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Studie: Der Weg zu einer intelligenten, vernetzten Produktion

Die neue Studie ‚Industrie 4.0: Entwicklungsfelder für den Mittelstand‘ des Fraunhofer-Institutes für Produktionstechnik und Automatisierung versucht einen schlüssigen Weg zur Industrie 4.0 aufzuzeigen. Die Studienergebnisse verwenden die Forscher auch, um ihr Applikationszentrum Industrie 4.0 weiter zu gestalten.

Die Produktion intelligent zu vernetzen und dadurch Mehrwerte zu generieren, ist das Ziel vieler Firmen. Vor allem kleine und mittlere Unternehmen (KMU) wissen aber oft nicht, wie sie das Thema angehen sollen. Abhilfe soll die neue Studie 'Industrie 4.0: Entwicklungsfelder für den Mittelstand' des Fraunhofer-Institutes für Produktionstechnik und Automatisierung IPA schaffen. Das Werk analysiert aus technischer Sicht die Hemmnisse und Bedürfnisse von KMU, leitet Entwicklungsfelder ab und bringt sie in eine zeitliche Reihenfolge. Gleichzeitig verwenden die IPA-Wissenschaftler die Ergebnisse, um das 'Applikationszentrum Industrie 4.0' bedarfsgerecht weiterzuentwickeln. Erstmals vorgestellt wurde das Werk beim 'Spitzentreffen Industrie 4.0 Live' am 22. Juli in Stuttgart.

Andere Studien sind oft abstrakt

Die meisten Studien über Industrie 4.0 sind abstrakt gehalten, wie ein Screening von 67 Ausarbeitungen im Rahmen der State-of-the-Art-Analyse ergab. "Vorrangig befassen sich die Werke mit Chancen und Risiken, Datensicherheit oder Geschäftsmodellen. Technische Handlungsempfehlungen für den Mittelstand gehen daraus aber nicht hervor", sagt Felix Müller, Projektleiter am Fraunhofer IPA. Hier liegt aber Bedarf vor, wie das aktuelle Stimmungsbild zeigt: "40 Prozent der Befragten haben angegeben, zwar von Industrie 4.0 gehört zu haben, aber noch keine Umsetzungsmaßnahmen durchzuführen. Dieser hohe Anteil legt nahe, dass sie Unterstützung benötigen", sagt Müller. Um den Firmen den systematischen Entwicklungsweg zu einer intelligenten, vernetzten Produktion aufzuzeigen, hat das Fraunhofer IPA die Studie aufgesetzt. Dabei sei Wert auf einen hohen Praxisbezug gelegt worden.

Unflexible IT-Systeme bereiten die größten Schwierigkeiten

Die Auswertung ergab, dass der Mittelstand in der Inflexibilität seiner IT-Systeme die größte Schwierigkeit sieht, den neuen Marktanforderungen, wie zum Beispiel eine stark steigenden Anzahl an Produktvarianten, gerecht zu werden. "Daraus lässt sich der Bedarf nach standardisierten Schnittstellen und Vernetzungsplattformen ableiten", erläutert Müller. Weitere Hemmnisse seien die schlechte Planbarkeit, die unklaren Kundenanforderungen oder die unzureichend genutzte beziehungsweise nicht integrierte Datenbasis der bestehenden Produktion.

Die Befragung zeigte auch, dass mittelständische Unternehmen bei der Umsetzung von Industrie 4.0 noch unsicher sind. "Wir stellten fest, dass der Großteil der Firmen Produktions-IT-Systeme nach dem Trial-and-Error-Prinzip auswählt, anstatt eine Gesamtstrategie zu entwickeln oder Lebenszykluskosten zu bilanzieren", sagt Müller.

Maschinenanbindung als Grundlage für intelligente Systeme

Als Grundvoraussetzung zur intelligenten, vernetzten Produktion konnte die Digitalisierung des Wertschöpfungssystems identifiziert werden. "Erst, wenn alle relevanten Bestandsmaschinen an ein Informationssystem angebunden sind und eine durchgängige, echtzeitnahe Datenbasis erzeugt werden kann, können weitere Maßnahmen ergriffen werden", sagt Müller. Darauf aufbauend ist das Unternehmen in der Lage, die Potenziale weiterer Entwicklungsfelder wie zum Beispiel der automatisierten Fertigung personalisierter Produkte zu heben. Besonders die Entwicklung von Inline-Prozessqualitätsüberwachungssystemen ist hierbei ein Schlüsselbaustein. Gleichzeitig können Assistenzsysteme den Menschen unterstützen, ergonomisch optimal zu arbeiten und bessere Entscheidungen zu treffen. An oberster Stelle stehen der selbststeuernde Betrieb und die autonome Optimierung.

Um den Mehrwert gerade für teilautomatisierte beziehungsweise hybride Produktionssysteme für die variantenreiche Produktion zu erschließen, sind viele Schritte nötig. "Ziel ist, das Fertigungssystem so intelligent zu vernetzen, dass es anhand von Produktions- und Qualitätsdaten automatisiert Muster erkennt und sich fortlaufend selbst optimiert", sagt Müller. Auch die Entwicklung autonomer Kooperations- und Koordinationssysteme von fahrerlosen Transportfahrzeugen sei ein Baustein auf dem Weg dorthin.

Jedes Entwicklungsfeld haben die Forscher zudem mit einem 'Nutzentacho' versehen, der den Entwicklungsmehrwert für das Unternehmen anzeigt. Dieser sei bei der reinen Digitalisierung noch gering, in Verbindung mit personalisierten Produkten und Assistenzsystemen für den Menschen aber schon deutlich erkennbar, so Müller.

Applikationszentrum Industrie 4.0 erhält 30 neue Demonstratoren

Die Studienergebnisse verwenden die IPA-Forscher auch, um ihr Applikationszentrum Industrie 4.0 anwenderorientiert weiter auszugestalten. Schon heute steht dort eine Reihe an Demonstratoren, mit denen KMU den Nutzen von Industrie 4.0 für ihre eigene Produktion erleben können. Entsprechend der herausgearbeiteten Bedarfe sollen bis 2018 zirka 30 weitere Demonstratoren entwickelt werden, die die vier Entwicklungsfelder mit Leben füllen und Anknüpfungspunkte für gemeinsame Projekte mit mittelständischen Unternehmen bieten. Dazu zählen beispielsweise 'Easycalc', ein Service zur Produktkostenkalkulation für die Stückzahl eins, oder 'Easy2sense', ein Sensornetz zur einfachen Nachrüstung und Konfiguration für bestehende Maschinen und Anlagen.

Die Studie umfasst 76 Seiten und kann unter der E-Mail-Adresse markus.bressner@ipa.fraunhofer.de kostenlos angefordert werden.

(Quelle:Fraunhofer IPA/Bild:Fraunhofer IPA)

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