Smart Factory Konzeptionelle Zusammenfassung, Internet der Dinge, Industry4.0

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06.12.2019 Fachinformation

Industrie 4.0

Industrie 4.0 zeichnet sich durch eine starke Vernetzung von Maschinen- und Anlagenbau, Automatisierungstechnik und IT aus. Ein Merkmal ist die Weiterentwicklung und Anwendung von modernen Automatisierungs-, Kommunikations- und Informationstechnologien, die neue Möglichkeiten für Anwender in der Produktion und Logistik eröffnen sollen.

Deutschland gehört zu den weltweit führenden Industriestandorten und steht im Wettbewerb um die besten Lösungen für Industrie 4.0. Die industrielle Produktion und produktionsnahen Dienstleistungen in Deutschland erzielen mehr als die Hälfte der gesamten Wirtschaftsleistung. Bei vielen digitalen Innovationen in der Produktionstechnik steht Deutschland an führender Stelle, ist aber zunehmend einem starken Wettbewerb ausgesetzt. Um für den Wettlauf um die Produkte und Märkte von morgen gerüstet zu sein, sind ein ganzheitliches Vorgehen und eine interdisziplinäre Zusammenarbeit in Deutschland unausweichlich. Für eine erfolgreiche globale Vermarktung und Umsetzung der Industrie 4.0-Lösungen in die Praxis sind Normen und Standards unerlässlich. In Deutschland hat sich eine Konstellation aus Akteuren aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik etabliert, welche im Folgenden beschrieben wird.

Betrachtet man den weiteren fachlichen Diskurs, wird deutlich, dass die Intelligente Produktionsstätte im Rahmen von Industrie 4.0 keineswegs menschenleer sein wird. Die Rolle des Menschen im soziotechnischen Arbeitssystem verdient also besondere Betrachtung. Sei es als Akteur im Produktionsablauf, als Bediener von Maschinen, als Instandhalter, Produktionsplaner oder Programmierer – Menschen spielen auch weiterhin eine zentrale Rolle in der Produktion. Um ein effizientes, flexibles, aber auch nachhaltig erfolgreiches Arbeitssystem zu gestalten, ist es wichtig, den Menschen mit seinen Fähigkeiten, Fertigkeiten, seinem Leistungsvermögen und seinen Leistungsgrenzen in die Gestaltung mit einzubeziehen.

Die vierte industrielle Revolution und ihre Einflussfaktoren, wie beispielsweise neue Arten von Vertragsschlüssen, die Vernetzung und der Austausch von Daten und ein verändertes Arbeitsumfeld, erfordern ebenso eine Betrachtung aus rechtlicher Perspektive. Das Recht gibt nicht nur den Rahmen vor, in dem sich Normen und Standards bewegen, Normen und Standards wirken auch rekursiv in das Recht zurück. Diese Wechselwirkung gilt es bei ihrer Gestaltung besonders zu berücksichtigen.

Standardization Council Industrie 4.0

Zur Hannover Messe 2016 verkündete die deutsche Industrie die Gründung des Standardization Council Industrie 4.0. Diese auf Bitkom, DIN, DKE VDE, VDMA und ZVEI zurückgehende Initiative verfolgt das Ziel, Normen und Standards der digitalen Produktion zu initiieren und diese national sowie international zu koordinieren.

Der SCI 4.0 übernimmt hierbei die Koordination zwischen Industrie und Standardisierung, vermittelt also zwischen den Mitgliedern der Plattform Industrie 4.0 und den diversen Normungs- und Standardisierungsorganisationen (SDO). Dem SCI 4.0 kommt hierbei eine bedeutende, bündelnde Funktion zu. Es sollen ambitionierte, aber auch durchführbare Handlungsempfehlungen für alle Akteure erarbeitet werden, inklusive der nationalen sowie internationalen Initiierung und Koordination geeigneter Normen sowie Standards. Zudem soll eine Beschleunigung der relevanten Standardisierungsprozesse und Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit des Industriestandortes Deutschland entwickelt werden.

Was sind die Ziele von Normen und Standards im Bereich Industrie 4.0?

Komplexität beherrschbar machen

Die intelligente Industrie 4.0 wird geprägt sein von einem bisher nicht gekannten Ausmaß an Automation unter massiver Nutzung des Internets. Verschiedenste Systeme müssen miteinander kommunizieren und interagieren. Damit das gelingt, müssen Schnittstellen harmonisiert werden. Dies setzt wiederum voraus, dass sich die Ausgestaltung dieser Schnittstellen an möglichst international abgestimmten Normen und Standards orientiert.

Die Rolle des Menschen ist zunächst die des Entwicklers und Nutzers, der die laufenden Prozesse kontrolliert, überwacht und, falls erforderlich, steuernd eingreift. Die Interaktion und Kommunikation zwischen den Fabriken mit ihren Maschinen geht über Betriebs- und Unternehmensgrenzen hinaus. Firmen verschiedenster Branchen, wie beispielsweise Zulieferer, Logistikunternehmen und Hersteller, sind auf diese Weise in einem Wertschöpfungssystem miteinander vernetzt.

Verbraucher stellen diesen Zusammenhang schon gar nicht mehr in Frage: das USB-Kabel verbindet den Drucker mit dem Laptop, die Bluetooth-Technologie transferiert Musikdateien vom MP3-Player auf das Mobiltelefon und zurück. Die Kommunikation funktioniert beinahe reibungslos – weil die Hersteller der verschiedenen Komponenten sich auf gemeinsame Schnittstellen geeinigt haben. Dies ist ein Standardisierungsprozess, der nun auch der Industrie bevorsteht und der im Vorhinein die Mechanismen der Zusammenarbeit festlegt. Dafür werden sogenannte Referenzarchitekturen definiert: idealtypische Modelle, die den Rahmen für die Entwicklung, Integration und den Betrieb der relevanten technischen Systeme vorgeben.

Gemeinsame Sprache und Beschreibungen entwickeln

Eine Referenzarchitektur, also eine einheitliche Begriffs- und Methodenstruktur, bildet dafür die Basis. Sie schafft eine gemeinsame Struktur und Sprache für die einheitliche Beschreibung und Spezifikation von konkreten Systemarchitekturen für die Anwendung. Aus der Plattform Industrie 4.0 heraus besteht ein Vorschlag für ein lösungsneutrales Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0, das Grundlage für die weitere Arbeit der Plattform ist. Darauf aufbauend ist nun im Schulterschluss mit den Fachgremien eine Beschreibung erforderlich, was eine Industrie 4.0-Komponente ausmacht und wie sie in eine Verwaltungsschale gekapselt werden kann. Außerdem kann ausgehend von dem Referenzarchitekturmodell eine Industrie 4.0-Ontologie, eine Grammatik und Semantik, und damit eine gemeinsame Sprache, erarbeitet werden. Dafür ist die Zusammenarbeit über Sektor- und Branchengrenzen hinweg gefragt. Durch das gemeinsame Vorgehen von Maschinen- und Anlagenbau, Automatisierungstechnik, IT-Wirtschaft und produzierenden Anwendungsindustrien wird ein ganzheitlicher Blick auf die Industrie 4.0 und ihre Ontologie erreicht.

Wo setzen Normen und Standards im Bereich Industrie 4.0 an?

Für das Gelingen des Zukunftsprojekts Industrie 4.0 ist die Normung und Standardisierung von zentraler Bedeutung. Industrie 4.0 erfordert eine nie dagewesene Integration der Systeme über Domänengrenzen, Hierarchiegrenzen und Lebenszyklusphasen hinweg. Dies ist nur auf der Grundlage von konsensbasierten Normen und Standards möglich. Die Normungsarbeit ist eine Gemeinschaftsaufgabe, die in Selbstverwaltung von den interessierten Kreisen (Anwender, Arbeitsschutz, Gewerkschaften, öffentliche Hand, regelsetzende Institutionen, sonstige Nicht-Regierungsorganisationen, Umweltschutz, Verbraucherschutz, Wirtschaft, Wissenschaft und Forschung), deren Experten und den Mitarbeitern von DIN und DKE erfüllt wird.

Automatisierungstechnik

Die Strukturierung und Organisation der technisch-organisatorischen Geschäftsprozesse war bisher ausschließlich eine Domäne der Anwender, Applikationsanbieter und Toolhersteller. Zu den Anwendungsbereichen gehören: Diagnose, Instandhaltung, Life-Cycle-Management, Systemintegration, Optimierung, Security Management. Als Querschnittsthema setzt in der Automation darüber hinaus auch die IT-Sicherheit.

IT und Funktionale Sicherheit

Wenn sicherheitsgerichtete Steuerungen ihre Sicherheitsfunktionen zuverlässig erbringen, spricht man von funktionaler Sicherheit (FS). IT-Sicherheit hingegen beschäftigt sich mit dem Schutz von IT-Systemen vor unerlaubten Handlungen. Obwohl IT-Sicherheit etwas anderes ist als funktionale Sicherheit, lässt sich schnell eine Verbindung herstellen: Ist das betrachtete System beispielweise eine sicherheitsgerichtete Steuerung, beeinflusst jede Beeinträchtigung seiner Funktion auch gleichzeitig die (funktionale) Sicherheit. Gerade im Hinblick auf die aktuellen konvergenten Technologien gilt es, diese Sicherheitslücken zu schließen. Bei Bedrohungen der IT-Sicherheit, die Konsequenzen für die funktionale Sicherheit bedeuten, ist es praktisch unmöglich, die Gefahr abzuschätzen und in eine zu erwartende Ausfallrate zu übersetzen. Es ist eine bislang ungelöste Aufgabe, in diesem Kontext zu einer belastbaren Aussage über die zu erwartenden Ausfälle zu kommen.

Grund genug, dass im VDE bei diesem wichtigen Thema Fachleute zusammenarbeiten, um für diese komplexe Problematik eine generische Lösung zu finden.

Weitere verwandte Felder und Disziplinen sind:

E-Mobilität
Open Source
Künstliche Intelligenz
Smart Grid
Smart Health
Smart Farming
Plattformökonomie / Digitale Wertschöpfungsmodelle

Wie profitieren wir in unserem Alltag von Normen und Standards im Bereich Industrie 4.0?

Orientierung an der neuen Innovationsplattform

„Deutschland ist spezialisiert auf die Erforschung, Entwicklung und Fertigung von Produktionstechnologien und der führende Fabrikausrüster der Welt."

Dieser einleitende Satz aus den Umsetzungsempfehlungen des von der Forschungsunion Wirtschaft und Wissenschaft gebildeten Arbeitskreises Industrie 4.0 kennzeichnet treffend die Wichtigkeit dieses Industriebereiches für die Bundesrepublik. Er gilt gleichermaßen für viele andere Industrieregionen in Europa. Normung und Standardisierung zu Industrie 4.0 sind ein wesentliches Element bei der konkreten Umsetzung der Vision. Daher müssen sich die in Deutschland etablierten Normungsorganisationen mit dem Thema auseinandersetzen und Industrie 4.0 in Abstimmung thematisch und organisatorisch vorbereiten, um die derzeitigen Aktivitäten von Industrie, Politik und Forschung möglichst effizient zu unterstützen. Dabei braucht es einmal mehr die Unterstützung von Praktikern aus Forschung und Wirtschaft, um alle aktuellen Entwicklungen frühzeitig in die Normungsprozesse einzubringen und diese angemessen zu berücksichtigen.

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