VUCA

Markus Weinländer, Process Automation, Siemens / Andreas Mühlbauer,

Schöne neue VUCA-Welt

Die Welt ist vielfach im Umbruch: New Work, Digitalisierung, Industrie 4.0, Mobilitäts-wende, aber auch sehr ernsthafte Herausforderungen wie Klimawandel und die Covid-19-Pandemie. Wie können Unternehmen mit den neuen Gegebenheiten umgehen?

Die Fabrik der Zukunft muss gleichermaßen flexibel und effizient sein. Automated Guided Vehicles (AGV) spielen dabei eine wichtige Rolle. © Siemens

Die Abkürzung VUCA – volatility (Volatilität), uncertainty (Unsicherheit), complexity (Komplexität) und ambiguity (Mehrdeutigkeit) – ist mehr denn je in unserem Alltag angekommen. Die Corona-Pandemie wirkt wie ein Brennglas auf die Fähigkeiten von Unternehmen, sich in dieser VUCA-Welt zu bewegen – auch im verarbeitenden Gewerbe. Die Nachfrage hat sich über Nacht dramatisch verändert, die Lieferketten müssen zum Teil neu organisiert werden. Eine Vielzahl von Produkten wird plötzlich vielfach höheren Stückzahlen nachgefragt. Hier zählt schlicht die Möglichkeit, die eigene Supply Chain entsprechend nach oben zu skalieren.

Dass die Digitalisierung hier einen wesentlichen Beitrag leistet, erleben wir jeden Tag. Derjenige Händler, der auch einen Online-Shop betreibt, verfügt über einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Und derjenige Online-Shop, der eine verlässliche Verfügbarkeits-Anzeige für jeden einzelnen Artikel bietet, hat nochmals die Nase vorne.

Flexibilität steht im Zentrum
In der Produktion ist Flexibilität schon seit vielen Jahren ein Thema, getrieben durch die immer speziellere Nachfrage der Kunden. Da es in vielen Märkten etliche Anbieter gibt, die sich irgendwie voneinander abgrenzen

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müssen, ist eine maßgeschneiderte Produktion für manche längst zum Standard geworden. Im alten Paradigma der Fließbandfertigung zählte eine Optimierung auf Ressourcen als Erfolgsrezept. Eine möglichst hohe Automatisierung und damit kombiniert eine möglichst hohe Ausbringung des immer gleichen Artikels, was Komplexitätskosten reduziert, war der Grundsatz in den Anfängen von Industrie 3.0.

Dass heute die Flexibilität im Vordergrund steht, ist an vielen Anzeichen in den Fabriken zu erkennen. Viele Werke setzen mittlerweile auf Produktionsinseln statt einer Fließbandfertigung, wo hoch ausgebildete Facharbeiter alle Montage-, Prüf- und Verpackungsarbeiten an einem Produkt durchführen. Statt eines eng begrenzten Produktprogramms lassen sich viele unterschiedliche Erzeugnisse herstellen, denn Menschen sind Maschinen in der Bewältigung von Komplexität noch immer hoch überlegen. Das Material wird bedarfsgesteuert durch AGV oder den Mitarbeiter selbst geliefert.

Doch die Auflösung fester Verkettungen muss trotzdem transparent bleiben, um das Management dieser lockeren Strukturen zu ermöglichen. Eine breite Datenbasis ist die Grundlage eines modernen Produktions-Management-Systems, das eine Echtzeit-Steuerung der Fertigung ermöglicht. Hier wird der Unterschied zwischen bisherigen Konzepten und Industrie 4.0 deutlich. Während es bei der Automatisierung um die wiederholte Durchführung bestimmter Arbeitsschritte in gleichbleibender und definierter Qualität geht, bedeutet Digitalisierung die Reaktion auf unbestimmte Situationen, für die es kein standardisiertes Verfahren gibt. Zum Beispiel eben, wenn die Nachfrage plötzlich explodiert und neue Möglichkeiten zur Bewältigung gefunden werden müssen.

Zugriff auf alle Informationen
Aus Sicht der Kommunikationsarchitektur verändert sich hier die Rolle der klassischen Automatisierungspyramide. Mit dem Begriff „Automatisierungspyramide“ ist eine Hierarchie von Feldgeräten, Steuerungen, Visualisierung und Leitsystem gemeint. All diese Komponenten gibt es auch in Industrie 4.0, aber ihre Kommunikationsbeziehungen verändern sich grundlegend. So waren im klassischen Modell zum Beispiel alle Sensoren ausschließlich an Steuerungen angeschlossen, die aus den Messwerten anhand der programmierten Verarbeitungslogik bestimmte Ergebniswerte an die nächsthöhere Schicht, zum Beispiel die Visualisierungsebene, übermittelten. In einer digitalisierten Fertigung braucht es aber direkte Kommunikationsbeziehungen zwischen allen Ebenen und Segmenten. Statt also eine per RFID-Reader erfasste Werkstücknummer nur an die Steuerung zu senden, muss nun der Datensatz auch an die Fabrik-IT übertragen werden – zum Beispiel, um mögliche Optimierungen im Produktionsfluss zu entwickeln.

Digital Connectivity ist der Schlüssel, um eine flexible Produktionsorganisation in Echtzeit zu steuern. © Siemens

Digital Connectivity als Grundlage für die agile Fertigung
Für das Kommunikationsmodell entwickelt sich eine Architektur, die als „Digital Connectivity“ bezeichnet wird. Aus Sicht der Kommunikation werden alle Geräte zu einem Netzwerk zusammengefügt, dem „Industrial Internet of Things“ (IIoT). Doch es gibt in diesen Netzen eine Vielzahl von Anforderungen zu erfüllen. Offensichtlich sind zunächst nur die hohe Bandbreite und Knotenzahl. Doch auch in solchen Industrie-4.0-Netzwerken müssen Verfügbarkeit, Vertraulichkeit und Schutz vor Angriffen, schnelles Konfigurieren, Unterstützung für funktionale Sicherheit (Safety) durch geeignete Technologien, Konzepte und Komponenten sichergestellt werden. Die bestehenden Kommunikationsmuster aus der Automatisierungspyramide – typischerweise geringe Datenmengen, zyklische Übertragung, vor allem horizontale Kommunikation – werden ergänzt durch Daten-Streaming, beispielsweise Kamera-Anwendungen, und vertikale Kommunikation vom Sensor zur Cloud.

Der Einsatz von Digital Connectivity ist aber kein Selbstzweck, sondern dient vielmehr zur Vernetzung aller möglichen Datenquellen und Verarbeitungseinheiten – nicht fest vorgedacht im Sinne einer durchgeplanten Automatisierung, sondern als Infrastruktur für neue Ideen und Konzepte. Eine wichtige Antwort auf VUCA ist die Anwendung agiler Prinzipien auch in der Fabrik. Statt also neue Konzepte lange durchzuplanen, wird ein rascher Prototyp aufgesetzt und in der Praxis erprobt – zum Beispiel eine neue Software zur Wegeoptimierung im Werk. Im Erfolgsfall muss sich eine solche Idee dann schnell skalieren und ausrollen lassen. Dies gelingt aber nur, wenn eine entsprechende Kommunikations-Infrastruktur bereitsteht – denn ein solches Prototyping muss natürlich ohne Änderungen an den Maschinen und der Automatisierung auskommen.

Branchenspezialisten begleiten Umsetzung
Wie lässt sich eine solche Architektur etablieren? Neben geeigneten Technologie-Lieferanten sind es vor allem die Beratung und das Lösungsdesign, die zum Erfolg führen. Siemens bietet eine komplette Palette industrietauglicher Connectivity-Produkte von Simatic RFID über Industrial Wireless LAN bis zum Backbone-Switch Scalance X-500 für die industrielle Datenautobahn, die sich über das Netzwerk-Management-System Sinec NMS effizient betreiben lässt. Hinzu kommt ein spezifischer Ansatz: Über 600 Partner aus Automatisierung und IT arbeiten gemeinsam mit Siemens-Experten die Antwort auf die speziellen Anforderungen der Kunden aus. Siemens steuert die Technologie-Expertise bei, während die Partner als Branchenspezialisten die Umsetzung begleiten können. Damit ist sichergestellt, dass die entwickelte Architektur die Anforderungen vollständig erfüllen kann – heute, und trotz VUCA auch in der Welt von morgen. Markus Weinländer, Process Automation, Siemens / am

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