„Vom Produktionsarbeiter zum kreativen Schöpfer.“

„Vom Produktionsarbeiter zum kreativen Schöpfer.“
Marginale Spalte
Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke

Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke
ist Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Sein Fokus liegt auf Automatisierungstechnik und mechatronischen Systemen, die durch interdisziplinäre Entwicklung und ganzheitliche Optimierung dem Wohl des Menschen dienen.

Copyright Photo: FAPS

Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke

M. Sc. Hans Fleischmann
ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. In seiner Dissertation beschäftigt er sich mit Design und Implementierung von cyberphysischen Produktionssystemen im Anwendungsfeld der technischen Diagnose.

Copyright Photo: FAPS

Inhalt

November 2017

 

Wie sieht die Zukunft der Vernetzung in der Fabrikautomation aus? Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke und M. Sc. Hans Fleischmann sprechen über den aktuellen Stand, die größten Veränderungen und die Rolle des Menschen.

Wie sehen Sie den aktuellen Stand der Digitalisierung in der Industrie?

Franke: Für uns als Fertigungsautomatisierer sind die Themen Digitalisierung und Vernetzung nicht neu. Wir haben in den Fa­briken heute Automatisierungstechnik, die zwar digitalbasiert, aber oftmals über proprietäre und geschlossene Feldbussysteme vernetzt ist. Neu ist die Verbreitung von serviceorientierten Architekturen und Internettechnologien in der produzierenden Industrie, die sich im Spannungsfeld zwischen Informations- und Automatisierungstechnologie befinden. Es geht primär darum, ergänzende digitale Services in Wertschöpfungsnetzwerken zu entwickeln, die einen Mehrwert für industrielle Produktion bedeuten und eine weitere Effizienzsteigerung erlauben.

Wie unterscheidet sich die Entwicklung in den Regionen weltweit?

Franke: Inzwischen haben viele Nationen eigene Digitalisierungsinitiativen gestartet: Industrie du Future in Frankreich oder Industrial Internet Consortium in den USA. Deutschland ist mit der Plattform Industrie 4.0 im Vergleich führend. Wir haben bereits tragfähige Konzepte, wie ein Referenzarchitekturmodell und Umsetzungsstrategien wie die Industrie 4.0-Komponente. Auch was die Implementierung angeht sind wir vielleicht schon etwas weiter als beispielsweise die Amerikaner oder Asiaten. Dort fehlen oft die Antworten darauf, wie Referenzarchitekturen konkret umzusetzen sind. In diversen BMBF-geförderten Forschungsprojekten, wie dem Projekt PRODISYS entwickeln wir derzeit an unserem Institut digitale Plattform-Ökosysteme, die physikalische Produkte um ergänzende Dienstleistungen ergänzen.

In welchen Bereichen gibt es den größten Nachholbedarf?

Fleischmann: Wir schleppen einen alten Stand an Ausrüstung mit, der berücksichtigt und migriert werden muss. Bei neuen Systemen sind wir schon relativ weit. Wenn wir uns beispielsweise die Produkte von Rexroth anschauen, dann haben wir hinsichtlich der Rechenplattformen und Kommunikationsstandards viele Möglichkeiten für die Realisierung von ergänzenden internetbasierten Services der Industrie 4.0. Uns fehlen allerdings die Weiterbildungskonzepte. Denn der klassische Maschinenbauer wird sich in Zukunft auch verstärkt mit Fragestellungen beschäftigen müssen, die in das Umfeld der Informationstechnologie einzuordnen sind. Wir als Universität bieten in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Industrie entsprechende Weiterbildungsprogramme an.

Müssen in den kommenden Jahren die bestehenden Maschinenparks durch neue ersetzt werden?

Fleischmann: Grundsätzlich muss man hier zwischen Brownfield- und Greenfield-Szenarien unterscheiden: Reden wir über existierende Produktionssysteme, die aufgerüstet werden sollen oder über von Grund auf neu zu planende Produktionssysteme. Für die Brownfield-Integration bietet Rexroth den WebConnector, der die Automatisierungsumgebung mit stationären und mobilen Endgeräten webbasiert verbindet. Ich meine, hier entscheidet der ROI: Welchen Mehrwert bringt der Einsatz einer spezifischen Technologie, wenn ich ein existierendes System ersetze bzw. nachrüste?

Faktor Unternehmensgröße: Sind KMU bei der Digitalisierung im Nachteil?

Franke: Ja, das würde ich behaupten. Bosch – ein Unternehmen, dass ganz massiv im Internet der Dinge-Bereich investiert – hat natürlich ganz andere Möglichkeiten, als der typische KMU-Maschinenbauer mit 100 bis 200 Mitarbeitern. Wir haben aber durchaus hilfreiche Förderprogramme in Deutschland, um I4.0 auch bei KMUs zu realisieren. Erfahrungsgemäß wird nicht jedes KMU gefördert werden, aber es gibt zumindest die Chance, über Forschungsprojekte innovative Ideen voranzutreiben. Am FAPS haben wir bereits einige Projekte gestartet, in denen wir mit KMU zusammenarbeiten und sie auf dem Weg der Digitalisierung begleiten. Dies betrifft im Speziellen die Entwicklung von Cyber-Physischen Produktionssystemen, die hochgradig skalierbar sind und sich über Selbstorganisationsaspekte selbst diagnostizieren und optimieren.

Müssen KMU da kreativere Lösungen finden?

Franke: Ja, wir sehen heute, dass sich zum Beispiel im Bereich der IT viele Start-ups etablieren. So etwas wird auch in den kommenden Jahren bei KMU der Maschinenbaubranche zu beobachten sein.

Die Konsumgüterindustrie ist im Digitalisierungsgrad reifer als die Investitionsgüterindustrie. Wird sich dieser Vorsprung nivellieren?

Franke: Die Konsumgüterindustrie hat den Vorteil, dass sie mit relativ wenigen Varianten jongliert – denken Sie an Smartphones oder automatische Rasenmäher –, die sie in großer Stückzahl verkauft. In der Investitionsgüterindustrie haben wir oftmals individualisierte Produkte in sehr heterogenen Systemen. Hier besteht ein Produktionssystem aus einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, Aktoren, Feldgeräten und IT-Systemen. Das ist eine ganz andere Komplexität. Aber die Investitionsgüterindustrie ist durchaus Vorreiter für Dinge, die sich in der Konsumgüterindustrie erst später durchsetzen. Ein Beispiel ist die Simulationstechnologie. Ich glaube aber, dass sich durch Industrie 4.0 die Digitalisierungsniveaus der beiden Felder angleichen werden.

Auf welchem Gebiet sind bei der Vernetzung die größten Schritte zu erwarten?

Fleischmann: In der Software haben wir schon einen guten Stand erreicht. Mithilfe von Softwareentwicklungskits können Sie heute leicht semantisch einheitlich beschriebene und serviceorientierte, Internet-der-Dinge-­fähige Schnittstellen etablieren. Im Bereich der Hardware müssen wir kompakter werden und beispielsweise Sensorik direkt in mechanische Komponenten integrieren. Im FAPS-Forschungsprojekt PreSense beschäftigen wir uns damit, Sensorik nahtlos zu integrieren und Leiterbahnen aufzudrucken. Idealerweise versorgen wir integrierte Komponenten über Energy Harvesting mit der benötigten Energie und lassen sie über passende Kommunikationsstandards wie Bluetooth LE kommunizieren. Da müssen wir aber in der industriellen Praxis einen großen Schritt nach vorne gehen.

Welche Rolle wird der Mensch in einer vernetzten Produktionsumgebung spielen?

Franke: Ganz grundsätzlich: Der Mensch wird nicht aus der Fertigung verschwinden. Das bedeutet nicht, dass der Automatisierungsgrad nicht weiter steigen wird. Aber es wird neue Konzepte wie die Mensch-Roboter-Kollaboration geben, die dazu führen, dass der Anteil an manueller Arbeit weiter zurückgeht. Die Rolle des Menschen wird sich daher wandeln: vom Produktionsarbeiter zum kreativen Schöpfer und Gestalter. In Erlangen bearbeiten wir beispielsweise das Projekt S-CPS, in dem wir ein Ressourcen-Cockpit für sozio-cyberphysische Systeme in der Instandhaltung erstellen. Hier geht es darum, Freiheitsgrade festzulegen: Was wird durch das intelligente System gemacht und wie kann der menschliche Input genutzt werden, um beispielsweise Klassifikations- und Diagnosefähigkeiten im Produktionssystem zu verbessern? Wie kann ich den menschlichen Erfahrungsschatz und seine kognitiven Fähigkeiten im Einklang mit entstehenden cyberphysischen Produktionssystemen nutzen? Auf dieser Basis ist eine weitere Automatisierung von Planungstätigkeiten möglich.

Vernetzung geht ja auch über Unternehmensgrenzen hinaus. Wie verträgt sich das mit der Datensicherheit?

Franke: Wenn wir über Vernetzung, Wertschöpfungsnetzwerke und Traceability sprechen, dann wird das zwangsläufig mit einem erhöhten Datenaustausch einhergehen. In Abhängigkeit von der Anwendung und der Privatsphäre muss definiert werden, welches Maß an Datensicherheit wirklich notwendig ist. Ansonsten unterstützen heute schon viele Technologien Aspekte der Datensicherheit. Wir haben zertifizierte Verschlüsselungsmechanismen, die uns dabei helfen, Daten sicher auszutauschen, und neue Konzepte wie Blockchain, die ihren Weg aus der IT in die Fertigung finden. Insgesamt muss aber auch die Gesetzgebung den Unternehmen bei den Herausforderungen im Bereich des Data Ownership zur Seite stehen und industrieverträgliche Lösungen in einen rechtssicheren Rahmen bringen. Am FAPS etablieren wir hier im Bereich der Electronic Manufacturing Services (EMS) Konzepte und Systeme, die eine effiziente, hochgradig vernetzte Zusammenarbeit ermöglichen. Zum Beispiel, damit EMS-Firmen mit ihrer Kleinstserienproduktion stärker mit großen Unternehmen zusammenarbeiten können.