Blog Wie Sie jetzt die ersten Schritte in Richtung Industrie 4 Punkt 0 einleiten Teil 3 der Serie Matthias Weinmann BESUCHEN SIE UNS AUF... Matthias Weinmann 08. Dezember 2015 15:33 Technologie Internet of Things in der Fabrik Eine Regel der digitalen Transformation lautet: "Was verbunden werden kann, wird verbunden werden!" - Aber warum sollte alles verbunden werden? - Es gibt viele Beispiele. Vom Produkt, das die Maschinen anweist, wie es zu bearbeiten ist oder dem Lager, das automatisch beim günstigsten Artikelanbieter bestellt. Die hauptsächliche Antwort ist jedoch, dass viele glauben, dass mit dem Internet der Dinge ein gewaltiges Marktpotenzial gehoben werden kann. Man könnte den Erfolg der Vernetzung auch als eine Self-Fulfilling-Prophency bezeichnen. Je mehr daran glauben, je schneller wird die Vernetzung erreicht und je schneller die Vernetzung erreicht wird, desto schneller werden sich Erfolge einstellen und Innovationen aufzeigen. Es wird evolutionäre Weiterentwicklungen und revolutionäre Innovationen geben. In Summe wird es anders als es heute ist. Aber der Reihe nach... In den ersten beiden Teilen unserer Serie wurden bereits verschiedene Auswirkungen der Digitalisierung diskutiert. Lassen Sie mich auf den Punkt "Bis 2020 werden 50 Milliarden Geräte mit dem Internet verbunden sein... Gehen Sie davon aus, dass dazu auch ihre Produktionsstraße gehört " im Folgenden etwas genauer eingehen. Was ist das Internet of Things? Das Internet der Dinge (Internet of Things IoT) ist eine Bezeichnung die 1999 von Kevin Ashton geprägt wurde. Sie basiert auf einer Vision in welcher in einem informationstechnisch vernetzten System autonom agierende Gegenstände und Prozesse zu einer wachsenden Verschmelzung physischer Dinge mit der digitalen Welt des Internets führen. Im Projekt Industrie 4.0 der Bundesregierung, welches unter anderem die Digitalisierung der Fabrik zum Ziel hat, bildet das IoT eine wichtige Basis. Das Konzept der Vernetzung ist ein Kernelement. Physische Gegenstände Matthias Weinmann ist seit 2004 bei Daimler TSS und ist aktuell als Requirements Engineer im Team Smart Factory tätig. Momentan steht bei ihm das Thema Industrie 4.0 und die Digitalisierung der Produktion im Fokus. Nach einem Studium der technischen Informatik an der Fachhochschule Ulm begann er als Software Engineer im Bereich Produktdatenmanagement bei TSS. Dort entwickelte er Lösungen im Umfeld des Stücklistenmanagements. Neben den Entwicklungstätigkeiten richteten sich danach seine Tätigkeiten auf organisatorische Aspekte der Projektabwicklung. In der der Rolle des Requirements Engineer war er innerhalb der TSS-internen Kompetenzgruppe für die Prozesse und Etablierung des Themengebiets Requirements Engineering tätig. Durch den Erwerb eines MBA in Betriebswirtschaft sind für ihn dabei auch zunehmende betriebswirtschaftliche Fragestellungen in den Fokus gerückt. Methodisch sind für ihn vor allem agile Vorgehensweisen zur Durchführung von Projekten spannend. Besonders stehen dabei gerade Ansätze, wie Design Thinking im Fokus, die es erlauben neue innovative Lösungswege zu gehen und kreative Ideen zu entwickeln. Innovation Mitarbeiter Technologie Unternehmen
und Prozesse haben einen digitalen Repräsentanten (digitaler Zwilling) und gleichen kontinuierlich Informationen zwischen digitaler Welt und physischer Welt ab und charakterisieren sich durch eine zunehmende Selbstorganisation. Die Plattform Industrie 4.0 hat für die Umsetzung der Vernetzung das Konzept der Verwaltungsschale entworfen. Diese ist ein Konzept welches einem physischen Gegenstand in der realen Welt ein virtuelles Abbild in der digitalen Welt gegenüberstellt. Das virtuelle Abbild enthält dabei die Identifikation, die Beschreibung des Gegenstands, wie Eigenschaften und Funktionalitäten sowie Zustandsinformationen und die Möglichkeit dem Gegenstand Anweisungen zu geben bzw. Services zu nutzen. Ein physischer Gegenstand zusammen mit seiner virtuellen Repräsentation wird als I4.0-Komponente bezeichnet. Für die Steuerung eines Fertigungsprozesses stellt sich nun die Frage, wie viel Intelligenz steckt in einer I4.0-Komponente? Wer steuert dabei wen um ein Ziel zu erreichen? Das Konzept des IoT lässt dabei jeglichen Grad der Steuerung von zentral zu völliger Dezentralität offen. Einerseits kann eine I4.0-Komponente über eine zentrale Steuerung gesteuert werden. Das virtuelle Abbild gibt dabei der zentralen Steuerung Informationen zurück, auf welche diese eine Entscheidung treffen kann. Auf der anderen Seite kann die Fähigkeit Entscheidungen zu treffen, auch in der I4.0-Komponente selbst verankert werden. Das Objekt kann selbstständig andere I4.0-Komponenten suchen, welche für die Ausführung eines nächsten Prozessschritts die notwendigen Eigenschaften und Funktionen mitbringen. Andere I4.0-Komponenten könnten wiederum die Fähigkeiten weiterer I4.0- Komponenten nutzen. Eine zentrale Steuerung würde es nun nicht mehr geben. Jede I4.0-Komponente würde selbst entscheiden, was zum Erreichen des Produktionsziels notwendig ist. Der intelligente Gegenstand ist in der Produktion angekommen. Welchen Einfluss hat das IoT auf die Fabrik? Das IoT innerhalb einer Fabrik wird im Projekt Industrie 4.0 oft durch ein cyberphysiches System (CPS) charakterisiert. Die "Forschungsagenda CPS" gibt folgende Erläuterung für ein CPS: Cyber-Physical Systems (CPS) sind gekennzeichnet durch eine Verknüpfung von realen (physischen) Objekten und Prozessen mit informationsverarbeitenden (virtuellen) Objekten und Prozessen über offene, teilweise globale und jederzeit miteinander verbundene Informationsnetze. Ein Vergleich zwischen der Definition des IoT und eines CPS zeigt eine gewisse Ähnlichkeit. Unterschiede ergeben sich bei genauerer Betrachtung bei den Zielsetzungen. Während das IoT
auf die Technik zur Herstellung einer Vernetzung fokussiert, zielt ein CPS auf die Wertschöpfung durch Vernetzung ab. In Verbindung mit einer Fabrik hat sich zudem der Begriff eines cyberphysischen Produktionssystems (CPPS) entwickelt. Dieses charakterisiert die Vision von adaptiven, sich selbst konfigurierenden und teilweise selbstorganisierenden, flexiblen Produktionsanlagen. Für die derzeitige vertikale Integration in produzierenden Unternehmen wird für gewöhnlich die Automatisierungspyramide zur Erklärung herangezogen. In ihr werden einzelne Ebenen von der Fertigung über die Fertigungssteuerung bis zur Unternehmensleitebene zusammengefasst. In jeder Ebene ist definiert welche Aufgaben wahrgenommen werden und welche zeitlichen Restriktionen dabei bestehen. Ziel der Strukturierung des Netzes in einem CPPS ist es Daten, Dienste und Funktionen dort zu halten, abzurufen und auszuführen, an welcher Stelle es im Sinne einer flexiblen, effizienten Entwicklung und Produktion (inkl. Entwurf und Engineering), Steigerung von Produktqualität, Verfügbarkeit, Wirkungsgrad und Stabilität der Prozesse den größten Vorteil für das Unternehmen bringt und das wird nicht länger notwendigerweise auf den klassischen Automatisierungsebenen sein. Für die Zukunft kann dies bedeuten, dass sich das Abbild, der in den Fabriken realisierten Automatisierungspyramide, durch die Einführung von vernetzten, intelligenten Objekten, schrittweise auflöst. Dienste, Daten und Hardwarekomponenten können auf beliebige Knoten des entstehenden Netzes verteilt werden und bilden somit abstrakte funktionale Module, aus denen sich das zukünftige Automatisierungssystem aufbaut. Zusätzlich zu den Automatisierungssystemen wird sich die Digitalisierung auch auf den Produktionsfaktor Arbeitsleistung durch den Menschen auswirken. Das IoT wird auch seine Arbeit verändern. Dabei werden wir die menschenleere Fabrik genauso wenig in naher Zukunft erleben, wie das papierlose Büro, das uns schon lange versprochen wird. Die Kernherausforderung wird es sein den Menschen in das Netz zu integrieren. Themen die hierbei eine große Rolle spielen werden sind z.b. wie mit dem Thema demographischer Wandel umgegangen wird. Es gibt immer mehr ältere Menschen mit sehr viel Know-how zur Produktion, die körperlich nicht mehr in der Lage sind, schwere Tätigkeiten zu unternehmen. Wie werden das Wissen und Fähigkeiten der jeweiligen Mitarbeiter sinnvoll in das Netz weitergegeben? Wie werden diese Menschen in die Produktion eingebunden sein? Sicherlich wird es hierzu ganz neue Formen von Interaktionsmechanismen (z.b. Wearables, Datenbrillen, ) und Gerätschaften (z.b. Leichtbaurobotik, Exoskelette) geben, wenn die Dinge miteinander vernetzt sind und ein CPPS geschaffen wird, in dem der Mensch ein Teil ist. Einerseits müssen Informationen von Mensch aufgenommen und verarbeitet
werden können und andererseits müssen Entscheidungen dem Netz mitgeteilt werden. Eine provokative Frage könnte nun lauten: Wird ein Mensch zum Ding mit Verwaltungsschale? Was können Sie heute schon tun? Technologie kommt ein wesentlicher Stellenwert bei der gesamtwirtschaftlichen Entwicklung zu Gute. Jede industriell entwickelte Nation gründet ihren Erfolg auf den technologischen Errungenschaften die über die Zeit erreicht wurden. Mit dem IoT wird zunächst keine neue Technologie eingeführt. Es werden jedoch bestehende technologische Entwicklungen konsequent in neuen Anwendungsfällen genutzt. Dies ist also mehr Evolution als Revolution. Denken Sie dabei zum Beispiel an ihr Mobiltelefon heute und vor 5 Jahren. Sie telefonieren immer noch damit, aber surfen, machen Fotos oder bezahlen auch. Die technologische, revolutionäre Entwicklung bestand darin, ein Ding bereitzustellen welches neben dem Telefon auch das Internet nutzen konnte und somit vernetzt war. Die Anwendungsfälle Surfen, Bezahlen, Einkaufen, Suchen, Social Media usw. wurden allesamt darauf aufbauend entwickelt. Wenn man die reine Weiterentwicklung der Hardware betrachtet, so zeigen sich heute Möglichkeiten den Puls zu messen oder sich per Fingerabdruck zu identifizieren. Pulsmesser und Fingerabdrucksensor gibt es jedoch schon lange. Die Weiterentwicklung diese innerhalb von Anwendungsfällen auf dem Smartphone zu nutzen unterstreicht dabei die Fähigkeit zur technologisch evolutionären Weiterentwicklung. Mit dem IoT wird es sich ähnlich verhalten. Technologien, wie Hard- und Software, sind verfügbar und können genutzt werden. An vielen Stellen geschieht dies auch heute schon. Die Herausforderung für ein Unternehmen besteht darin nutzenstiftende Anwendungsfälle zu identifizieren und diese konsequent umzusetzen und zu lernen. Derjenige der sich beim Einsatz von IoT einen tech-nologischen Vorsprung erarbeitet wird im Wettbewerb einen Vorteil haben. Ihr Wettbewerber macht sich sicher schon seine Gedanken bzw. setzt Anwendungsfälle um. Eine zentrale Frage ist hier also, welche Technologien können heute schon für einen nutzenstiftenden Einsatz in ihrer Produktion eingebracht werden, um das Zeitalter des IoT bei Ihnen einzuläuten und damit ihre Wettbewerbsvorteile zu sichern? Was sie also tun können : - Es gibt ein grobes Bild von Einsatzmöglichkeiten und Anwendungsfällen der digitalen Technologien rund um das Internet of Things, welches allerdings nicht vollständig ist und sicher nicht in letzter Konsequenz auf Ihr Unternehmen passt. Daher sollten Sie so schnell wie möglich verschiedene Pilotprojekte beginnen mit dem Ziel die für sie nutzenstiftenden Anwendungsfälle zu identifizieren. Starten Sie diese jetzt!
- Für eine Evaluierung von Technologien gehen Sie auf IT-Spezialisten zu! Vieles von dem, was auf Ihre Produktion zukommt mit der Einführung des Internet of Things und der damit verbundenen Digitalisierung ist heute schon in der IT-Welt etabliert. Es gibt erprobte Vorgehensweisen und Technologien, die Sie nutzen können. Lernen Sie vom Know-how Ihrer IT-Lieferanten. Geben Sie den IT-Lieferanten andererseits die Möglichkeit sich in die Produktionswelt hineinzuversetzen und zu lernen. Es werden kreative und innovative Lösungen entstehen. - Innerhalb neuer Fabriken ("green field") lassen sich gut neue Konzepte integrieren aber wie steht es um die bestehenden Fabriken ("brown field")? Entwickeln Sie eine Strategie und ein Vorgehen (Migrationsplan) zur schrittweisen Einführung von technologischen Innovationen und damit zum Umbau ihrer bestehenden Produktion. Passen Sie diesen regelmäßig an, um die jeweils aktuellen Standards und technischen Entwicklungen berücksichtigen zu können. - Maschinen und Anlagen und die digitalen Technologien haben unterschiedliche Lebenszykluszeiten. Während Maschinen und Anlagen Laufzeiten von zehn bis 15 Jahren haben, liegen die disruptiven Innovationszyklen von digitalen Technologien wie Hard- und Software bei wenigen Jahren. Wie werden sie zukünftig Ihren Maschinen- und Anlagenpark auf dem neusten Stand der digitalen Technologie halten? Entwickeln Sie eine robuste, wandlungsfähige Informationsarchitektur für Ihre Produktion. Zusammenfassung Ausgehend von der Definition des Internet of Things wurde der Zusammenhang zur Produktion Ihres Unternehmens hergestellt. Es wurde erklärt, wie das Bild des IoT innerhalb des Projekts "Industrie 4.0" umgesetzt wird und Ihnen aufgezeigt, welche Auswirkungen dies auf die heutige Automatisierungspyramide hat. Zuletzt wurden Ihnen verschiedene Maßnahmen aufgezeigt, um sich aus heutiger Sicht im Wettbewerb behaupten zu können. Im nächsten Artikel unserer Serie werden wir der Frage nachgehen, wie sie die Flut an Daten und Informationen aus dem CPPS nutzenstiftend einsetzen können. Copyright 2016 Daimler TSS GmbH. Alle Rechte vorbehalten.