Ende 2017 gab es in Deutschland 317 Referenzfälle für die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0. Die Bundesregierung sieht hier Handlungsbedarf, um international nicht den Anschluss zu verlieren. Laut des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) zögerten einige Unternehmen wegen technischer und wirtschaftlicher Unsicherheiten. Manche Automatisierer setzen Industrie 4.0 nach wie vor nur in Teilbereichen des Unternehmens um. Das ganze Potenzial der vernetzen Produktion entfaltet sich aber erst, wenn beispielsweise auch Logistik und Kundenservice einbezogen werden.
Erster Schritt: Status quo ermitteln
Der erste Schritt zu einer erfolgreichen Umsetzung von Industrie 4.0 ist, den Status quo des Unternehmens zu ermitteln. Welche Geschäftsbereiche dann im nächsten Schritt – und in welchem Umfang – vernetzt werden sollen und können, hängt aber von vielen Faktoren ab. Nicht zwangsläufig ist es erforderlich, alle Systeme vollständig miteinander zu verbinden. Unternehmer oder Systemadministratoren, die die Digitalisierung ihrer Prozesse zielgerichtet und wirtschaftlich vorantreiben wollen, können aus zahlreichen Werkzeugen wählen, um eine optimale Strategie zu entwickeln.
Technologiekonzerne, Beratungsagenturen oder wissenschaftliche Institute bieten ein breites Angebot an Industrie‑4.0-Reifegradmodellen, mit deren Hilfe Unternehmen ihren Digitalisierungsgrad feststellen und ausbauen können. Diese Leitfäden reichen von einfachen Online-Checklisten über technologiefokussierte Analysetools bis hin zu Modellen, bei denen externe Fachleute die gesamte Wertschöpfungskette eines Unternehmens analysieren.
Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Acatech) schickt nun mit dem Industrie 4.0 Maturity Index ein kooperatives und ganzheitliches Analysetool ins Rennen. Ein Konsortium von Forschungseinrichtungen hat den Leitfaden unter dem Dach der Acatech entwickelt. TÜV Süd hat sein Fachwissen bei der Industrial IT Security eingebracht. Ziel war es, Unternehmen ein Werkzeug an die Hand zu geben, mit dem die Einführung von Industrie 4.0 in einzelnen, überschaubaren und nachvollziehbaren Schritten gelingt.
Der Maturity Index für Industrie 4.0
Als systematischer Leitfaden definiert der Index sechs aufeinander aufbauende Stufen:
Computerisierung: IT zu nutzen und Prozesse zu automatisieren, ist bereits Standard. Noch werden Informationstechnologien jedoch isoliert eingesetzt.
Konnektivität: Sind einzelne Komponenten vernetzt, ist der Reifegrad der Konnektivität erreicht. Informationstechnologien und operative Technologien sind aber noch nicht vollständig vernetzt.
Sichtbarkeit: Sensoren erfassen Zustände und Prozesse in Echtzeit. Das Ergebnis ist ein digitales Abbild der Produktion, das jederzeit Auskunft über die aktuellen Prozesse gibt („digitaler Schatten“).
Transparenz: Der digitale Schatten deckt Wechselwirkungen auf und hilft, sie zu verstehen. Dazu müssen die Daten kontextbezogen interpretiert und mit Ingenieurswissen verknüpft werden. Big-Data-Anwendungen werden parallel zu betrieblichen Anwendungssystemen wie ERP- oder MES-Systemen eingesetzt, um eine gemeinsame Plattform für umfangreiche Datenanalysen zu erhalten.
Prognosefähigkeit: Wird der digitale Schatten in die Zukunft fortgeschrieben, können Szenarien entwickelt und hinsichtlich ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit und Konsequenzen evaluiert werden. Entwicklungen können antizipiert und Entscheidungen danach ausgerichtet werden.
Adaptierbarkeit: IT-Systeme treffen Entscheidungen selbstständig. Die Industrie 4.0 ist vollständig verwirklicht. Anpassungsmaßnahmen werden automatisiert und ohne Verzögerung eingeleitet. Wie weit Unternehmen ihren Systemen dabei Autonomie gewähren, sollten sie von zwei Punkten abhängig machen: Die Komplexität der Entscheidung sowie das Kosten-Nutzen-Verhältnis von automatisiertem gegenüber menschlichem Handeln.
Mehrdimensionale Analysen
Der Industrie 4.0 Maturity Index ist modular aufgebaut und umfasst alle Bereiche eines Unternehmens. Dazu unterscheidet er fünf Funktionsbereiche: Entwicklung, Produktion, Logistik, Service sowie Marketing und Vertrieb. Industrie 4.0 bedeutet aber mehr als die Vernetzung cyber-physischer Systeme (CPS). Deshalb berücksichtigt der Index außerdem vier Gestaltungsfelder:
Ressourcen: Mitarbeiter und ihre Kompetenzen, Maschinen, Anlagen, Werkzeuge und Produkte
Informationssysteme: soziotechnische Systeme, in denen Menschen und Technologien Daten bereitstellen und verarbeiten
Organisationsstruktur: Regeln und Strukturen, die die internen Beziehungen, aber auch die des Unternehmens mit seinem Umfeld leiten
Unternehmenskultur: das interne Wertesystem, etwa die Bereitschaft der Mitarbeiter, sich auf Veränderungen einzulassen und aktiv mitzugestalten
Transformation in drei Phasen
Der erste Schritt zur Umsetzung eines Industrie-4.0-Projektes besteht aus einer Bestandsanalyse. Mit Hilfe von Fragebögen, Werksbegehungen und Workshops verschaffen sich die Experten einen Überblick über den aktuellen Stand der Digitalisierung. Darauf aufbauend definieren die Unternehmensverantwortlichen konkrete Ziele. Hier ist die Frage entscheidend, welche Maßnahmen nötig und effektiv sind und sich mit der Unternehmensstrategie vereinbaren lassen.
Ein Abgleich des Ist-Zustandes mit den angestrebten Zielen identifiziert danach konkrete Fähigkeiten oder Ressourcen, die dem Unternehmen dazu noch fehlen. In der dritten Phase erstellen die Experten schließlich eine digitale Roadmap, die konkrete Maßnahmen enthält und einen festen Zeitplan dafür vorgibt. Die einzelnen Maßnahmen sind nach einer Kosten-Nutzen-Matrix priorisiert. Ein Merkmal des Index ist, dass jeder Schritt einen messbaren Effekt hat. Außerdem bleibt der gesamte Prozess nachvollziehbar und transparent. Gleichzeitig steht dem Unternehmen während des gesamten Transformationsprozesses ein Expertenteam mit individuellem Know-how zur Seite.
Nach IEC 62443 zertifizierte IT-Security
Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit zählen bei deutschen Industrieunternehmen immer noch zu den Hauptargumenten gegen die Industrie 4.0. Eine vernetzte IT birgt Sicherheitsrisiken. Der Vorteil vernetzter Anlagen ergibt sich aber gerade aus allgemein verfügbaren Daten. Wenn also Produkt-, Auftrags- und Kundendaten auf einer gemeinsamen Datenplattform abgelegt werden, muss diese „Single Source of Truth“ dementsprechend sicher sein. Eine resiliente IT-Infrastruktur muss selbst bei schweren Störungen die Analyse und Bereitstellung der Daten sicherstellen. Fachkräfte können hier von einschlägigen Normen profitieren.
Insbesondere die IEC 62443 ist maßgebend für die IT-Sicherheit von Netzen und Systemen. Die Norm beinhaltet die Anforderungen an „Industrial Automation and Control Systems“ (IACS), die für den verlässlichen Betrieb von automatisierten Anlagen und Infrastrukturen nötig sind. Dazu zählen Maßnahmen, um die IT-Sicherheit zu gewährleisten und sie bei Bedarf anzupassen. Auf diese Weise können Entwickler, Konstrukteure und Systemintegratoren die Schwachstellen ihrer Steuerungs- und Leittechnik identifizieren und gezielt beseitigen. Im Rahmen der Industrie-4.0-Implementierung bietet TÜV Süd die Prüfung und Zertifizierung für Hersteller nach IEC 62443-4-1 und für Systemintegratoren nach IEC 62443-2-4 an.
Ganzheitlicher und mehrdimensionaler Ansatz
Der Industrie 4.0 Maturity Index berücksichtigt alle Geschäftsbereiche eines Unternehmens und definiert dabei unterschiedliche Gestaltungsfelder. Er verfolgt einen ganzheitlichen und mehrdimensionalen Ansatz. Das Modell umfasst die gesamte Wertschöpfungskette und orientiert sich am individuell definierten Nutzen für das Unternehmen. Das Maßnahmenpaket kann in nachvollziehbaren Einzelschritten innerhalb eines klaren Zeitrahmens umgesetzt werden. Unternehmen erhalten damit die Anleitung und Unterstützung für einen umfassenden Digitalisierungsprozess. Die Roadmap dazu verschafft Überblick, Planungssicherheit und Nachvollziehbarkeit.
