Marginale Spalte
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Detlef Zühlke

Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Detlef Zühlke ist Leiter des Forschungsbereichs Innovative Fabriksysteme am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und Initiator der Technologie-Initiative SmartFactory KL e.V. in Kaiserslautern. Gemeinsam mit Industriepartnern hat er die weltweit größte herstellerübergreifende Forschungs- und Demonstrationsplattform für smarte Technologien verwirklicht. Die Industrie-4.0-Anlage ist weltweit die einzige, die im Plug-and-play-Verfahren käufliche Komponenten funktionsfähig in einer Produktivumgebung verbindet. Die mittlerweile 40 Mitglieder der Technologie-Initiative arbeiten gemeinschaftlich und aktiv an der Weiterentwicklung und Realisierung der Vision Industrie 4.0.

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„Wir demonstrieren Machbarkeit.“

Inhalt

März 2016

 

Professor Detlef Zühlke beschäftigt sich seit 2005 mit Bausteinen für die intelligente Fabrik. Mit einer Demonstrationsanlage zeigt er am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, dass die Smart Factory machbar ist.

Professor Zühlke, was bedeutet für Sie die Smart Factory?

Die Smart Factory ist für mich das Herzstück all dessen, was unter dem Schlagwort Industrie 4.0 propagiert wird. Die intelligente Fabrik wird als Schlüsselelement den Industriebetrieb der Zukunft ausmachen und entscheidend die Wettbewerbsfähigkeit beeinflussen. Die Smart Factory bedeutet konkret, dass Fertigungsmodule zu autarken Objekten werden, die horizontal und vertikal vernetzt und mit neuen Steuerungswelten organisiert sind. Dabei kann jeder mit jedem kommunizieren und das Konzept Plug-and-play ist Realität.

Seit einer Dekade arbeiten Sie am Thema Smart Factory. Wie lautet Ihre Zwischenbilanz?

Die zehn Jahre relativieren schon mal das große Wort von der Revolution in der Fabrik. Auch dieser Erneuerungsprozess ist eine stetige Entwicklung. Trotzdem bin ich sehr zufrieden mit dem, was wir erreicht haben. Wir haben in der SmartFactoryKL eine funktionsfähige digitale Fertigung mit Modulen von unterschiedlichen Herstellern aufgebaut und demonstrieren damit Machbarkeit.

War der Weg bis zum heutigen Stand immer geradlinig?

Nein, wir haben auch gelegentlich die falsche Richtung eingeschlagen. Zu unseren Anfängen im Jahr 2005 beispielsweise galt Wireless als chic. „Prima“, dachten wir, „es geht auch ohne Kabel.“ Bis wir lernen mussten, welche Tücken mit Wireless rund um Frequenzband und sichere Funkstrecken verbunden sind. Ergebnis nach zwei Jahren Arbeit: zunächst zurück zum Draht. Wir haben auch zwischenzeitlich unsere Strategie geändert. Ein Beispiel: Mit den Smart Devices kamen 2008/09 die cyberphysischen Systeme auf, die ja als Komponentenverbund über eine Dateninfrastruktur kommunikationsfähig sind. Beide waren Bestandteile unseres selbst gebauten Demonstrators auf der Hannover Messe Industrie 2012 und 2013. Alles schön und gut, aber so richtig anwendbar war das Ganze noch nicht. Und wir kamen zur Erkenntnis, dass mit zu großen Veränderungsschritten alle Beteiligten überfordert sind. Dass sich rund um die Smart Factory der Engineeringbereich komplett ändern muss, darauf war niemand vorbereitet. Die mechanische und elektromechanische Integration von Anlagen ist eine sichtbare Notwendigkeit, aber wie kommt ein Produzent im Zuge dessen auch an Daten und Schnittstellen zur Überwachung, Planung, Steuerung und Simulation der herstellerspezifischen Produkte? Das gab den Anstoß, gemeinsam mit der Industrie die heute existierende Industrie-4.0-Versuchsanlage der SmartFactoryKL zu bauen. Wir haben bewusst Tempo rausgenommen, um alle mitzunehmen.

Was macht die SmartFactoryKL aus?

Wir vernetzen horizontal wie vertikal Module und Systeme von 16 verschiedenen Herstellern auf der Basis unserer gemeinsam erarbeiteten Standards. Und wir diskutieren nicht zu viel, sondern machen. Lassen Sie mich das am Beispiel erklären. Das Standard-Ethernet, das wir derzeit nutzen, ist eigentlich nicht industrietauglich. Für echte Realtime-Anwendungen ist es nicht geeignet. Deshalb begrüßen wir eine Initiative der Open DeviceNet Vendor Association. Mit der Optimization of Machine Inte-gration bietet sie ein offenes Maschinendatenmodell, das uns auf dem Weg zum industriellen Ethernet-Standard einen großen Schritt voranbringt. Durch die Zusammenarbeit mit Bosch Rexroth werden wir 2016 das neue Datenmodell in deren Produktionszelle integrieren. Ohne die bisherige Zusammenarbeit könnte so ein Ansatz nicht realisiert werden. Allein am Tisch zu sitzen und zu sagen, wir brauchen das, ist nicht der Weg, wie es funktioniert. Wir brauchen die Möglichkeit, gemeinsam etwas auszuprobieren, Fehler zuzulassen, Grenzen zu erkennen, um dann gemeinsam weiterzuplanen.

Mittlerweile gibt es auch erste Pilotanlagen in der Industrie. Wie stehen Sie dazu?

Viele Firmen spüren den Druck und wollen weiterkommen. Sie sehen aber gleichzeitig, dass der Markt nichts bietet, was man kaufen kann. Also handeln sie. So wie Bosch Rexroth mit der Multiproduktlinie in Homburg machen es auch andere Unternehmen und gehen erste Schritte. Mit den unterschiedlichsten Ansätzen. Aber das ist ganz normal in diesen frühen Jahren. Und selbst wenn eine reine Teileverfolgung und Steuerung via RFID noch keine Smart Factory ist – jeder Anfang ist ein wichtiger und richtiger erster Schritt.

Taugen die lokalen Leuchttürme als Blaupause für den globalen Roll-out?

Selbstverständlich. Was sich zum Beispiel bei Bosch Rexroth in Homburg bewährt hat, könnte durchaus als Vorbild für ein Werk in den USA oder in China dienen – mit entsprechenden Adaptionen vor Ort. Entscheidend ist das reibungslose Zusammenspiel der Komponenten. Dabei wird es in komplexen Szenarien auch zukünftig nicht so sein, dass allein die Produkte die Produktion steuern – ohne jede zentrale Instanz. Das funktioniert nur für einfach gestrickte Produkte mit geringer Fertigungstiefe. Anders ist das bei komplexen, variantenreichen Produkten. Der Hersteller kann ja nicht plötzlich unendliche Bestände an der Linie aufbauen, der Prozess muss geplant sein. Zentral. Dezentral erfolgt dann die Feinjustierung.

Schauen wir nach vorn: Was sind die großen Herausforderungen?

Wir brauchen weltweite Standards. Aber leider wird uns die babylonische Sprachverwirrung rund um Kommunikationsprotokolle meiner Einschätzung nach noch eine Weile begleiten. Auch bei Security und Safety müssen wir noch viel tun. Sowohl in puncto Datensicherheit und Schutz gegen Cyberkriminalität als auch in puncto Betriebssicherheit. Dazu gibt es noch zu wenige Aktivitäten. Wir müssen vor allem raus aus den akademischen Zirkeln und in Produkten denken. Denn auch Sicherheit braucht einen Engineeringprozess. Offene Fragen gibt es auch noch zum juristischen Rahmen der Smart Factory. Und nicht zuletzt gilt es, sich an neue Geschäftsmodelle heranzutrauen und neue Berufsbilder zu schaffen.

Wer treibt im internationalen Vergleich die Entwicklung?

Deutschland hat zwar Zeit verschenkt, aber bei anderen Nationen lief auch nicht alles rund. Japan ist von der Vorgehensweise her sehr gut mit Deutschland vergleichbar, hat aber durch die Aufarbeitung der Tsunami-Folgen viele Jahre verloren. Das Thema smarte Fabrik steht erst seit 2015 auf der Agenda. China ist das Land, in dem am meisten passieren dürfte. Geld und Manpower sind vorhanden – jetzt kommt es auf die Ideen an. Ich rechne im Moment aber nicht mit einem Impuls aus dieser Richtung. Doch die Chinesen sind sehr schnell und nachdem sie den Maschinenbau erfolgreich Richtung Weltmarkt getrimmt haben, sollte ihnen das auch hier gelingen.

Und wie geht es in den USA voran?

Die USA beeindrucken mich im Moment am meisten. Nachdem die Produktion über Jahrzehnte zurückgegangen ist, ist die National Manufacturing Initiative jetzt mit enorm hohen Fördermitteln ausgestattet. Fünf großen Zentren stehen über einen Zeitraum von fünf Jahren jährlich jeweils 320 Millionen US-Dollar zur Verfügung. Eine stolze Summe. Allerdings sagen Kollegen in den USA, dass sie drei Jahre brauchen werden, bis sie auf den Stand von unserer SmartFactoryKL kommen. Denn Fachleute, die NC-Maschinen oder SPS programmieren können, sind rar. Es wird dauern, dieses Vakuum aufzufüllen.

Unterscheidet sich das Vorgehen in den USA von dem in anderen Ländern?

Entscheidender Unterschied ist, dass die USA viel stärker IT-geprägt vorgehen. Die Smart Factory lebt ja vom Dreiklang aus Informations- und Internettechnologie, Maschinenwelt und Automation. Die deutsche Industrie beherrscht Maschine, Embedded Data, Verkettung und Automation. Die IT dominieren US-Firmen.

Wann finden wir die Smart Factory flächendeckend im Alltag?

Eher in zehn Jahren als vorher. Das hängt auch an den Amortisationszyklen im Fabrikanlagenbau. Die Unternehmen brauchen Investitionssicherheit auf Sicht von sechs bis zehn Jahren. Kein Mensch tauscht eine Anlage nach zwei Jahren aus, weil dann neue cyberphysikalische Komponenten verfügbar sind. Deshalb steckt künftig Funktionalität in der Software. Insgesamt sind wir auf Kurs. Machbarkeit testen, zusammenarbeiten, ausprobieren – das ist der Schlüssel. Wir brauchen die Erfahrung, wir brauchen die Pilotanlagen. Und wir brauchen Unternehmen, die sich zueinander öffnen und mit der Forschung gemeinsam an der Zukunft arbeiten.