IBM und die nächsten 7 Etappen zur Industrie 4.0 1

Es gibt drei Handlungsfelder für die IT:

  1. Insbesondere für die Fertigungsindustrie bedeutet die zunehmende Digitalisierung, dass Systeme und Maschinen herstellerunabhängig – teilweise sogar firmenübergreifend und global – vernetzt werden müssen. Über IT-Technologien müssen effektive Standardisierungen erreicht und der gesamte Produktlebenszyklus individuell an Kundenwünsche und Losgröße 1 angepasst werden.
  2. Die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0 kann nur über gemeinschaftliche Standards und firmenübergreifende Kooperationen erlangt werden. Auf der Hannover Messe 2015 präsentierte sich IBM in diesem Zusammenhang als ein neues Mitglied des SmartFactoryKL-Netzwerks. Innerhalb dieser Demonstrations- und Forschungsplattform, in dem das Kompetenzzentrum SmartFactoryKL mit insgesamt 16 Industriepartnern innovative Fabriksysteme sowie die weltweit erste herstellerübergreifende modulare Industrie 4.0-Anlage entwickelt, wird sich IBM auf Aspekte wie operationale Exzellenz, Transparenz in Echtzeit, vorausschauende Instandhaltung und Qualitätssicherung konzentrieren.
  3. Ein weiteres Kernelement von Industrie 4.0 ist das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). IBM hat Ende März 2015 angekündigt, in den kommenden vier Jahren drei Milliarden US-Dollar in den Aufbau einer neuen Internet of Things (IoT)-Einheit zu investieren. Das Unternehmen hat bereits eine Internet of Things Foundation (IoT Foundation) – ein vollständig verwalteter Cloud-Service für Industrie 4.0-Anwendungen gegründet. Entwickler können Geräte hierüber einfach mit der Cloud vernetzen und binnen weniger Minuten Applikationen entwickeln, die Daten sammeln und daraus unternehmensrelevante Informationen in Echtzeit generieren.

Industrie 4.0 ist eine Reise mit vielen Etappen, unterschiedlichen Destinationen und Teilnehmern. Ein Beispiel ist die Automobilproduktion. Für sie lag der Start bereits in der Vergangenheit mit der Einführung von Industrierobotern, Data Mining-Systemen und mehr oder weniger umfassenden Automatisierungskonzepten.

Martina Koederitz, Vorsitzende der Geschäftsführung von IBM Deutschland zu den Chancen, die sich durch Industrie 4.0 für den Standort Deutschland ergeben.

Noch 7 Schritte

Doch die Reise geht weiter. Und die Effizienzgewinne liegen auf den nächsten Etappen nicht mehr nur in der Automatisierung, sondern vielmehr in den digitalen Wertschöpfungsnetzwerken zwischen Entwicklung und Produktion, zwischen Herstellern und Kunden sowie zwischen betriebswirtschaftlichen Prozessen und Fertigung. Die Etappen, veranschaulicht IBM mit real verfügbaren Lösungen für ein fiktives Unternehmen aus der Automobilindustrie:

1. Engineering und Softwareentwicklung
2. Produktion und Integration
3. Transparente Lieferketten
4. Fahrzeug-Lifecycle-Management und Predictive Maintenance
5. Security und Betriebssicherheit
6. Energiemanagement
7. Neue Services und erweiterte Geschäftsmodelle

1. Engineering und Softwareentwicklung
Das Thema Softwareentwicklung gewinnt für die Automobilindustrie massiv an Bedeutung. Denn der wertmäßige Anteil von Software in den Fahrzeugen, in der Produktion und in den automobilen Wertschöpfungsketten steigt von Jahr zu Jahr. Hier steckt zusätzliches, enormes Innovationspotenzial für den Maschinen- und Fahrzeugbau. Gegenwärtig stocken daher sehr viele Unternehmen der Fertigungsindustrie ihre Entwicklermannschaften rasant auf, aus kleinen Abteilungen werden in kürzester Zeit weltumspannende Entwicklungslabors. Umso entscheidender wird eine Orchestrierung der damit verbundenen Entwicklungsarbeit, die oft rund um den Globus in unterschiedlichen Teams und in enger Abstimmung mit den Zulieferern stattfinden muss.

IBM bietet hierfür die offene IBM Rational Jazz-Plattform. Sie ist ein Werkzeug für das Lifecycle-Management von Software-Anwendungen (Application Lifecycle Management) und ermöglicht die flexible Softwareentwicklung im Team. Hiermit können die Anforderungen erfasst, die Entwürfe dokumentiert, die Software erstellt, gewartet und weiterentwickelt werden.

Auf der diesjährigen Cebit hat IBM am Beispiel einer integrierten Software-Plattform für Robert Bosch gezeigt, wie intelligente und vernetzte Produkte effizienter und präziser entwickelt werden können. Die Engineering-Plattform basiert auf offenen Standards und IBM Design Tools, sie lässt sich innerhalb kurzer Zeit auf Tausende von Entwicklern, Technikern, Partnern und Kunden erweitern. Durch die Einbindung aller Beteiligten der Zulieferkette und durchgängige Bereitstellung der erforderlichen Daten wird sie damit zu einem Eckpfeiler der langfristigen Vision von Bosch: eine branchenübergreifende Zusammenarbeit, dank der immer intelligentere und sicherere Fahrzeuge zeitnah in den Markt starten können.

2. Produktion und Integration
Am Beispiel einer integrierten Produktion bei der Triebsatzmontage bei einem der größten deutschen Automobilhersteller wird deutlich, wie die vertikale Integration von Produktionsprozessen aussehen kann: Standard Software ermöglicht es, dass alle am Produktionsprozess beteiligten Geräte untereinander (vertikal) kommunizieren beziehungsweise Daten austauschen können.

Das ist bisher meist nicht der Fall, gegenwärtig führen oft alle Geräte als proprietäre Systeme ihr Eigenleben. Das treibt etwa bei Neukonfigurationen oder Fehlersuche und -behebung die Kosten massiv in die Höhe.

Der sogenannte Shopfloor-Integration-Demonstrator sorgt für Abhilfe: Er integriert die komplette Informationsbereitstellung für Mensch und Maschine, erlaubt die nahtlose Kontrolle und Ergebniserfassung sowie eine durchgängige Teile- und Karossenidentifikation. Damit wird er gleichzeitig zu einem intelligenten IT-gestützten Assistenzsystem, einem Helfer und Berater für den Werker. Das Besondere ist hierbei der Einsatz von Standard-Software der IBM, die eine SOA-basierte vertikale Integration der Maschinen und Facilities möglich machen. Diese vertikale Integration sorgt für eine Vereinheitlichung der Konfiguration und schafft damit gleichzeitig die Grundlage für Plug-&-Play oder Plug-&-Produce. Das Konzept hat IBM gemeinsam mit der M+W Group, einem der führenden Spezialisten für Prozessautomation, entwickelt.

3. Transparente Lieferketten
Im Rahmen von Industrie 4.0 geht es sowohl um die horizontale als auch um die vertikale Integration von Prozessen. Dabei wurde der vertikalen Integration, also dem Durchgriff auf Daten vom ERP-System bis hin zur Fertigungsebene, speziell in der Automobilbranche schon immer große Aufmerksamkeit geschenkt. Seit einiger Zeit rückt nun auch die horizontale Integration von Prozessen entlang der Lieferkette in den Fokus. Denn Störungen in der Lieferkette haben sofort große Auswirkungen auf die Produktion und bremsen die Automatisierung und Optimierung der Produktionsprozesse aus.

Die IBM Transparent Supply Chain bietet einen kontinuierlichen Einblick in die Lieferprozesse und informiert über alle externen Einflüsse. Sie liefert Prognosen über mögliche Störungen und schafft damit die Grundlage für eine möglichst reibungslose Produktion.

IBM selbst hat vor über zehn Jahren mit der horizontalen Integration über Länder- und Firmengrenzen hinweg begonnen. Dabei wird mittlerweile auch intelligente Analytics-Software eingesetzt. Sie hilft bei der Optimierung von Entscheidungen und Prozessen. Basis hierfür ist das IBM Intelligent Operation Center, das sowohl IBM Mitarbeitern als auch den Supply-Chain-Partnern Visibilität und Real-Time-Kollaboration ermöglicht. Ein Control-Tower überblickt die globalen Risiken in der Lieferkette und hilft beim Erfassen und Beheben von Engpässen oder anderen Störungen. Ziel ist es, durch vorausschauende Alarmmeldungen die Störungen in der Lieferkette möglichst gering zu halten. Basis hierfür sind neu definierte Indikatoren, die permanent den Puls einer Lieferkette fühlen und Risiken erkennen. Damit kommt IBM ihrer Vision einer intelligenten, selbstheilenden Lieferkette einen großen Schritt näher.

Dieser Ansatz lässt sich sehr gut auf die Automobilindustrie übertragen. Angesichts weiter steigender Anforderungen im Hinblick auf Themen wie Time-to-Market, Globalisierung und Losgröße 1 (Herstellung möglichst individueller Fahrzeuge) kann die transparente Lieferkette einen wichtigen Beitrag leisten.

4. Fahrzeug-Lifecycle-Management und Predictive Maintenance
Die Rückrufquoten aller Automobilhersteller steigen, auch wenn die deutschen Fahrzeugbauer zu den besten der Welt gehören. Wesentliche Ursachen sind die technische Komplexität der Fahrzeuge, immer kürzere Entwicklungszyklen und weiter zunehmender Kostendruck. Um die wachsende Komplexität bei immer kürzer werdenden Entwicklungszeiten zu beherrschen, gewinnen Themen wie Predictive Maintenance (Prävention) und Qualitätssicherung, die bereits zum Zeitpunkt der Produktion stattfinden, unter dem Kürzel PMQ (Predicitve Maintenance & Quality) zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen eines durchgängigen Fahrzeug-Lifecycle-Managements sorgt PMQ dafür, dass die Fahrzeuge zuverlässiger und sicherer werden, die Rückrufquoten deutlich sinken und Fahrzeuge seltener in die Werkstätten müssen. Damit werden sowohl im Betrieb als auch in der Herstellung Zeit und Kosten gespart, Image Schäden vermieden und die Kundenzufriedenheit sowie auch ihre Treue erhöht.

Auf der Cebit hat IBM unter anderem ein PMQ-Pilotprojekt vorgestellt, das momentan in der Qualitätskontrolle bei einem der größten deutschen Automobilzulieferer getestet wird. Es handelt sich dabei um Schalterplatten, deren einwandfreier Zustand mithilfe optischer Sichtprüfungsgeräte kontrolliert wird, wobei häufig so genannte Pseudofehler konstatiert werden, die daher eine weitere manuelle Prüfung unerlässlich machen. Ziel des PMQ-Pilotprojekts ist es nun, anhand von historischen Daten aus den Sichtprüfungsgeräten und der manuellen Prüfung Modelle zu erstellen, die helfen, den manuellen Prüfaufwand erheblich zu reduzieren, weil Pseudofehler bereits von der PMQ-Software erkannt werden.

5. Security und Betriebssicherheit
Während die klassische Unternehmens-IT über die vergangenen Jahre hinweg immer besser ausgestattet wurde, um auf Sicherheitsvorfälle zu reagieren, gestaltet sich die Absicherung industrieller Infrastrukturen meist als sehr viel schwieriger. Mit der Umsetzung von Industrie 4.0-Projekten beziehungsweise der Absicherung des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT). rollt daher die nächste große Welle an Sicherheitsherausforderungen auf die Unternehmen zu.

Laut den Analysten von IDC werden bis zum Jahr 2020 mehr als 30 Milliarden Geräte an das IoT angeschlossen sein, ein guter Teil davon betreffen Industrie-4.0-Projekte. Sie öffnen quasi die Scheunentore für bisher nicht gekannte Sicherheitsbedrohungen.

Die gilt insbesondere dann, wenn ältere Maschinen im Spiel sind und Maschinen im Zuge von Industrie 4.0 direkt an das Internet angekoppelt werden. Untersuchungen zeigen, dass im Durchschnitt erst nach 242 Tagen eine Attacke erkannt wird, was zu dramatischen Folgen in der industriellen Fertigung führen kann. Denn es macht einen Riesenunterschied, ob ein E-Mail-Server für vier Stunden nicht mehr arbeitet oder ob das System der Fahrzeugschlüssel-Codierung ausfällt, was sehr schnell zu Produktionsproblemen in der Fertigung führt. Oder der Lackierroboter manipuliert wird, der dann zu dünne Lackschichten aufträgt, was wiederum noch Jahre später zu Rückrufen führen kann. Hinzu kommt: Moderne Angriffe sind komplex, verschlüsselt, verschachtelt, nutzen „legitime“ Kommunikationswege und sind sozusagen minimal invasiv. Die Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten verlangt daher eine neue Sicherheitsstrategie, die mehrere Schritte umfasst:

1. Harmonisierung klassischer und industrieller Sicherheitsmaßnahmen
2. Kontinuierliches Sicherheits-Monitoring auch in Kontroll- und Prozessnetzen
3. Risikoanalysen und Forensik in Echtzeit
4. Schnelle Reaktionsmöglichkeiten

IBM bietet unter dem Stichwort „Industrial Security“ Unternehmen das notwendige Rüstzeug, um die Gefahren, die ihren Ursprung in sich dynamisch entwickelnden Netzwerken haben, möglichst effektiv abzuwehren. Wobei es eine hundertprozentige Sicherheit niemals geben wird. Doch es gilt, zumindest für die wichtigsten Unternehmensdaten den maximalen Schutz zu gewährleisten. IBM hat ihr konzentriertes Sicherheits-Know-how in ihrem IBM Security Framework zusammengefasst. Dazu gehören Sicherheitsanalysen, Identitäts- und Zugriffsmanagement, Anwendungssicherheit, Schutz der IT-Infrastruktur, aber auch Lösungen gegen Betrugsversuche und für den Datenschutz. Viele der IBM Lösungen, wie das Virtual Patching für die Absicherung nicht veränderungsfähiger Produktionsanlagen, sind dabei branchenweit einzigartig.

Im Kontext von Industrie 4.0 ist insbesondere IBM QRadar, eine Security Intelligence- und Analyse-Plattform für umfassende Threat Detection zu erwähnen. QRadar identifiziert unter anderem interne und externe Angriffe und Betrug, konsolidiert Datensilos und liefert Risikovorhersagen.

Die Plattform ist laut Marktanalysten führend beim Thema Sicherheitsinformations- und Ereignismanagement (SIEM), sie ermöglicht die Analyse von Unregelmäßigkeiten und Anomalien, forensische Untersuchungen und Schwachstellenmanagement.

Durch die Nutzung mobiler Geräte und moderner Apps ergeben sich ebenfalls neue Einsatzfelder für betriebliche Notsignal-Systeme. Allerdings basieren die bisherigen Systeme meist auf proprietären Technologien, auf die mobile Lösungen bisher nicht zugreifen können – die notwendigen Schnittstellen fehlen.

Hier greift die API (Application-Programming-Interface) Management Lösung von IBM: Sie ermöglicht es, dass die Funktionalitäten vorhandener Systeme von modernen Apps ganz einfach aufgerufen werden können. Auf der Cebit zeigte IBM, wie in einer Gefahrenzone auf dem Smartphone oder einem anderen mobilen Gerät eine ‚Track me‘ Funktion aktivieren werden kann, die permanent die Positions-Daten erfasst und zentral speichert. Gibt es ein Problem, kann über den ‚Alarm‘- Button das Notfall-System direkt aktiviert werden. Und da die Positions-Daten bekannt sind, können entsprechende Hinweise gezielt an einzelne Personen oder auch ganze Gruppen verschickt werden.

6. Energiemanagement in Produktionsbetrieben
Nicht nur für Produktionsstätten in der Automobilindustrie, sondern für alle digitalen Fabriken der Zukunft werden Gebäudeautomation und Energiemanagement immer wichtiger. Durch intelligentes Energiemanagement lassen sich sowohl Kosten reduzieren als auch erneuerbare Ressourcen schonen. Zudem wird die Umwelt weniger belastet.

IBM bietet mit ihrem Intelligent Building Management (IIBM) ein Bündel ausgereifter Software-Lösungen für ein umfassend integriertes Energie- und Facilitymanagement. Auf der CeBIT zeigte IBM zudem eine Solar Panel-Demo, bei der mit Hilfe der Auswertung und Analyse von Kamerabildern (Sky Camera) sowie weiterer Wetterdaten die geeignete Versorgung mit Sonnenenergie für eine Fabrik gesichert wird – auch dies ist eine wichtige Etappe auf dem Weg zu Industrie 4.0. Entwickelt wurde die neue Wettervorhersage-Plattform im Auftrag des US-amerikanischen Energieministeriums. Sie liefert gegenwärtig tägliche Wetterprognosen für über 1600 Orte in den USA und ist im Vergleich zu numerischen Wettermodellen um 30 Prozent präziser.

Damit kann der Einsatz erneuerbarer Energien wie Wind und Sonne wesentlich genauer geplant werden. Die Plattform arbeitet mit Cloud-, Cognitive-Computing- sowie Big-Data-Technologien.

7. Neue Services und erweiterte Geschäftsmodelle
Die digitale Vernetzung in der Automobilindustrie findet auch jenseits des Fahrzeug-Lifecycles im engen Sinne ihre Fortsetzung und mündet in neue Geschäfts- und Servicemodelle, die einige Automobilkonzerne mit hohem Investitionsaufwand vorantreiben.

Ein Beispiel sind die Mobilitätsdienstleistungen von Moovel, einem Tochterunternehmen von Daimler. Moovel nutzt hierfür die Cloud Infrastruktur von IBM. Das Unternehmen ist mit der Marke Car2go der weltweit führende Anbieter beim Carsharing. Mit der Marke bietet die Gesellschaft nun zudem eine intuitiv bedienbare Smartphone-App, die es dem Kunden erlaubt, verschiedene Mobilitätsangebote zu vergleichen und so den für ihn optimalen Weg von A nach B zu finden. Weitere Betätigungsfelder sind unter anderem die Entwicklung von innovativen Lösungen beim Suchen und Buchen von Parkplätzen sowie Carsharing Angebote für gewerbliche Flotten.

Die Daimler-Tochter nutzt die Cloud, um ihre IT sicher und flexibel an aktuelle und zukünftige Anforderungen anzupassen. Dank Managed Services lässt sich auch die Bereitstellung der IT-Infrastruktur automatisieren. Dazu gehören ebenfalls so genannte DevOps Services, die die Entwicklerteams von moovel unterstützen. DevOps – ein Kunstwort aus den englischen Begriffen Development und Operations – bilden hierbei die Brücke zwischen Anwendungsentwicklung und ITBetrieb.

Ein weiteres Highlight ist Car2go black, ein neues Carsharing-Angebot, bei dem direkt über eine mobile Smartphone-App der komplette Mietprozess gesteuert wird, das heißt, verfügbare Autos können gefunden und reserviert, der Mietprozess gestartet und wieder beendet werden. Eine Chipkarte ist nicht mehr notwendig – ein Novum. Damit alle Prozesse rund um die Anmietung (u.a. Standort, Zustand, Mieter) bidirektional in einer IoT-Umgebung gesteuert werden können, verbindet moovel das Auto und die App mit einer sicheren Echtzeit-MQTT-Lösung (MQTT = MQ Telemetry Transport, ein Standard Kommunikations-Protokoll für das Internet der Dinge).

Moovel zeigt, wohin die Reise bei diesem Thema gehen wird: zu digital vernetzten Wertschöpfungsketten mit flexiblen und gleichzeitig hochindividualisierten Mobilitätsangeboten, die dem Reisenden der Zukunft die jeweils geeignetsten Optionen liefern. Daimler wird damit vom Autohersteller und Verkäufer zum Mobilitätsdienstleister.