Industrie 4.0: So gelingt die Transformation mit Open-Source-Middleware

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Industrie 4.0 wird wesentlich über die künftige Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft entscheiden. Doch wie weit ist die vierte industrielle Revolution überhaupt bereits fortgeschritten? Und wie kann es gelingen, dass wirklich allen Unter­nehmen die Transformation gelingt? Das Fraunhofer IESE stellt seine Analyse vor.

Ein klares Ergebnis in Sachen Industrie 4.0: 91 Prozent der deutschen Unternehmen sind überzeugt, dass die Investition in nachhaltige Technologien langfristig einen klaren Wettbewerbsvorteil mit sich bringt. Das zeigt eine aktuelle Umfrage, die der Digitalverband Bitkom unter 603 Unternehmen ab 20 Beschäftigen durchgeführt hat. Demnach geben sogar ganze drei Viertel der befragten Firmen an, dass sie ihren CO2-Ausstoß dank des Einsatzes digitaler Technologien bereits erfolgreich senken konnten.

Industrie 4.0 vereint 3 Megatrends

Dass die Digitalisierung entscheidend dabei hilft, Unternehmen nachhaltiger zu gestalten, steht außer Frage. Gleichzeitig wird allein die Anwendung digitaler Tools jedoch nicht ausreichen, um die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft sicherzustellen. Dafür braucht es neben der Digitalisierung und Dekarbonisierung insbesondere einen weiteren elementaren Faktor: die Individualisierung.

Ein Konzept, das alle drei Megatrends miteinander vereint, ist die vierte industrielle Revolution. So geht es bei der Industrie 4.0 um nicht mehr und nicht weniger als den tiefgreifendsten Transformationsprozess, den die Industrie seit den 1970er Jahren und der damit einhergehenden Automatisierung und Vernetzung durch Elektronik und IT erlebt hat. Ziel der Industrie 4.0 ist es, schnell auf Veränderungen zum Beispiel in Märkten und Lieferketten reagieren zu können und so zum Beispiel auch Ressourcen zu schonen.

Eine Maßnahme dafür ist die flexible und selbstorganisierte Massenfertigung – auch von kleinen Stückzahlen – bis hin zu individuellen, kostengünstigen Einzelstücken. Um dies zu erreichen, muss zum einen die Digitalisierung als ein Bestandteil der Industrie 4.0 weiter voranschreiten. Zum anderen kann die Transformation entscheidend dabei helfen, Lieferketten zu optimieren und damit CO2-Emissionen zu senken.

Industrie 4.0 ist eine Notwendigkeit

Die Idee hinter der vierten industriellen Revolution hat bereits seit einigen Jahren ihren Siegeszug um den Globus angetreten, genauer gesagt vor über zwölf Jahren. In dieser Zeit konnte die Transformation zahlreiche große Erfolge erzielen. Viele Unternehmen wenden Industrie-4.0-Technologien inzwischen erfolgreich in der Praxis an. Nichtsdestotrotz wäre es falsch zu sagen, die Transformation wäre bereits abgeschlossen. Denn insbesondere einige kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) tun sich nach wie vor sehr schwer damit, den Wandel aktiv in die Wege zu leiten.

Die Gründe dafür sind vielseitig. Gleichzeitig stechen jedoch vor allem drei Faktoren heraus, die die Revolution vielerorts hemmen: Zunächst muss sich die Haltung der Unternehmen zum Thema Industrie 4.0 dringend wandeln. Sprich, es geht bei diesem Thema weniger um das „Ob“ als vielmehr um das „Wie“. Darüber hinaus gilt es, Indus­trie-4.0-Technologien so zu entwickeln, dass sie auch kurzfristig und ohne viel Vorlaufzeit implementiert werden können.

Was den ersten Aspekt angeht, scheinen viele Unternehmen aktuell schlichtweg noch nicht den Druck zu verspüren, die Transformation anzustoßen. Stattdessen verschließen Geschäftsführerinnen und Geschäftsführer im ganzen Land die Augen davor, dass ihre Produktionslinien nicht auf Dauer unter Volllast laufen werden – selbst, wenn das aktuell noch der Fall sein mag. An dieser Stelle wird ein neues Bewusstsein für den notwendigen Wandel benötigt; etwa, indem das individuelle und volkswirtschaftliche Potenzial von Industrie 4.0 immer wieder hervorgehoben wird.

Der zweite Aspekt knüpft unmittelbar an den ersten an. Denn erst die Verfügbarkeit der notwendigen Technologien zur Digitalisierung sorgt dafür, dass überhaupt alle Unternehmen – unabhängig ihrer Größe – die Möglichkeit haben, die Transformation erfolgreich zu bewältigen. Darüber hinaus kann die Industrie 4.0 nur mit digitalisierten Lieferketten funktionieren. Erforderlich sind dafür Standards, die Daten nicht nur in einem Unternehmen nutzbar machen, sondern auch einen unternehmensübergreifenden Austausch ermöglichen. Dabei muss zugleich sichergestellt werden, dass Geschäftsgeheimnisse auch tatsächlich geheim bleiben.

Die Open-Source-Middleware „BaSyx“

Um all dies zu erreichen, ist insbesondere die Forschung gefragt. Ein Projekt, das sich aktuell beispielsweise damit beschäftigt, Industrie-4.0-Technologien als schlüsselfertige Lösungen zu entwickeln, ist „BaSys4Transfer“. Das Forschungsvorhaben gehört zu einer ganzen Reihe an Industrie-4.0-Projekten, die seit rund sieben Jahren kontinuierlich aufeinander aufgebaut haben. Der Startschuss erfolgte Mitte 2016 mit dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt „Basissystem Industrie 4.0“ (kurz: BaSys 4.0). In dessen Rahmen haben insgesamt 15 Partner aus Wirtschaft und Forschung die Industrie-4.0-Middleware BaSyx entwickelt. Die Konsortialleitung des Projekts hatte das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE inne.

Die Middleware steht Unternehmen seit einigen Jahren Open Source zur Verfügung und trägt so gezielt dazu bei, insbesondere KMU den Sprung zur Industrie 4.0 niedrigschwellig zu ermöglichen. Konkret funktio­niert die Software dabei wie folgt: BaSyx enthält eine Anzahl wohldefinierter Module, die zu einer zentralen und dezentralen Systemarchitektur verknüpft und miteinander integriert werden können. Dementsprechend kann auch jedes Unternehmen selbst auswählen, welche Fähigkeiten und Komponenten es für einen bestimmten Anwendungsfall benötigt.

Mitarbeitende zur Anwendung befähigen

Das Prinzip kommt gut an: Über die Jahre hinweg wurde BaSyx bereits über 135.000 Mal von Unternehmen heruntergeladen. Gleichzeitig handelt es sich bei vielen dieser Firmen aber noch um sogenannte Early Adopter, also um all solche Unternehmen, die sich per se für die Software interessieren. Worauf es jetzt aber ankommt, ist, derartige Industrie-4.0-Lösungen noch viel mehr als bislang in die Breite zu tragen. Und genau dafür ist im November 2022 das zuvor genannte Projekt „BaSys4Transfer“ gestartet.

Dabei geht es darum, eine komplett virtuelle Engineering-Umgebung zu realisieren. Mit Hilfe dieser soll perspektivisch die Integration von BaSyx in Bestandsanlagen verbessert werden – ein Prozess, der aktuell zumindest noch eher zeitaufwendig ist. Gleichzeitig sollen auch die Datenflüsse selbst weiter optimiert werden.

Unabhängig davon bietet eine solche virtuelle Fabrik ein weiteres großes Potenzial, denn: Mit der Simulation können beispielsweise die Mitarbeitenden in den Unternehmen als auch Studentinnen und Studenten schon frühzeitig an das Thema Industrie 4.0 herangeführt werden. Schließlich sind sie es, die überhaupt in der Lage sein müssen, mit entsprechenden Technologien zielgerichtet umzugehen.

Das Forschungsprojekt zeigt: Damit Industrie 4.0 flächendeckend Wirklichkeit wird, müssen stets beide Seiten mitbedacht werden – die maschinelle und die menschliche. Gelingt dies, sollte der Transformation schon in absehbarer Zeit in sämtlichen Unternehmen nichts mehr im Wege stehen.

Der Autor Thomas Kuhn ist Hauptabteilungsleiter Embedded Systems am Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern.

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