Industrie 4.0 und XaaS 4.0 – IT-Evolution auf dem Weg des Vorstellbaren

IT-Evolution auf dem Weg des Vorstellbaren

Der markante, die IT herausfordernde industrielle Trend, heißt »Industrie 4.0«, ein von der Bundesregierung geprägter Begriff für eine modernisierte Arbeitsumgebung für die Zukunft der Fertigung. Der Automatisierungsgrad maschineller Produktion nähert sich nahezu 100 Prozent.

Diese, nur durch Einsatz von Informationstechnologie, mögliche industrielle vierte Revolution wird über die Fertigung hinaus andere Bereiche der Wirtschaft beeinflussen. Vorreiter wie Siemens und das Fraunhofer Institut forschen bereits daran und erarbeiten mit Pionierunternehmen mögliche Realisierungsszenarien. Cloud Computing wird in evolvierter Form als – XaaS 4.0 – gemeinsam mit hochtechnischen Cyber-Physical-Systems die infrastrukturelle- und Dienste-Basis stellen.

Die industrielle Entwicklung begann mit der Dampfmaschine und dem Einsatz von Wasserkraft. Das brachte weniger Abhängigkeit von der Muskelkraft der Arbeiter in den Fabriken mit sich. Mechanische Produktionsanlagen fertigten Waren schneller und in größerer Stückzahl an Fließbändern. Technische Entwicklungen, vor allem die elektrische Energie, ermöglichten Anfang des 20. Jahrhunderts arbeitsteilige Massenproduktion als zweite in-dustrielle Revolution. Mit Beginn der 1970-er Jahre fanden Elektronik und die In-formationstechnologie Einzug in die Fabrikarbeit. Eine Automatisierung der Produktionsprozesse mit IT-Unterstützung war ein Quantensprung. In dieser dritten Stufe befindet sich die Industrie – in Vorbereitung auf die 4. Revolution: Industrie 4.0.

Die »Informatisierung« der klassischen Industrien und die Erschaffung neuer Wertschöpfungsgemeinschaften durch intelligente Vernetzung ist die langfristige Zielgerade von Industrie 4.0. Strategische Effekte des geschaffenen -Modells »Smart Factory«, dem angelsächsischen Pendant zu Industrie 4.0, umfassen:

  • signifikante Produktivitätssteigerung
  • mehr Produktionsmöglichkeiten in Echtzeit
  • eine gesteigerte Innovationskraft
  • frühzeitiges Planen am Modell 
  • optionale Individualproduktion durch kurzfristige Plananpassung und
  • flexible Ressourcenallokation. 

Gesteigerte Effizienz wurde in der Wirtschaft erreicht, indem durch den Einzug von Cloud Computing auf -Daten und Anwendungen dezentral Zugriff besteht.

Das »Internet der Dinge« streift bereits die Produktion, Logistik und Adminis-tration sowie den privaten Alltag. -Gegenstände sind mit einem Radio-Frequency-Identification-Chip (RFID) oder anderen Signalträgern ausgestattet. Der Mensch kann mit ihnen in gewisser Weise kommunizieren und Objektstandorte genau lokalisieren. Objekte können über einen Chip Informationsträger sein. Intelligente Gegenstände ersetzen Computer und schließen die Informationslücke zwischen realer und virtueller Welt.

Industrie 4.0 ist IT-Evolution. Die vierte industrielle Revolution ist eine Verbindung des Internets der Dinge mit den Cyber-Physical-Systems (CPS). Es entstehen in Maschinen und Prozessen eingebettete intelligente Informations- und Kommunikationstechnologien. Die vollständige Vernetzung solcher eingebetteten Systeme untereinander macht beispielsweise Vernetzung von Transportmitteln möglich. Durch mehr Effizienz können begrenzte Energieressourcen im Verkehr optimal eingesetzt werden. Bei der Elektromobilität werden CPS eine Schlüsselrolle innehaben, indem sie per Steuerung Batteriekapazitäten und Ladevorgänge managen.

Die Grundkomponenten sind beim Internet der Dinge und der Industrie 4.0 übereinstimmend.

Die Grundkomponenten sind beim Internet der Dinge und der Industrie 4.0 identisch.

Die Grundkomponenten sind beim Internet der Dinge und der Industrie 4.0 identisch.

Verglichen mit dem Cloud-Computing-Modell und den XaaS-Arten ist bei Industrie 4.0 Konformität sichtbar. Dies gilt für Infrastruktur mit der Netzanbindung, Plattformen und die Vernetzung. Bei Industrie 4.0 kommen die Cyber-Physical-Systems zum Einsatz. Diese intelligenten Systeme an der Basis und die vollständige Vernetzung machen den großen Unterschied zum reinen Cloud Computing aus.

Wichtige Bestandteile für den Sprung zu Industrie 4.0 gibt es bereits. Das Internet und Cloud Computing, standardisierte Verbindungen für Industrieanlagen, Simulationssoftware und Portale für die Optimierung des Engineerings. Ein »Smart Manufacturing« ergibt sich aus dem Zusammenwachsen und der Weiterentwicklung dieser Technologien. Ein Übergang von proprietären zu offenen Systemen ist erforderlich, um das Zusammenspiel technisch abzubilden.

XaaS 4.0 ist die Fortschreibung der Cloud-Performanz von heute. Das zukünftige »Fog Computing« gehört dazu und wird eine kleinzellige Variante.

Fog Computing baut die Cloud bis an den Netzwerkrand aus und stellt eine hochvirtualisierte Plattform, die Compute, Storage und Netzwerkservices zwischen Endgeräten und traditionellen Cloud-Rechenzentren liefert. Das führt zu einer Variation von Anwendungen und Diensten mit starker Streaming-Dominanz und Echtzeitmerkmalen. Kennzeichen der Fog Cloud sind geringe Latenzzeiten, eine weitflächige geografische Distribution der Cloud, hohe Mobilität und eine sehr große Anzahl involvierter Netzknoten.

Es bedarf noch viel Aufholarbeit in der Produktions- und Arbeitsumgebung in den Unternehmen, der Forschung und des Wissenstransfers für die Industrie 4.0-Perspektive. Noch haben viele mittelständische Unternehmen Vorbehalte und sind wenig cloud-affin. Bedenken bezüglich Performanz, Verfügbarkeit im Sinne einer Zuverlässigkeit des Zugriffs oder der Funktionalität und gefühlte Abhängigkeit stehen im Raum. Gemäß Umfragen sind die Produktionsprozesse der wesentlichen breiten Zielgruppe, dem Mittelstand, bisher oft nicht einmal ausreichend automatisiert. Das wird sich in den nächsten Jahren ändern, da die Unternehmen wettbewerbsfähig bleiben oder werden müssen.

Innovation beginnt im Ablauf. Früher waren Maschinen auf vorbestimmte Arbeitsschritte festgelegt. Mit Industrie 4.0 werden sie schnell auf veränderte Anforderungen reagieren – und das automatisch. Die Maschine entscheidet selbst und so können veränderte Kundenwünsche umgesetzt und auch kleine individuelle Slots wirtschaftlich gefertigt werden. Neue Wertschöpfungsnetzwerke und Kommunikationsplattformen werden sich herausbilden, die Echtzeitvernetzung zwischen Maschinen, Anlagebetreibern und -herstellern möglich machen. Diese Wertschöpfungsnetzwerke müssen grenzübergreifend aufgesetzt sein. Ein Datenaustausch funktioniert über Application Programming Interfaces (API) und andere Schnittstellen überall hin und über Cloud-Umgebungen sehr zeitnah. Bei dem Model »Smart Factory« wird es eine positive Abhängigkeit von XaaS 4.0 geben, wenn sich vernetzte Werkstücke und Maschinen in Echtzeit über ein integriertes »Manufacturing-Execution-System« für die Steuerung herausbilden.

Die Relevanz von Industrie 4.0. Industrie 4.0 ist ein Zukunftsprojekt der Hightech-Strategie der Bundesregierung in Zusammenarbeit mit Forschung und Entwicklungsvorhaben wird dieser IT-Trend finanziert und von der Politik aktiv vorangetrieben. Um als führende Ausrüsterindustrie international wettbewerbsfähig zu bleiben, ist deutliche Produktivitätssteigerung in den Betrieben verschiedener Branchen unabdingbar. BITKOM evaluierte für Industrie 4.0 in der Zukunft wichtige Branchen. Das sind vor allem die Chemie, der Maschinenbau, die Hersteller von Kraftfahrzeugteilen, Elektrische Ausrüster, die Informations- und Kommunikationstechnologie und die Landwirtschaft. Der Verband erwartet über diese -Schlüsselbranchen eine Produktivitätssteigerung von 78 Milliarden Euro bis zum Jahr 2025.

Der Weg ist das Ziel! Es braucht noch viele Jahre, bis Industrie 4.0 raumgreifende Realität in den Köpfen und in dem operativen Betrieb von Unternehmen ist, aber sie kommt gesichert auf uns zu. Große internationale Konzerne wie BMW werden die ersten realen Umsetzer sein, kleine und mittlere Unternehmen werden adaptiv folgen. Die BMW-Vision ist es, dass Ingenieure als Simulation den Bau eines neuen Autotyps im Voraus komplett planen können.

Sich als globaler Cloud-IaaS-Provider und Rechenzentrumsbetreiber in den nächsten Jahren auf diese Ver-netzung und Interaktion zwischen Maschinen untereinander und verschiedenen Standorten einzustellen, ist opportun, um federführend zu agieren.


Dr. Béla Waldhauser, Chief Executive Officer der Telehouse Deutschland GmbH (Frankfurt/M.) 

Titelbild: Shutterstock.com/Yuganov Konstantin