Industrie 4.0 > Industrie 4.0 und Hochautomatisierung im Maschinenbau

Industrie 4.0 - neue Quest Studie

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Marktuntersuchung zu Industrie 4.0 im Maschinenbau

Wie sich Industrie 4.0 von der Hochautomatisierung abgrenzt

Bild Industrie 4.0 bis in das ERP

Manchmal betonen Maschinenbauer, dass sie Industrie 4.0 „schon vor Jahren“ in die Automation ihrer Maschinen eingeführt hätten. So sei also für sie Industrie 4.0 nichts Neues. Der folgende Beitrag gibt diesen Maschinenbauern recht – und auch wieder nicht. Denn es kommt auf den Zusammenhang an, in dem die Änderungen dieser Maschinenbauer stehen.

Seit den achtziger Jahren hat die Automatisierungstechnik drei Phasen durchlaufen (siehe dazu die dreiteilige Artikelserie zu den Trends der Automatisierungstechnik seit 1980):

  1. Die Phase der Elektromechanik als Vorläufer der Automatisierungstechnik bis Anfang der achtziger Jahre.

  2. Der Übergang zur Mikroelektronik und Automation seit den achtziger Jahren verbunden mit langsam steigendem Integrationsgrad der Automatisierungstechnik.

  3. Hochautomatisierung mit dem bestimmenden Trend eines immer höheren Integrationsgrades seit dem ersten Jahrzehnt des neuen Jahrtausends.


Zur Hochautomatisierung gehören hochminiaturisierte, hochleistungsleistungsfähige Mikroprozessoren, die eine schier unendliche Funktionsvielfalt eröffnen, die Speicherung von Milliarden von Daten auf kleinstem Raum und die Datenübertragung in Echtzeit in der Maschine.


Die Software, die über Nutzung von Daten und Funktionsvielfalt entscheidet, wächst bereits in der Hochautomation zum technologischen Erfolgsfaktor heran.

Industrie 4.0 setzt technologisch auf der Hochautomatisierung auf

Industrie 4.0 bedeutet eine weitere, höhere Stufe, die aus dem Rahmen der bisherigen Automatisierungstechnik herauswachsen wird, technologisch aber auf der Hochautomatisierung aufsetzt.


Das cyber-physical system, abgekürzt CPS, gehört technologisch wesentlich zu Industrie 4.0. In eine Komponente (Einzelkomponente, Subsystem, System) wird eine allseitig kommunikationsfähige informatorische Ebene oder Schicht integriert, die die Komponente aussagefähig über sich selbst, steuerbar und kontrollierbar macht.


Schon die Hochautomation kennt solche kommunikations- und diagnosefähigen Komponenten. Servoumrichter ohne Resolver bilden den Drehstrommotor mathematisch als Motormodell ab, das die Position des Rotors ebenso genau erfasst, als stünde der Wert eines Resolvers über die Rotorposition zur Verfügung. CNC-Steuerungen bilden die Bahn durch anspruchsvolle Interpolationen ab. Sensoren können anzeigen, wenn die Verschmutzung zuverlässige Signale verhindert. Bildverarbeitungssysteme überprüfen die Produktqualität. Dies sind bereits cyber-physikalische Systeme, die ihre Werte auch via Internet kommunizieren können und auch steuerbar und kontrollierbar sind.


Was macht nun den Unterschied zwischen einem CPS in der Hochautomation und im Zusammenhang mit Industrie 4.0 aus?

Wie sich ein cyber-physical system in der Hochautomatisierung und in Industrie 4.0 unterscheidet

In der Hochautomation ist der Einsatzzweck dieser CPS überwiegend auf eine spezifische Produktions- und Wartungsaufgabe beschränkt. Deshalb interessiert nur der funktionale Zusammenhang mit der Produktionsaufgabe, dass also der Motor einwandfrei dreht, dass die Bahn genau dem Sollwert entspricht, dass der Sensor zuverlässig Messwerte liefert, dass die Produktqualität gut genug ist.


Demgegenüber erweitert Industrie 4.0 den Einsatzzweck eines CPS in dreifacher Hinsicht.


Zunächst stattet Industrie 4.0 die Komponente mit Informationen über ihren Lebenszyklus aus.


Weiter integriert Industrie 4.0 in die Komponente eine Intelligenz (Mikroprozessor und Software), die die Komponente steuerbar und kontrollierbar macht. Die spezifische Produktions- und Wartungsaufgabe bleibt bestehen, aber sie wird erweitert durch die Aussagefähigkeit der Komponente über ihren eigenen Zustand und durch ihre Fähigkeit, sich wechselnden Produktionsaufgaben anzupassen. Diese Aussagefähigkeit über den eigenen Zustand dient der Prozessoptimierung und rechtzeitigen Hinweisen für Wartung und Austausch (gegebenenfalls selbstständiges Auslösen von Ersatzteilbestellungen). Die Fähigkeit, sich wechselnden Produktionsaufgaben automatisiert anzupassen, erhöht die Flexibilität der Produktion signifikant.


Schließlich dehnt Industrie 4.0 den Einsatz solcher CPS im Vergleich zur Hochautomation auf alle relevanten Einzelkomponenten bzw. Subsysteme einer Maschine bzw. Anlage aus, damit der gesamte Produktionsprozess als System, in einem systemischen Zusammenhang erfasst, in einem vorgegebenen Rahmen automatisiert abläuft, örtlich wie international steuerbar und kontrollierbar ist. Das umfasst die Produktionsaufgabe selbst, ihre Belieferung mit Einsatzstoffen, den Einsatz des Personals und die Distribution der Produkte. Ein CPS in Industrie 4.0 hat die immanente Tendenz, die gesamte Maschine, die gesamte Anlage zu einem CPS zu machen.

 

  • Ein CPS in der Hochautomation hat also mit einem CPS in Industrie 4.0 gemeinsame Merkmale. Ihr Unterschied liegt in dem qualitativ erweiterten Einsatz des letzteren, der zugleich ein höher entwickeltes CPS erfordert, das anders als in der Hochautomation bei Industrie 4.0 in einem Systemzusammenhang steht.

Software entwickelt sich vom technologischen Erfolgsfaktor zum wesentlichen Erfolgsfaktor für die Marktmacht eines Unternehmens

Das verändert erneut die Rolle von Software als cyber-Seite im CPS. Die Vielfalt physischer Komponenten wird steuer- und kontrollierbar mittels Softwarecodes. Diese Funktionalität an nahezu jeder physischen Komponente entwickelt die Software vom entscheidenden technologischen Erfolgsfaktor weiter zum wesentlichen Erfolgsfaktor für die Marktmacht eines Unternehmens.


Allerdings besteht kein Anlass, die Bedeutung der Software zu verabsolutieren und sie von dem Zusammenhang mit den physischen Komponenten zu trennen. Das Bestimmende bleibt die Einheit der beiden Seiten eines cyber-physical systems.

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