Industrie 4.0 verspricht, Effizienz, Flexibilität und Produktivität zu steigern, das Supply-Chain-Management zu verbessern und die Time-to-Market zu verkürzen. Durch das Erschließen ungenutzter Datenschätze sollen nicht nur vorausschauende Wartung und Qualitätssicherung möglich werden, sondern auch Forschung und Entwicklung einen Quantensprung erleben. Voraussetzung für dieses Ideal ist eine Vernetzung über die gesamte Wertschöpfungskette.
Nach einer Bitkom-Studie von 2018 sehen neun von zehn deutschen Unternehmen die Digitalisierung als Chance. Zugleich fürchten viele, den Wandel zu verpassen: 70 Prozent werden – laut dem Industrie-4.0-Index 2018 der Unternehmensberatung Staufen – durch fehlende Kapazitäten ausgebremst. Dennoch schlägt sich etwa die deutsche Chemie- und Pharmaindustrie vergleichsweise gut: Ihr Digitalisierungsgrad ist höher als bei der US-amerikanischen oder japanischen Konkurrenz, wie eine Untersuchung des ZEW und der Uni Leipzig für den VCI ergab.
Wenn es um Sensor-Vernetzung und Prozessüberwachung gehe, sei die Prozessindustrie seit jeher gut aufgestellt, sagt Eberhard Klotz, Global Sales Director Industry 4.0 and Digitalisation bei Festo. In Sachen Automatisierung und Chargenrückverfolgung sind Chemie-, Pharma- und Nahrungsmittelindustrie schon weit. Tilo Merlin, Platform Manager bei ABB, weist darauf hin, dass die Standardisierung von Feldbussen auf Initiativen der Prozessindustrie zurückgehe. Aufgrund der längeren Innovationszyklen bestehe aber größerer Nachholbedarf als etwa im Maschinenbau, meint Eberhard Klotz. Doch die Entwicklung beschleunigt sich. Benedikt Schumann, Produktmanager Industrie 4.0 bei Endress+Hauser, beobachtet eine Goldgräber-Stimmung: „Viele Kunden wollen nun endlich konkret werden.“
Kein Mangel an Standardisierung
Die Vielfalt an Bauteilen bremst die Digitalisierung nicht aus, meint Gunther Kegel, CEO von Pepperl+Fuchs: „Wir verfügen heute über eine Vielzahl genormter Protokolle, Formate, Semantiken und Datensicherheitskonzepte, die die Anforderungen weitgehend abdecken.“ Tilo Merlin von ABB ergänzt, mit OPC UA stehe auch ein Kommunikationsstandard bereit, der den Aufwand deutlich reduzieren sollte. Er rät daher zum Handeln: „Man darf Daten aus Produktion und Vertrieb verknüpfen, auch wenn deren Format noch nicht für alle Zeit festgeschrieben ist.“
In Bestandsanlagen sind hohe Investitionen gebunden. Prozesssicherheit und Anlagenverfügbarkeit dürfen nicht gefährdet werden. „Neue Konzepte müssen also die bewährte Automatisierungspyramide erweitern“, meint Wilfried Grote, Director Industry Management Chemicals and Pharmaceuticals bei Phoenix Contact. Hier kommt die Namur Open Architecture (NOA) ins Spiel, die in gemeinsamen Arbeitskreisen der Namur und des ZVEI definiert wird. Sie erlaubt es, Anlagen parallel zur bestehenden Struktur zu erweitern. So lassen sich Daten der intelligenten Sensoren und Aktoren auslesen und auswerten – und die würden bereits heute oft eine schier unvorstellbare Datenmenge produzieren, wie Tilo Merlin von ABB feststellt.
Thomas Rummel, Senior Vice President Engineering & Product Management bei Softing, geht allerdings davon aus, dass bisher bis zu 90 Prozent der HART-Feldgeräte keine über den Prozesswert hinausgehenden Werte übermitteln. Im ERP, MES, CRM und auf Papier verbirgt sich zudem ein Schatz an Daten. Bei Messwerten fehlt oft der Kontext. „Eine Liste mit Diagnosemeldungen ohne Bezug zu Zeit, Ort und weiteren Betriebswerten ist“, laut Tilo Merlin von ABB, „eher Datenmüll.“ All das in eine verwertbare Struktur zu bringen, ist eine anspruchsvolle Aufgabe.
Chancen durch digitale Zwillinge
Im Idealfall entsteht ein Abbild der Anlage auf einem Server oder in der Cloud. Ulf Kottig, Senior Marketing Manager bei Trebing & Himstedt, ist überzeugt, „dass ein solcher digitaler Zwilling die Basis für viele Projekte der digitalen Transformation sein wird“. Retrofit-Projekte wären ohne ein solches Abbild oft sehr aufwendig und teuer. Trotz aller Hindernisse lässt sich von vielen Bestandsanlagen ein Zwilling erstellen. Laut Jan Rougoor, Director Account Development Chemical Industry bei Siemens, wäre es sinnvoll, nicht gleich eine 100-Prozent-Digitalisierung einer Brownfieldanlage anzustreben. „Viel sinnvoller und effizienter ist es, sich zunächst auf die richtige Strukturierung der bereits verfügbaren Daten zu beschränken. Auch damit ist schon viel gewonnen.“
Zulieferer müssen sich darauf einstellen, digitale Abbilder ihrer Geräte anzubieten. Die Prozessautomatisierer von Endress+Hauser besitzen bereits eine Datenbank, die über 30 Millionen Gerätedatensätze enthalten soll. Indem man Geräteinformationen mit den gesammelten Betriebsdaten zusammenführt, eröffnet sich die Chance, Prozesse oder Umrüstungen zu simulieren und die Wartung optimal zu planen. Dennoch: „Dass keine Komponente mehr ausfällt, dass alle Verschleißteile sofort eine Woche vorher automatisch geliefert werden“, ist für Eberhard Klotz von Festo derzeit eine unrealistische Erwartung. Auch Gunther Kegel, CEO von Pepperl+Fuchs, rechnet nicht mit einem kurzfristigen Durchbruch, findet aber das Potenzial der KI-Algorithmik so vielversprechend, dass er am langfristigen Erfolg nicht zweifelt.
Ohne Kooperation geht es nicht
„Für die Umsetzung eines Digitalisierungsprojekts ist eine konstruktive Zusammenarbeit zwischen Industriepartnern unumgänglich“, ist Benedikt Schumann von Endress+Hauser überzeugt. Komponentenhersteller, Anlagenbauer, Betreiber und Cloud- sowie Software-Anbieter müssen sich dabei „technisch, rechtlich und wirtschaftlich über die Vernetzung und die Nutzung von Daten und Kosten einigen“, erklärt Eberhard Klotz von Festo. Von den gewonnenen Erkenntnissen können alle profitieren.
Doch es gibt Vorbehalte. Wie weit öffnet sich das einzelne Unternehmen? Die Firmen müssen ihre neue Rolle verstehen, sie mitgestalten und die passenden Produkte dazu entwickeln. „Das bedeutet in der Regel auch eine strategische Neuausrichtung“, erklärt Michael Brosig, Leiter der Pressestelle bei Jumo. Die Geschäftsmodelle wandeln sich hin zum Angebot einer Leistung. Wer zum Beispiel nicht mehr einen Kompressor, sondern Druckluft verkauft, hat Interesse daran, dass die vorausschauende Wartung funktioniert. „Fällt der Service aus, wird man kein Geld verdienen“, macht Ulf Kottig von Trebing & Himstedt deutlich.
Mit zunehmender Vernetzung wird Cybersecurity immer wichtiger, betont Thomas Rummel von Softing. Das Risiko ist real: Laut einer Bitkom-Studie von 2018 sind die Chemie- und Pharmabranche von Industriespionage und -sabotage am stärksten betroffen. Die Unternehmensberatung Accenture berichtete 2018, dass drei Viertel der untersuchten Chemieunternehmen in zwölf Monaten mehr als 30 Cyberangriffe erlebten. Allerdings sind Sicherheit und Qualität der Produktion auch in Gefahr, wenn ein Teil einer herkömmlichen Prozessanlage angegriffen wird. Unternehmen, die sich digitalisieren wollen, müssen ihre IT evaluieren und ein Sicherheitskonzept aufsetzen. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass bisher unentdeckte Schwachstellen identifiziert und beseitigt werden.
Wissenstransfer als Geschäftsmodell
Auch bei KMUs heißt das Thema Kooperation. „Niemand muss Industrie 4.0 allein bewältigen. Man kann sich in Netzwerken zusammenschließen“, sagt Eberhard Klotz von Festo. Wissenstransfer wird zudem zum Geschäftsmodell. Die Automatisierer von Festo etwa bieten Schulungen und Analysen zu vielen Prozess- und Fachthemen an – und profitieren, weil sie selbst dazulernen. Siemens hat mit Digitalization Consulting eine Art Unternehmensberatung in Sachen Industrie 4.0 aufgesetzt, bei der Firmen vom breit aufgestellten Know-how des Konzerns profitieren sollen. Die Beratung soll sich nicht um eigene Produkte drehen, sondern Ist-Zustand, Chancen, Probleme und mögliche Vorgehensweisen klären und dabei alle verfügbaren Technologien und Lösungen einbeziehen. Eine Forschungsfabrik, die 2020 den Betrieb aufnehmen soll, soll besonders KMUs helfen, Produkte schneller marktreif zu bekommen. Hier wollen das Karlsruher Institut für Technologie und die Fraunhofer-Gesellschaft mit Hilfe von KI neue Fertigungsverfahren erforschen.
Gunther Kegel von Pepperl+Fuchs hält es für möglich, dass sich der digitale Wandel „in den nächsten fünf bis zehn Jahren vollständig“ vollzieht. Kommen dabei neue Player ins Spiel? Eberhard Klotz von Festo verweist auf die Investitionskraft großer IT-Konzerne, den 3D-Druck und andere Rahmenbedingungen im Ausland, etwa, was den Datenschutz angeht. Für Gunther Kegel ist es allerdings schwer vorstellbar, dass den etablierten Unternehmen im Kernbereich der Prozessindustrie Konkurrenz erwächst. In der Peripherie, etwa Lager, Logistik und Planung, könnte das hingegen anders aussehen.
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