Industrie 4.0 – Vortrag von Johann Hofmann

18. April 2016 von Christine Hassler - Keine Kommentare

Wir befinden uns in einem bedeutenden Wandel in der Arbeitswelt und nicht nur in der Arbeitswelt, sondern in allen Bereichen, die die Digitalisierung berührt. – Mit diesen einleitenden Worten begann Johann Hofmann, Diplom-Ingenieur (FH), Erfinder und Entwickler des ValueFacturing®, Leiter ValueFacturing® in der Maschinenfabrik Reinhausen, Experte für Datenmanagement in der Fertigung und Autor seinen Vortrag über Industrie 4.0 vor den Wirtschaftsjunioren Memmingen-Unterallgäu vergangene Woche.

Um eine Idee zu bekommen, welche Dimension dieser Wandel hat, welche Bereiche des Lebens er damit prägt, und der Zeitspanne, in der sich dieser Wandel im Vergleich zu den vorhergehenden großen Wandlungen innerhalb der Produktion und dadurch bedingt, des alltäglichen Lebens vollzieht, gibt er uns zunächst einen raschen Überblick über die Vergangenheit.

Als Industrie 1.0 wird die erste industrielle Revolution bezeichnet, in der man von der reinen Muskelkraft überging in mechanische Kraft durch mechanisch betriebene Maschinen und Produktionsanlagen. Sie startete um 1800, und beinhaltet den Einsatz von Dampfmaschinen ab dem frühen 18. Jahrhundert. Die frühe Industrie bahnte sich parallel ihren Weg in neue Bereiche wie die ersten Eisenbahnen, die Schwerindustrie, Kohleabbau, Dampfschifffahrt, Verkehr, Textildruck, etc.

Industrie 2.0 ist die heutige Einordnung der 2. Industriellen Revolution, die mit der Einführung der Elektrizität als Antriebskraft  un der Massenproduktion durch Fließbänder Ende des 19. Jh. einherging. Parallel zur Entwicklung der Automobile ab Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Arbeit weiter automatisiert. Es entstanden Fließbänder und Fabrikhallen. Gleichzeitig ist in diese Phase der Beginn der modernen Forschung und Medizin einzuordnen, und damit einhergehend die Entstehung von Kunststoffproduktion und der Pharmaindustrie.

Die Industrie 3.0 als 3. Industrielle Revolution ist bestimmt durch die Erfindung des Computers. Zunächst, in den 1940er Jahren in Form von großen Rechenmaschinen, die in Großfirmen zum Einsatz kamen. Nur 30 Jahre später, mit der Erfindung des Mikrochip, bildete der Personal-Computer für Büro und Haushalt einen neuen Industriezweig, veränderte die Berufswelt wie auch die private Welt maßgeblich und bildete die Grundlage für die nächste große Revolution:

Industrie 4.0 – Vortrag Johann Hofmann, Memmingen, April 2016

Die Industrie 4.0. Hier liegt ein Fokus auf der Digitalisierung. – Eine umfassende digitale Transformation von (fast) allem, was uns umgibt. Und, so Johann Hofmann, die Digitalisierung ist nicht mehr umkehrbar. – Wie im Grunde jede Art von Evolution irrevisibel, als nicht umkehrbar ist. Frühere, analoge Techniken werden nun ersetzt durch digitale, Arbeitsprozesse werden noch einmal stark beschleunigt und die Produktion von Gütern wird zur digitalen Hochleistungsproduktion.

Doch bevor dieser Schritt vollzogen werden konnte, gab es mehrere Stufen in der Prozessreife. Die absolute Voraussetzung, um diesen Schritt in die Digitalisierung zu vollziehen war, betont Johann Hofmann, das „Lean – Management“, die Lean-Organisation aller Prozesse.

Lean-Organisation

Das Lean-Management („schlankes“ Management) / die Lean-Organisation umschreibt ein Konzept, das darauf abzielt, jede Form von Verschwendung, Fehlern und unnötigen Kosten zu vermeiden, bei gleichzeitigem Streben nach bestmöglicher Effizienz und Qualität. Der Begriff Lean (schlank) ist deshalb sehr passend, speckt er doch alles Unnötige ab, reduziert auf das Wesentliche, dezimiert so auch Fehlerquellen oder negative Begleiterscheinungen und kanalisiert die eingesetzten Ressourcen auf ein optimales Ergebnis – wie eine gute Diät.
Vor allem aber machte es die Digitalisierung erst möglich.

Der Schritt von den analogen zu digitalen Technologien

Zur Veranschaulichung zeigt Johann Hofmann, der aktiver Zeitzeuge war im Vollziehen des Schrittes von der Industrie 3.0 zur Industrie 4.0, ihn als einen jungen Ingenieur in einer Gruppe, vor einem einzigen Computer: Alles schien noch einfach und die Zeit war geprägt vom Optimismus. Durch die steigenden Herausforderungen und die Beschleunigung der Prozesse wurde aus einfach zunächst schwierig, bis es kompliziert wurde – wir sehen ein Foto von ihm als jungen Ingenieur, der über seinem Computer verzweifelt.

Das Lean-Management vereinfachte wieder das, was schwierig geworden war, und so wurden z.B. Aufgabenbereiche getrennt: Er konnte sich auf seine Aufgabe als Maschinenbau-Ingenieur konzentrieren, während ein IT-Fachmann sich um die Umsetzung in die notwendigen Programme für den Produktionsablauf kümmerte. Eine entscheidende Grundlage für die Entwicklung der Industrie 4.0 war gelegt.

So weit so gut, doch mit Zunahme an Schnelligkeit und Zunahme an Herausforderungen wurde aus kompliziert komplex. Kompliziert ist nicht das Schlimme, sagt Johann Hofmann, denn durch Wissen ist nichts kompliziert. Unübersichtlich wird es, wenn es komplex wird, denn komplex ist gleichbedeutend mit nicht vorhersehbar, nicht planbar.

Prozesse verlieren mit zunehmender Komplexität an Robustheit, und die Lean Methoden schienen irgendwo eine Grenze zu haben, wo es nicht mehr die Lösung dafür bot. Also entwickelte man Assistenzsysteme, die genau dort einsetzten, wo die Lean Methoden nicht mehr weiterhalfen.

Assistenzsysteme

Assistenzsysteme finden wir mittlerweile überall: z.B. befinden sich in einem modernen Auto zahlreiche unterschiedliche Assistenzsysteme. Die Autos wurden effizienter, besser, schneller, nur musste man dann feststellen, dass es bei all dem eine schwer planbare Unbekannte gibt, der den technischen Errungenschaften Komplexität beifügt: Der Mensch. Um eben dem zu assistieren bei Geschwindigkeit, nasser Straße und Kurve wurde z.B. der Bremsassistent entwickelt. Einparkhilfen, Scheibenwischer-Automatik, Tempomat, Abstandswarner… sind Assistenzsysteme.

Apps können Assistenzsysteme sein (z.B. ein Navi…). Der Signalton im Backofen ist eines, die Verriegelung in der Waschmaschine, wenn die Maschine mit Wasser gefüllt ist…nur um einige praxisnahe Beispiele zu nennen.

In der Industrie sind Assistenzsysteme zum Beispiel Alarme, wenn Toleranzen überschritten werden, Signale, wenn ein Rohstoff nachgefüllt werden muss, ein Kühlmechanismus bei Aufheizen einer Maschine…

Kommunikation wurde zu einem Hauptproblem

Im Zuge der Digitalisierung wurde die Kommunikation zu einem der zentralen Probleme. Denn Maschinen oder Roboter sollten miteinander kommunizieren, um die gegenseitige Assistenz besser zu koordinieren, Arbeistprozesse zu harmonisieren, Störungen mitzuteilen u.ä. Zur gleichen Zeit müssen Daten von den Maschinen an verschiedene Stellen übermittelt und erfasst werden wie Produktionsmengen, Ein- und Ausgänge von Gütern, Soll-Ist Daten bei Produkten, etc. zur Kontrolle und für die Planung und Organisation. Welche Art der Kommunikation also wählen bei zunehmender Vernetzung einer zunehmenden Anzahl von Informationsquellen?

Zentrale Strategie und Datenhub

In einem anschaulichen Beispiel zeigt Johann Hofmann den Unterschied zwischen zentraler und dezentraler Kommunikationsstrategie. Haben wir 3 Informationsquellen, die miteinander kommunizieren sollen, haben wir in beiden Fällen noch 6 Schnittstellen. Doch bereits bei 5 Informationsquellen ergeben sich bei der dezentralen Strategie 20 Schnittstellen, während sich bei der zentralen nur 10 Schnittstellen ergeben. Nach oben hin steigt der Unterschied potentiell, was bedeutet: Wenn viele Systeme/Quellen miteinander kommunizieren sollen, führt ein dezentrales System zum Alptraum.

Industrie 4.0 – Vortrag Johann Hofmann, Memmingen, April 2016

Mit einem zentralen Kommunikationssystem wurde also ein entscheidendes Etappenziel erreicht auf dem Weg zur digitalen Hochleistungsproduktion. Ein zentrales System ermöglicht Datenanreicherung, zentralen Zugriff auf die gesammelten Daten von verschiedenen Abteilungen aus, erleichtert die Planung und beschleunigt den Informationsfluss. In der Produktion wird das Umrüsten an Maschinen schneller und effektiver.

„Wir haben damit Wachstum geschaffen, ohne selbst wachsen zu müssen“, sagt Johann Hofmann. Und: Man bräuchte einen skalierbaren Datenhub für die anfallenden Datenmengen. Auf eine Lösung dafür kommen wir später zu sprechen.

Industrie 4.0 – Vortrag Johann Hofmann, Memmingen, April 2016

Was wird weiter benötigt auf dem Weg zur Digitalen Hochleistungsproduktion?

1. Interdisziplinarität – (z.B. ein Mechatroniker, der auch Grundlagen der Informatik beherrscht und eine praxisnahe Idee für die Umsetzung in ein Programm liefern kann, oder umgekehrt, um Verständnis für eine Anwendung zu haben beim Erstellen eines Programmes).

2. Das Einbinden sozialer Medien. – Das können Interessensgruppen sein, die sich über Projekte austauschen, Benutzung von Skype für Konferenzgespräche über Distanz, Linked-In, Xing, Facebook oder Twitter oder Gruppenmitteilungen über Whats-App.

3. Mobile Computing – also mobile Hardware (Tablet, Smartphone, Codescanner, Gerät zum Bestellung aufnehmen in der Gastronomie…Beispiel für die private Anwendung: Smart Home, also per Handy die Heizung seiner Wohnung regeln / Jalousien herunterlassen…) und /oder mobile Software (also Protokolle, Datenformate, Apps…)

4. Virtualisierung – Prozesse werden durch 3-D Programme getestet, bevor sie zur Anwendung kommen (Bsp. HoloLens). Als Beispiel aus dem privaten Bereich: 3-D Pläne beim Hausbau, die ermöglichen, das Gebäude zu durchlaufen. Zukunftsmusik: virtuelle Urlaubskataloge).

5. Smarte Objekte – Ideal: Das „intelligente Werkstück“ – ein Rohling, der sagt, was er werden will. Bekannte Beispiele aus der Praxis: Der Sicherheitschip an den Kleidern im Kaufhaus, oder IBEACON, also bunte, steinförmige Gegenstände, die mit einer Sprachnachricht versehen sind, und z.B. im Museum neben einem Bild angebracht sind. Hat man die passende App dazu auf sein Smartphone geladen, aktiviert sich das IBEACON beim Näherkommen und erzählt über die Geschichte dieses Bildes.

6. Big Data – Daten sind der Rohstoff der Zukunft und dienen als Basis für Wertschöpfung – Rohdaten werden gesammelt, aus den Rohdaten können Analysen erstellt werden (Bsp.: Wettervorhersage, Verkehrslage…).

7. Analyse, Optimierung, Vorhersage. – Durch Musterfindung werden Daten wertvoll. Anwendungsbeispiel: Chip am Schuh eines Fußballers, aufgrund dessen man eine Angriffsstrategie entwickeln kann. Im Fertigungsprozess: Einzeldaten plus Erfahrung ergeben zusammen die Möglichkeit von Vorhersagen im Fertigungsprozess.

8. Internet der Dinge – Neuerung: ab 2017 werden 4 von 5 Neuwagen mit Netzzugang ausgeliefert. Einer von vielen Nutzen davon ist z.B. beim Auto der automatische Notruf bei Verbindung zum Internet durch das Auslösen des Airbags, oder Leitdienste zur nächsten Werkstatt/Hotel, etc.
In der Fertigung besteht damit die Möglichkeit, dass eine Maschine ins firmeninterne Intranet geht, um sich benötigte Informationen zu beschaffen.

9. Internet der Dienste – Beispiele sind Pizzadienst-Apps, Taxi-Apps, Handwerker-Apps, die ermöglichen schnell und gezielt Dienste abzurufen oder Bestellungen aufzugeben.

Durch das Internet der Dinge dreht sich die Fragestellung um „Wie bringe ich Kunden zu mir?“ zur Fragestellung „Wie komme ich zum Kunden?“, macht uns Johann Hofmann aufmerksam.
Zukunftsmusik: Ein Auto, das Signale automatisch ins Internet schickt, wie beispielsweise wann der Scheibenwischer aktiviert wird und in welcher Stufe, um diese Daten zu einem bestmöglichen und zeitnahen Wetterbericht zu verarbeiten…
Internet der Dinge und Internet der Dienste befruchten sich dabei gegenseitig, so Johann Hofmann.

Industrie 4.0 – Vortrag Johann Hofmann, Memmingen, April 2016

 

10. Cyber-Physical-Systems – Das sind Systeme, die software-Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen verbinden, die z.B. über das Internet miteinander kommunizieren. Ein Beispiel: Die Markise, die mit einem Sensor verbunden ist und sich ein- oder ausfährt. Die Verbindung zum Internet ermöglicht, dass sie bei Sturmwarnung automatisch einfährt.

In der Fertigung ermöglichen Cyber-Physische Systeme beispielsweise die Herstellung von Produkten „on demand“, d.h. auf Nachfrage oder nach dem tatsächlichen Bedarf, anstatt „auf Lager“ vorzuproduzieren. Da die Fertigung noch schneller und präziser von statten geht, werden weitere Ressourcen und Abfälle gespart und Lagerflächen minimiert. Wenn sich in der Montage eine Komponente dem Ende zuneigt, kann die Maschine direkt nachbestellen.

Wem gehören Daten?

Eine wichtige Frage muss jedoch noch geklärt werden: Angesichts der Tatsache, dass Daten in Zukunft zunehmend Basis für Wertschöpfung sind und damit ein Rohstoff der Zukunft, wirft es die große Frage auf, wem Daten gehören. Als Beispiel führt hier Johann Hofmann nochmals das Auto auf, das auf einer Straße fährt und Daten seines Scheibenwischers verschickt. Gehören diese Daten dem Fahrer? Der Autofirma? Oder dem Staat, nachdem Straßen bei uns staatlich sind? – Die Antwort auf diese Frage muss in Zukunft juristisch noch geklärt werden, was kein einfaches Unterfangen sein wird.

Cloud Computing als Datenhub-Lösung

Die Digitalisierung der Wirtschaft ist ein entscheidender Faktor, um die Konkurrenzfähigkeit des Hochlohnlandes Deutschland in seiner Position als führende Industrienation im globalen Wettbewerb zu sichern. Mobile Technologien, die Analyse großer Datenmengen und das Internet der Dinge entfalten enorme wirtschaftliche Potenziale.

Eine Digitalisierung von Wirtschaft, Gesellschaft und öffentlichem Dienst benötigt jedoch hochskalierbare, kostengünstige digitale Infrastrukturen. Die technische Lösung dafür ist das Cloud Computing. Cloud Computing bietet dem Nutzer direkten Zugang zu Anwendungen, die sich skalieren lassen, mobil zur Verfügung stehen und stets auf dem aktuellen Entwicklungsstand sind.

Johann Hofmann sieht in der „Deutschen Cloud“ von Microsoft eine vielversprechende Lösung.

Im April 2016 wird Johann Hofmann ValueFacturing® auf der Hannovermesse in der German Cloud von Microsoft Azure®  zeigen. Bis Ende 2016 werden er und sein Team ausreichend Erfahrung mit der Cloud gesammelt haben, um einen Erfahrungsbericht mit allen Vor- und Nachteilen zu erstellen.

Zusammenfassend führt uns Johann Hofmann nochmals vor Augen, dass die Digitale Transformation der Wirtschaft und unserer Gesellschaft eine große und allumfassende Transformation sein wird, die große Chancen, Schnelligkeit und große Flexibilität ermöglichen, jedoch noch einige unbeantwortete Fragen mit sich bringt, wie ethische Fragen: Soll ein autonomes Auto auch für einem Hund bremsen oder opfert es bei einem unvermeidbaren Unfall durch Ausweichmanöver lieber den Fahrer oder den Beifahrer? Zudem gibt es rechtliche Fragen zu klären, wie die, wem Daten gehören.

Industrie 4.0 – Vortrag Johann Hofmann, Memmingen, April 2016

Fragen der Teilnehmer:

Frage: Muss erwartet werden, dass viele Arbeitsplätze verloren gehen mit der digitalen Transformation?

Johann Hofmann: Die digitale Transformation unterstützt das Wachstum eines Unternehmens ohne wachsen zu müssen im Sinne von Mitarbeiterzahlen. Zunächst werden eher neue und weitere Berufsfelder entstehen. Natürlich kann es passieren, dass digitale Systeme auch Arbeitskräfte ersetzen werden, jedoch sicher bei weitem weniger, als bei der Entwicklung, die sich vor ca. 10 Jahren vollzog. Als eine Drehmaschine und eine Fräsmaschine zu einem Dreh-Fräszentrum wurden, brauchte man plötzlich keinen Dreher und Fräser mehr, sondern einen Zerspanungsmechaniker. Das erzeugte damals eine nicht zu verachtende Personalreduktion, worüber allerdings kaum gesprochen wurde. – Zum Thema Digitalisierung werde hingegen viel über diese Befürchtung gesprochen, er schätzt es jedoch als sehr viel geringer ein als vor etwa 10 Jahren.

Frage: Welche beruflichen Sparten werden besonders gefragt sein?

Johann Hofmann: Informatiker sind bereits heute Mangelware und gewinnen zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig jedoch werden dual ausgebildete Kräfte gute Chancen haben.

Frage: Welche Bedeutung wird der 3-D Druck in der weiteren Entwickung haben?

Johann Hofmann: Der 3-D Druck ist eine echte Revolution und wird in vielen Bereichen eine wichtige Rolle spielen.

Frage: Wann wird die Industrie 4.0 in alle Unternehmen Einzug halten?

Johann Hofmann: Fragmentarisch wird sie überall Einzug halten. Die Schnelligkeit hängt von den einzelnen Betrieben ab, doch es ist sicher, dass es schnell weitergeht, und der Druck, mitzuhalten ist groß.

Frage: Was ist nun ValueFacturing zusammengefasst? Und: Haben Sie es also erfunden?

Johann Hofmann: Value Facturing ist ein Webservice, der als Datendrehscheibe Rüstvorgänge optimiert und als Datenpumpe Fertigungsdaten sammelt und auswertet. Beides dient dazu, im Hochlohnland Deutschland weiterhin eine konkurrenzfähige Fertigung zu ermöglichen. – Und ja, er und sein Team von Informatikern haben es entwickelt. Mittlerweile findet es in der ganzen Welt Nachahmung, und Microsoft ist sehr an einer Zusammenarbeit interessiert…

Frage: Kann man ohne Probleme alle Maschinen an solch ein System anpassen?

Johann Hofmann: Das ist nicht ganz unproblematisch. Grundsätzlich ja, nur müssen wir dazu Adapter entwickeln, denn eine Produktionsmaschine, die eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr hat, kann man nicht einfach rausschmeißen wegen Industrie 4.0, also müssen Adapter die Brücke schlagen.

Anmerkung: Die Fragen und Antworten sind sinngemäß wiedergegeben, ohne Anspruch auf genaue Formulierungen.

Allgemeine Infos

Gibt man heute in Google „Johann Hofmann“ als Suchbegriff eingibt, erscheint er zuoberst unter „Redner, Referent und Experte für die Industrie 4.0. Gibt man „Experte für Industrie 4.0“ ein, ebenso. Johann Hofmann ist eine Koryphäe auf seinem Gebiet

Mehr Infos über das Thema und über Johann Hofmann gibt es auf www.JohannHofmann.info.

Mehr Infos zu den Wirtschaftsjunioren Memmingen-Unterallgäu auf www.wjd-mm-ua.de.

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