Prozessleittechnik am Institut für Automatisierungstechnik der Technischen Universität Dresden
Industrie 4.0 nutzt die Cloud jedoch nicht nur als Datensammelpunkt. Zusammen mit den physischen Produktionssystemen bildet sie das Rückgrat der Produktionskette. Sie trägt Produkt- und Produktionsdatenbanken, Analyseplattformen für die Auswertung der Produktionsprozesse sowie intelligente Produktanwendungen, um die laufenden Produktionsmaschinen automatisch steuern und optimieren zu können. Diese Informationen werden mit unternehmensinternen Daten aus ERP, CRM oder PLM sowie externen Daten wie Rohstoff- und Energiepreisen, Verkehrssituationen oder Wetterdaten angereichert.
Für die Industrie besteht der Vorteil von Cloud-Diensten gegenüber klassischer In-House-IT in einer höheren Flexibilität, insbesondere im Hinblick auf die Skalierbarkeit der Systeme. Zudem lassen sich Kosten aufgrund einer vereinfachten Verwaltung einsparen, da der Cloud-Dienstleister Basisstrukturen wie Hardware, Betriebssystem und Netzwerk standardisiert zur Verfügung stellt. Unter Umständen werden sogar die Applikationen vom Dienstleister verwaltet und ermöglichen dem Industrieunternehmen einen deutlich stärkeren Fokus auf seine Kernkompetenzen. Dies gilt unabhängig von der Unternehmensgröße, der Anzahl bestehender Server und der Datenmenge. Langfristig werden aber nur diejenigen erfolgreich sein, die innerhalb der einzelnen Ökosysteme zusammen-, statt gegeneinander arbeiten. Der Trend proprietäre Plattformen zu etablieren ist rückläufig. Unternehmen gehen mittlerweile dazu über Cloud-Lösungen zu suchen, die ihnen den größten Mehrwert bieten – dabei wird auch gezielt die Zusammenarbeit mit Wettbewerbern gesucht. Das Ziel: Dienstleistungen, rund um ein Produkt entwickeln, die sich von allen Beteiligten nutzen lassen.
Im Zuge des Digitalisierungstrends hat sich die Cloud in den letzten Jahren zu einem Alltagsprodukt mit stetig sinkenden Preisen entwickelt – auch dank eines vielfältigen Angebots von Cloud-Services. Hintergrund ist zum einen der Aufbau großer Datenzentren und zum anderen die zunehmende Standardisierung durch Anbieter wie Microsoft, IBM, Amazon und Google. Dennoch möchten viele Unternehmen, vor allem in produzierenden Industriesegmenten, Cloud-Services nach wie vor nicht für ihre Geschäftsprozesse einsetzen. Der Trend Report „Elektro- und Informationstechnik 2015“ des VDE zeigt, dass Zweifel an IT Sicherheit eine wesentliche Barriere für Cloud Services bilden – sowohl für das heutige Geschäft als auch für Industrie 4.0. Das bestätigt auch Bernd Steinkühler, Geschäftsführer des Correct Power Institute in Bochum, einem Planungsdienstleister für Rechenzentren: „In vielen Unternehmen hat sich ein Misstrauen gegen eine übermäßige Vernetzung breitgemacht. Die Skepsis ist jedoch oft größer als die Gefahr selbst.“
Dennoch sind Sicherheitsbedenken nach wie vor das größte Hemmnis für die Nutzung von Cloud-Technologien und Industrie 4.0 macht IT Security zunehmend komplex. „Beim Thema Sicherheit wird oftmals nur der Aspekt der Vertraulichkeit berücksichtigt: Die durch den Gesetzgeber als ‚zu schützen‘ definierten Informationen wie personenbezogene Daten sollen vor unerwünschtem Zugriff bewahrt werden. Doch mit Blick auf Industrie 4.0 und ihre massive Informationsdichte sowie informationstechnische Vernetzung, steht vermehrt der Schutz des unternehmenseigenen Know-hows, wie Produktinformationen und Maschinenkonfigurationen, im Fokus“ so Steinkühler weiter. Diese Alleinstellungsmerkmale zu schützen bildet die zentrale Randbedingung für die Nutzung von Cloud-Diensten in der Produktion – ohne Prozesse und Qualität zu beeinträchtigen. Das spiegelt sich auch im VDE-Report 2016 wieder: 58 Prozent der befragten Unternehmen gaben an, unberechtigten Zugriff auf sensible Unternehmensdaten zu befürchten. 45 Prozent nannten das Risiko eines Datenverlusts als Grund für die erhöhte Skepsis.
Bernd Steinkühler
Geschäftsführer Correct Power Institute
Mit der totalen Vernetzung muss daher zweifellos jeder digitalisierte Unternehmensbereich entsprechende Sicherheitskonzepte einrichten. Die Sicherheit liegt nicht mehr nur im Zuständigkeitsbereich der IT-Abteilung, sondern muss ganzheitlich gedacht werden. Die Herausforderung Cloud-Strukturen in Produktionsprozessen einzuführen ist nicht technologischer Natur, sondern eine strategische Frage. Es sollte daher ein Weg gewählt werden, der es möglich macht, die Vorteile der Cloud-Technologie zu nutzen, ohne ein starkes Sicherheitsverständnis aufgeben zu müssen.
Cloud-Connectivity
Cloud-Lösungen setzen sich auch in der Industrie immer stärker durch. Sie dienen als Bindeglied zwischen realer und digitaler Welt und vereinfachen eine standortübergreifende Vernetzung.
Wandlungsfähigkeit
Industrie 4.0 meistern: Neben neuer Technologie müssen Unternehmen bei Industrie 4.0 auch an neue Geschäftsmodelle denken. WAGO unterstützt Sie beim Wandel mit Produkten und Lösungen nach Maß.
Cyber-Security
Im Zuge der Digitalisierung müssen die Produktionsdaten erhöhten Schutz genießen. WAGO unterstützt Sie mit smarten Produkten und Lösungen bei der Sicherung wertvoller Daten.
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