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Industrie 4.0 Weckruf aus dem Labor – wie die smarte Fabrik entwickelt wird

Die deutsche Industrie kommt bei intelligenten Fabriken nur langsam voran. Nun sollen neue Initiativen und Experimente den Durchbruch bringen.
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Auch der Roboterhersteller entwickelt die Smart Factory mit. Quelle: dpa
Kuka

Auch der Roboterhersteller entwickelt die Smart Factory mit.

(Foto: dpa)

Köln Es ist ein Testfeld der besonderen Art. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ziehen 30 Wissenschaftler Ende 2020 in einen Fertigungsbetrieb um. Auch zwei Fraunhofer-Institute stellen 30 Experten ab für die neue Forschungsfabrik, die allein 15 Millionen Euro für das Gebäude kosten wird.

Es sind Investitionen in Erkenntnisgewinn für die gesamte deutsche Industrie: Die Forscher produzieren laut Mission neues Wissen darüber, wie Betriebe ihre Anlagen mit Digitaltechnik optimieren. „Wir lernen, während wir anfangen zu produzieren“, sagt Sven Coutandin, Oberingenieur am Institut für Produktionstechnik des KIT.

Die Forscher streben Partnerschaften mit der Wirtschaft an, um rasch effektive Anwendungen zu entwickeln. „Das Ziel ist, in Kooperation mit den Firmen die neuen Methoden aus der Forschung in den industriellen Einsatz zu bringen“, sagt Coutandin. Unternehmen können auch eigene Anlagen in der 4.500 Quadratmeter großen Forschungsfabrik aufbauen und prüfen, ob neue Verfahren der Karlsruher sie weiterbringen. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf Künstlicher Intelligenz. Leitbild ist die Smart Factory mit autonomen Produktionsstraßen, die sich ganz von selbst optimiert.

Know-how, wie es die Forschungsfabrik generiert, wird dringend gebraucht. Zwar sieht der aktuelle „Deutsche Industrie 4.0 Index“ der Beratung Staufen AG die hiesige Wirtschaft auf einem „klaren Digitalisierungskurs“. Das Problem dabei: „Der Schritt vom 4.0-Pilotprojekt zur echten Smart Factory erweist sich für die meisten Unternehmen immer noch als eine große Hürde“, urteilt Staufen-CEO Martin Haas. Ambitionierte Projekte wie die öffentlich geförderte Karlsruher Forschungsfabrik sollen nun den Durchbruch bringen. Parallel suchen Unternehmen eigene Wege, um digitale Techniken schneller und umfassender in die Werkhallen zu bringen.

Vordenker mit Stallgeruch

Eine spezielle Einheit für digitale Vordenker hat Volkswagen in Wolfsburg geschaffen: Im „Smart Production Lab“ treiben rund 40 Software-Spezialisten und Ingenieure das Thema voran – möglichst praxisnah. „Wir sind hier nicht im Elfenbeinturm, sondern nah an den Themen“, sagt Matthias Behrens, der Leiter des Labs. Etwa die Hälfte seiner Arbeitszeit verbringt er wie auch seine Kollegen in der Fabrik, im Austausch mit den Leuten in der Autofertigung: „Wir brauchen Denkphasen am PC – aber müssen auch im Werk direkt an der Linie sein.“

Die Digitalisierung sieht Behrens als einen Schlüssel, um die wachsende Komplexität in der Produktion zu beherrschen. Auch weil neue E-Fahrzeuge hinzukommen, steigt die Modellvielfalt – mit völlig anderen Anforderungen an die Fertigung. Zudem werden die Autos immer stärker nach individuellen Vorgaben der Käufer gefertigt. Man werde „viele Modelle auf wenigen Linien“ bauen können, kündigt Behrens an. „Digitale Lösungen geben uns die nötige Flexibilität.“

Erste Experimente laufen im Lab. Schon im nächsten Schritt geht es in die Werkhalle: „Wir suchen uns Partner in der Produktion, die neue Anwendungen mit uns pilotieren“, erläutert Behrens. Als Beispiel für eine erfolgreiche Entwicklung des Labs nennt er eine Bilderkennung, die das Kommissionieren von Montagebauteilen überwacht. „Wir wollen dazu beitragen, Probleme zu lösen und Arbeit zu vereinfachen. Das Interesse ist deshalb groß. Teilweise bekommen wir mehr Fragen, als wir abarbeiten können.“

Eigene Werke als Testgebiet für digitale Innovationen nutzen – so arbeitet auch Bosch. 2015 setzte sich der Stuttgarter Technologiekonzern das Ziel, binnen fünf Jahren eine Milliarde Euro durch effizientere Prozesse zu sparen und eine Milliarde Euro Zusatzumsatz mit Industrie 4.0 zu erzielen.

Die Vorgabe werde erreicht, sagt Stefan Aßmann, Business Chief Digital Officer für den Bereich Industrial Technology: „Und beim Zusatzumsatz übertreffen wir die Marke bereits jetzt.“ Wissen um Digitalprozesse wurde zum Geschäftsmodell: 2018 gründete Bosch den Bereich Connected Industry, der heute rund 100 internationale Kunden bei der Digitalisierung unterstützt, darunter BMW und Osram. „Wenn wir die Technologien schon beherrschen, Software oder Künstliche Intelligenz, dann können wir das auch auf dem externen Markt nutzen“, sagt Aßmann.

Die Smart Factory sieht Aßmann als „Riesenchance für Deutschland, um die gute Position, die wir haben, zu festigen und auszubauen“. Eine Botschaft, die zunehmend auch im Mittelstand ankomme. „Die kleineren Unternehmen haben die Zuschauersitze verlassen und spielen mit“, sagt Aßmann. Es sei ratsam, Partner zu suchen, „die die Lernkurve schon durchschritten haben“, um bekannte Fehler nicht selbst zu wiederholen. „Bei neuen digitalen Themen gehört ein gewisses Trial and Error dazu“, sagt Aßmann.

Knappe Ressourcen

Auch Personalengpässe ließen sich per Kooperation überwinden. „Viele kleinere Firmen berichten, dass sie kaum eigene Leute für Digitalisierungsthemen haben oder sich als Maschinenbauer nicht genug mit Informatik auskennen“, sagt Aßmann.
Der Augsburger Automatisierungsspezialist Kuka setzt auf Service im Zuge der Digitalisierung. Gemeinsam mit der Porsche-Beratungstochter MHP und dem Rückversicherer Munich Re entstand das Konzept „Smart Factory as a Service“.

Die Industrie mit digitalisierten Maschinenparks zu beliefern – das ist aus Kuka-Sicht ein Aspekt der Produktion der Zukunft. Abgerechnet wird dann nach Leistung, etwa produzierten Teilen. „Als Unternehmen, das eigentlich Maschinen verkauft, müssen wir stark umdenken“, sagt Robert Kamischke, Director Digital Services.

Kuka hat einen Prototyp für eine wandlungsfähige Fertigungszelle gebaut, die mithilfe von Künstlicher Intelligenz gesteuert wird. „Sie kann binnen weniger Stunden von einem Fahrzeugteil auf einen Fahrradrahmen umprogrammiert werden – also etwas völlig anderes tun“, sagt Kamischke. Weil eine solche Fertigungsstraße bis zu 20 Prozent mehr koste, habe Kuka mit gedrosseltem Kaufinteresse gerechnet. „Die Flexibilität erhalten sie nun als Dienstleistung.“

Als Ausrüster der intelligenten Fabriken denke man „fünf bis zehn Jahre voraus.“ Als Motiv für Digitalisierung sieht Kamischke auch den Facharbeitermangel. „Viele Unternehmen müssen schon deshalb tätig werden, weil sie keine Kräfte mehr für manuelle Tätigkeiten finden“, sagt er. „Veränderung beginnt nicht, weil es eine neue Technologie gibt. Sondern weil in Unternehmen Schmerzen entstehen.“

Kommt Veränderungsdruck auf, muss es heute schnell gehen. „Früher wurden neue Prozesse so lange verbessert, bis sie voll ausgereift waren – und erst dann in der Produktion genutzt“, sagt KIT-Experte Coutandin. In der Forschungsfabrik solle es andersherum laufen: „Wir wollen unreife Prozesse in die Fertigung bringen und dann im Betrieb optimieren“, sagt er. Das Tempo erlaube Individualisierung und kürzere Lebenszyklen: „Wer seine Anlagen mit digitaler Technik darauf einstellt, kann Jahre Vorsprung erreichen.“

Mehr: Eine Studie zeigt, welche Unternehmen die meisten wirtschaftlich relevanten Neuerungen hervorbringen. Die 100 innovativsten Unternehmen der Welt – und was sie erfolgreich macht.

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