IPL-Magazin 26 | Januar 2014 | Autor: Dipl-Ing. Theo Muffert


Schlaglicht auf eine aktuelle Entwicklung

Deutschland ist eines der führenden Länder der Welt im verarbeitenden Gewerbe. Der Wohlstand der Bevölkerung basiert u. a. auf prosperierenden Branchen wie dem Maschinen- und Anlagenbau, der Elektrotechnik und nicht zuletzt des Automobilbaues.

 

Autor: Dipl.-Ing. Theo Muffert

Historische Entwicklung der Organisationsstrukturen

Im internationalen Vergleich mit Staaten der westlichen Welt, lohnt eine volkswirtschaftliche Betrachtung im Hinblick auf die Verteilung des jeweiligen BIP’s auf die Branchen. Während in Deutschland das verarbeitende Gewerbe, also die Herstellung realer Gegenstände mit über 21 % (2008) am BIP beteiligt war, kommen Staaten wie z. B. UK, Frankreich und Italien nur auf ca. 15 % mit weiter abnehmender Tendenz. Dies führte dazu, dass 2009 Deutschland zwar zunächst von der Wirtschaftskrise stärker als die übrigen EU-Länder betroffen war, bei dem später einsetzenden wirtschaftlichen Aufschwung aber überproportional profitierte, was sich bis heute, 2013 eindrucksvoll zeigt.

Die technischen Entwicklungen in der Vergangenheit haben eine interessante Geschichte: Wir sprechen heute von industriellen Revolutionen.

REVOLUTION 1
hat im 18. Jahrhundert mit der Erfindung der Dampfmaschine stattgefunden. 1705 erhielt Mr. Th. Newcomen ein Patent auf eine atmosphärische Dampfmaschine mit besonderem Dampfkessel. Diese Erfindung hatte nicht nur zur Folge, dass physische Arbeit nicht mehr von Tieren oder Menschen verrichtet werden musste, sondern dass die Ansiedlung von Industriebetrieben nicht mehr zwingend von vorhandenen Wasserläufen abhängig war. Die Nutzung der Wasserkraft war bis dahin die einzige bekannte energetische Quelle außerhalb der menschlichen oder tierischen Muskelkraft.

REVOLUTION 2
fand im 20. Jahrhundert statt. Henry Ford 1. führte 1912 die Massenproduktion in der Automobilindustrie ein. Mit Hilfe von elektrischer Energie wurden Produktionsanlagen arbeitsteilig organisiert und betrieben. Im Laufe der Jahre wurden neue Fertigungstechnologien und im Bereich der Handhabungstechnik das industrial engineering erfunden.
 
REVOLUTION 3
Entwicklung und Einsatz von Elektronik und IT zur Automatisierung der Produktion Anfang 1970er Jahre. Dieses Zeitalter ist unter dem Begriff CIM, Computer Integrated Manufacturing bekannt geworden. CIM hatte das Ziel, mit Hilfe eines informationstechnischen Datenmodells die Produktionsabläufe transparent zu machen. Darüber hinaus wurde versucht, kaufmännische und technische Systeme zu einem integrierten Informationssystem zu vernetzen. Dieses Vorhaben musste aber scheitern, weil die IT keine geeignete Technologien für die Realisierung hatte.

REVOLUTION 4 (INDUSTRIE 4.0)

Der Beginn wird vermutlich von den Zeitzeugen, auf 2010 datiert werden. Diese Entwicklung, die eigentlich evolutionären Charakter hat, ist ohnehin nicht auf ein Datum festzulegen. Es handelt sich dabei vielmehr um einen Vorgang, der in einem geschätzten Zeitraum von 10 (optimistisch) oder 20 (pessimistisch) geschätzten Jahren Produktionssysteme hervorbringt, die mit Hilfe von CPS (Cyber-physischen Systeme) sich selbst steuern. CPS sind mit einer eigenen, dezentralen Steuerung versehene, intelligente Objekte, welche in einem Internet der Daten und Dienste miteinander vernetzt sind und sich selbständig steuern.

Zu der Terminologie der Begriffe muss angemerkt werden, dass man im Nachhinein betrachtet nur den Begriff „Revolution“ gewählt hat, um die Großartigkeit und Bedeutung der Entwicklung für die gesamte Menschheit hervorzuheben.

Was die Industrie 4.0 anbetrifft, so verfügen wir bereits seit einiger Zeit über technische Einrichtungen mit intelligenten Steuerungen, die als autonome Systeme arbeiten. Die eigentliche aktuelle Neuigkeit ist die Zusammenarbeit der autonomen Systeme in einem homogenen Netz. In letzter Konsequenz heißt das, dass Produkte mit Hilfe von begleitenden entsprechenden Datenträgern vollautomatisch hergestellt werden können. Es kommt zum Informationsaustausch zwischen Halbzeug und Maschine(n) bis zur Fertigstellung des Produktes. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um ein oder viele tausend Teile handelt – ein Nebeneffekt, der heute oftmals als wirtschaftliches k.o-Kriterium gilt. Soweit die vereinfacht dargestellte Zielvorstellung. Auf dem Weg dorthin gibt es allerdings noch einige Hürden, die man klassifizieren kann. So muss z.B. die „Sprache“, in der Werkstück und Maschine miteinander kommunizieren, vereinheitlicht werden. Bei der Vielzahl der Programmiersprachen und der Eigenheiten der Entwickler ist das sicherlich keine einfach lösbare Aufgabe. Darüber hinaus muss festgelegt werden, wie miteinander vom zeitlichen Ablauf her konkurrierende Fertigungsaufträge zu behandeln sind.

Die größte Herausforderung stellt allerdings die Durchführung der Aufgaben dar, die wissensbasierte Kenntnisse und vor allem Entscheidungen beinhalten. Es können eine Vielzahl von Arbeiten zunächst virtuell erprobt werden. Die Auswahl aber, welche Variante letztendlich zur Ausführung kommt, kann nicht immer eine Software entscheiden.

Eines der größten Probleme aber, die wir bei unseren Planungen immer wieder haben, ist die Datensicherheit. Bei den wenigsten unserer Kunden sind z. B. Stücklisten vollständig und up to date. Die Lagerverwaltung ist in fast allen Fällen fehlerhaft. Daten dieser Art lassen sich unter dem Oberbegriff „Infrastruktur“ zusammenfassen, die für eine wirtschaftliche industrielle Auftragsabwicklung von grundsätzlicher Bedeutung ist. Bei einer Befragung gaben 51 % deutscher Industrieunternehmen an, dass die Produktionsdaten eine schlechte Qualität haben. Übertragen auf Industrie 4.0 würde die Infrastruktur bedeuten, dass eine Fabrik zunächst einmal virtuell erfasst werden muss. Um diesen Aufwand abzuschätzen, sei ein Beispiel genannt: Bei Volkswagen geht man davon aus, dass allein die Erfassung aller Daten, um das Autowerk Wolfsburg virtuell abzubilden, bis zu 3 Jahre in Anspruch nimmt. Im Gegensatz dazu sind sicherlich Insellösungen möglich. So zum Beispiel die virtuelle Produktentwicklung, die allerdings so konsequent virtuell durchgeführt werden muss, dass die gesamte Dokumentation durchgängig sein muss. Das betrifft nicht nur den konstruktiven Teil der Entwicklung sondern auch Prüfbereiche wie z. B. Crashtests.

In den weiteren Beträgen des IPL Magazins wird noch detailliert auf die einzelnen Probleme bei der Realisierung von Industrie 4.0 eingegangen. Dieser Beitrag will die aktuelle Entwicklung aus makroökonomischer Sicht beleuchten. Was veranlasst uns zu der Ansicht, dass Industrie 4.0 und damit die Herstellung von realen Produkten, für uns von eminenter Bedeutung ist. In seinem Buch „Makers“ beziffert Chris Anderson das Potenzial: Geschätzte 20 Billion Dollar Erträge (weltweit) erwirtschaften die Digitalwirtschaft und verwandte Bereiche nach Angaben von Citibank und Oxford Economics. Die Wirtschaft jenseits des Web bringt es nach derselben Schätzung auf etwa 130 Billionen Dollar. Mit anderen Worten: Die Welt der Atome ist immer noch fünfmal größer als die Welt der Bits.

Die Entwicklung sich selbst steuernder Produktionsvorgänge und damit verbundener Materialver- und –entsorgung hat erst begonnen. Die heutigen Möglichkeiten, die wir zur Konstruktion von homogenen interaktiven Netzwerken haben, sind umfassend. Sie ermöglichen immer wieder neue Kombinationen und damit Lösungsansätze für Detailaufgaben. Experten sind sich jedoch einig, dass ein mittelmäßig begabter Schüler aus der Grundschule eine höhere Intelligenz als jede zur Zeit denkbare Rechnerkonfiguration hat, weil die menschliche Sensorik einmalig ist.