Statusabfrage Industrie 4.0

Kritische Gedanken zur vierten industriellen Revolution

Wenn einer eine Reise tut, dann will er was erleben und sollte sie deshalb gut vorbereiten, damit er das Gewünschte auch tatsächlich erlebt. Wenn die Reisevorbereitungen sehr früh stattfinden, dann ist die Vorfreude länger. Wenn sie aber viele Jahre vorher stattfinden, dann verliert man eventuell die Lust daran oderverliert sogar das Ziel aus den Augen. Auch die Reise- und Zielbedingungen werden sich mit der Zeit verändern. Sollte man deshalb besser nicht reisen oder die Vorbereitungen erst spät beginnen? Welche offenen Fragen müssen vor Antritt einer Reise beantwortet werden? Welche Routen stehen zu welchem (auch finanziellem) Aufwand zur Verfügung? Wie stellen wir uns das Ziel vor? Wann wären wir enttäuscht?

Kritische Gedanken zur vierten industriellen Revolution
Wenn einer eine Reise tut, dann will er was erleben und sollte sie deshalb gut vorbereiten, damit er das Gewünschte auch tatsächlich erlebt. Wenn die Reisevorbereitungen sehr früh stattfinden, dann ist die Vorfreude länger. Wenn sie aber viele Jahre vorher stattfinden, dann verliert man eventuell die Lust daran oderverliert sogar das Ziel aus den Augen. Auch die Reise- und Zielbedingungen werden sich mit der Zeit verändern. Sollte man deshalb besser nicht reisen oder die Vorbereitungen erst spät beginnen? Welche offenen Fragen müssen vor Antritt einer Reise beantwortet werden? Welche Routen stehen zu welchem (auch finanziellem) Aufwand zur Verfügung? Wie stellen wir uns das Ziel vor? Wann wären wir enttäuscht?

Ist Industrie 4.0 die „reale Zukunft“, etwa so wie das mit Batterien betriebene Elektroauto? Industrielle Revolutionen, die federführend von Politikern geplant werden, haben nur eine geringe Marktchance. Politiker wollen oftmals innovativ und modern erscheinen, sodass langfristige Ziele es grundsätzlich schwer haben, realisiert zu werden. Dem Erdgasantrieb hilft es nicht, dass er wirtschaftlich und aufgrund der Gesamtumweltbelastung derzeit die beste Lösung darstellt, wenn es weder attraktive Erdgasautos zu kaufen gibt noch in die Infrastruktur investiert wird und batteriebetriebene Elektrofahrzeuge aus Sicht der Politiker besonders förderungswürdig sind. Wenn das, was als Industrie 4.0 propagiert wird, auch wirtschaftlich Sinn machen soll, dann werden statt abstrakter Visionen konkrete Pläne benötigt.

Zielüberprüfung
Könnte Industrie 4.0 einfach eine weiterentwickelte Automatisierung sein? Ein „Autopilot“ , der vollautomatisch komplexe Aufgaben übernimmt, benötigt keine Vernetzung, um zu funktionieren. Nach derzeitiger Definition werden Informationen bei Industrie 4.0 nicht ausgetauscht, sondern jeder Teilnehmer stellt sie zur Verfügung und der, der sie braucht, nimmt sie sich. Natürlich kann es hier Einschränkungen zum Datenschutz geben, das heißt, der Empfänger braucht eine Empfangsberechtigung, aber er schickt nicht zwangsläufig eine Empfangsbestätigung an den Sender. Ein Reisender wird auf seinem Weg erhebliche Mühen aber nur akzeptieren, wenn das erwartete Ziel die Strapazen vermutlich wert sein wird, das heißt, der praktische Nutzen muss im Vordergrund stehen. Wenn aber jeder große Anlagenlieferant seine eigene Suppe im stillen Kämmerlein kocht, wird der Kunde sie dann gerne löffeln oder wegen der unbefriedigenden Auswahl lieber gewohnte Gerichte bestellen?

Deshalb werden grundsätzlich zwei Problemkreise identifiziert:
– Jeder Datenlieferant muss eine weltweit einmalige Adresse bekommen.
– Die Schnittstelle zur Datenbereitstellung muss genormt werden.

Wenn sie sich weltweit durchsetzen soll, dürfen für die Nutzung und Bereitstellung der Schnittstelle keine (Lizenz-)Gebühren anfallen und alle Details zur Schnittstelle müssen öffentlich zugänglich sein.

Aktueller Stand
Nach einer Veröffentlichung der internationalen Fernmeldeunion (www.itu.int/en/ITU-D/Statistics/Documents/facts/ICTFactsFigures2016.pdf abgerufen am 15. August 2016) werden 50 Prozent der Mobilfunkverträge in Schweden für Maschinen abgeschlossen, sogenannte M2M (machineto machine) Verträge. Das sind zehnmal mehr als in Deutschland. Aber brauchen Maschinen tatsächlich einen eigenen Mobilfunkvertrag oder kann die Kommunikation auch über ein internes kabelgebundenes Ethernet erfolgen? Wie schnell muss die Datenübertragung sein? Vor 30 Jahren, als Daten noch mit 1200 Baud (entsprechend 0,0096 Mbit/s) übertragen wurden, kam außer ASCIICode kaum etwas anderes infrage. Heute wird diskutiert, ob eine Verbindung mit 25 Mbit/s schnell genug ist. Die üblichen Angaben beziehen sich auf die maximal mögliche Downloadgeschwindigkeit, die reale Downloadgeschwindigkeit ist aber in der Praxis erheblich geringer und die Uploadgeschwindigkeit beträgt real meistweniger als ein Zehntel der bestellten maximalen Downloadgeschwindigkeit.

Die Schwankungen oder regelmäßig auftretenden Beeinträchtigungen der Datenübertragungsrate der Mobilfunknetze sind höher als beim Festnetz. Schlussfolgerungen auf Grundlage der zuvor genannten Statistik der Fernmeldeunion zu ziehen, wäre rein spekulativ und bestenfalls als Rechtfertigung einer politischen Entscheidung zum Netzausbau mit Steuergeldern zu gebrauchen.

Die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist vermutlich das geringste Problem bei der Vernetzung von Maschinen. Wenn man den Bereich der Messung der Qualitätsparameter in der Getränkeindustrie betrachtet, ergibt sich heute folgendes Bild:

Aktuell wird sowohl im Herstellungsprozess, also Inline gemessen, als auch das abgefüllte Gebinde „at Line“, also nach dem Herstellungsschritt geprüft. Firma Steinfurth, die sich auf die At-Line-Messtechnik in der Getränkeindustrie spezialisiert hat, verfolgt seit einigen Jahren das Konzept Daten verschiedener At-Line-Einzelmesssysteme unterschiedlicher Hersteller mit unterschiedlichen Schnittstellen und unterschiedlichen Datenübertragungsprotokollen zusammenzufassen.

Als Datensammler und übersetzer oder Master des Compact-Package- Analyzer-Konzepts fungiert gegenwärtig in den meisten Fällen das Gerät zur vollautomatischen Kontrolle der Aufdrehwerte von Schraubverschlüssen, das Drehmomentmesssystem TMS 4000/4010 oder 5010. Die an den Einzelsystemen erzeugten Messdaten werden zentral am automatischen Drehmomentmesssystem zusammengeführt und sind in Echtzeit via Ethernet-Schnittstelle verfügbar.

Gegenwärtig können neben den Aufdrehwerten auch die Refraktion (Brix), die CO2-Konzentration im Gebinde, der pH-Wert, die Leitfähigkeit und der Füllstand erfasst und zentral im offenen Protokoll über eine Ethernet- Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden. Inline wird an zahlreichen Stellen gemessen. Druck, Temperatur und Durchfluss werden beispielsweise am Premixer und am Füller erfasst und an die Maschinensteuerung als analoges oder als BUS-Signal übermittelt. Die Maschinensteuerung ist üblicherweise über einen Datenbus an ein übergeordnetes System angebunden. Andere

Inline-Messsysteme wie Leitfähigkeit, Dichte oder Säurekapazität haben eigene Datenschnittstellen. Ihre Messwerte werden ebenfalls an das übergeordnete System übermittelt. Eine Verknüpfung und Auswertung der Daten erfolgt manuell oder gar nicht. Eingriffe in den Prozess werden, nach Einzelwerten oder nachdem die Ergebnisse manuell verifiziert wurden, eingeleitet.

Durch die kreative Kooperation zwischen einem innovativen At-Line-Systemanbieter und einem experimentfreudigen und technologiefokussierten Getränkehersteller mit einem eigenen Betriebsdaten-Softwareentwicklungsteam wurde ein alltagstaugliches, offenes, zurzeit noch „teilvernetztes“ Konzept in die, dem Produktionsprozess eingebettete, Qualitätssicherung verwirklicht.

Fehlende Bausteine
Was aktuell noch nicht in standardisiertem Umfang erfolgt, ist die Zusammenführung der Messstellen im Herstellungsprozess. Eine standardisierte offene Schnittstelle für Inlineund At-Line-Messungen ist unabdingbar erforderlich. Anwender und Anbieter von Produktionsanlagen müssten definieren, welche Daten sie in welcher Qualität benötigen und welchen Mehrwert dies für den Kunden hätte.

So wie es keinen Sinn macht, dass jeder Druckaufnehmer seine Daten direkt verteilt und es weiterhin die Maschinensteuerung sein wird, die diese Daten sammelt und weiterleitet, so wichtig ist es, eine Systematik zu schaffen, die die Zuordnung der Daten vereinfacht. Natürlich wäre es grundsätzlich denkbar, dass eine zentrale Stelle Nummern chaotisch vergibt, sodass das Stellventil im Einlauf des Füllers in jedem Betrieb und bei jeder Anlage keinerlei logische Verbindung zu einem identischen Bauteil in einer anderen Anlage hat.

Es wäre aber auch denkbar, dass zunächst jeder Betreiber oder Hersteller einer Maschine eine Kennzeichnung erhält. Wenn zum Beispiel der Hersteller eine Kennzeichnung erhielte und die Maschinen- oder Anlagennummer im Schlüssel wäre, müssten sich die führenden Anbieter einer Produktgruppe darauf einigen, dass identische Bauteile auch identische Teilkennzeichnungen erhalten. Nur so wäre es möglich, den Auswerteaufwand überschaubar zu halten. Bei Kraftfahrzeugen kennt man die Herstellerkennzeichnung und die Fahrgestellnummer. Ein vergleichbares System könnte möglicherweise ein Lösungsansatz sein.

Ausblick
Durch Analyse der Korrelation der At-Line-Ergebnisse mit den Inline- Systemen birgt die aktuell noch manuelle Anlageneinstellung in Zukunft erhebliches Optimierungspotenzial. Werden beispielsweise die Echzeitdaten der At-Line-Füllstandsmessung zukünftig mit den Inline-Messdaten der Fülltechnik verknüpft und über eine gewisse Karenzzeit Erfahrungswerte gesammelt, ist eine automatische Regelung der Fülltechnik mit At- Line- und Inline-Referenzparametern vorstellbar.

Wenn zum Beispiel Stellglieder sich außerhalb der Toleranz befinden, können Steuerungseingriffe in Verbindung mit der Auswertung von Analysedaten Störungen und Alarmmeldungen verhindern und die Betriebssicherheit und Produktivität erhöhen.

Aller Voraussicht nach werden diejenigen Hersteller von Inline- und At-Line-Messtechnik das Rennen machen, die sich am schnellsten zusammenfinden und Erfahrungen über die korrelierenden Ergebnisse ihrer Systeme sammeln und dem Kunden somit einen erheblichen Mehrwert bieten können. Für eine weltweit produzierende Getränkemarke würde hierdurch die oft postulierte, lobenswerte Vision einer global standardisierten Produktqualität zu einem real erreichbaren Ziel umgewandelt werden.

Fachleute aus der Getränke- und aus der Zulieferindustrie müssen sich möglichst unter Beteiligung von qualifizierten Forschungsinstituten sehr bald zusammensetzen, um zum einen mögliche wirtschaftliche Vorteile durch Vernetzung zu postulieren und zum anderen die Standardisierung und Normung voranzutreiben. Ohne diese beiden wichtigen Problemkreise endet die Reise irgendwo auf dem offenen Meer in einem leckgeschlagenen Boot ohne Aussicht auf rettende Hilfe.

Quelle: Redaktion Brauindustrie und BBIE, November 2016