Die sechs Reifegrade

Der Maturity Index verfolgt ein ­Verständnis der Industrie 4.0, das über techno­logische Aspekte hinausgeht: Der Reifegrad wird daher für jedes der vier Gestaltungsfelder Ressourcen, Organisa­tionsstruktur, Infor­mationssysteme und Kultur erhoben.

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Um Unternehmen bei diesem Prozess zu unterstützen, definiert der Maturity Index sechs inkrementelle Reifegrade:

1. Computerisierung:
Informationstechnologien zu nutzen und Prozesse zu automatisieren ist der erste Schritt. Das ist in fast jedem Unternehmen der Fall. Auf dieser Stufe werden Informationstechnologien aber noch isoliert eingesetzt. Ein Beispiel ist etwa die Nutzung einer CNC-Fräsmaschine zur präzisen Bearbeitung von Werkstücken, die aber nicht mit anderen Systemen vernetzt ist, so dass Mitarbeiter notwendige Daten händisch eingeben müssen.

2. Konnektivität:
Werden Komponenten vernetzt, ist der Reifegrad der Konnektivität erreicht. Ein Beispiel hierfür ist Fernwartungen durch Remote Services. Eine vollständige Integration zwischen den Informationstechnologien und den Operativen Technologien hat dabei aber noch nicht stattgefunden. Diese Vernetzung bedeutet eine höhere Komplexität und erfolgt erst in der nächsthöheren Stufe.

3. Sichtbarkeit:
Auf dieser Stufe kommt Sensortechnologie zum Einsatz, über die sich Zustände und Prozesse in der Produktion in Echtzeit erfassen lassen. Zu dieser Funktionserfüllung wird parallel eine Schnittstelle gebildet, die ein digitales Modell des Unternehmens schafft – einen sogenannten ‚digitalen Schatten‘ –, der zu jeder Zeit zeigt, was im Unternehmen passiert.

Die sechs Stufen des Maturity Index sowie der Nutzen, den jede neue Stufe für dasUnternehmen mit sich bringt. Autonom und schnell auf Ereignisse rea­gieren zu können, ist charakteristisch für ein agiles Unternehmen.

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4. Transparenz:
Nutzen Unternehmen den ‚digitalen Schatten‘ nicht nur, um zu sehen was passiert, sondern auch um Wirkungszusammenhänge aufzudecken und zu verstehen, warum es passiert, haben sie die vierte Stufe des Reifegrads erreicht. Dazu ist es nötig, die Daten kontextbezogen zu interpretieren und mit Ingenieurwissen zu verknüpfen. Dabei werden Big-Data-Anwendungen parallel zu betrieblichen Anwendungssystemen wie ERP- oder MES-Systemen eingesetzt, so dass eine gemeinsame Plattform für eine umfangreiche Datenanalyse entsteht.

5. Prognosefähigkeit:
Um verschiedene Szenarien zu erstellen und hinsichtlich ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit und Konsequenzen zu evaluieren, wird der digitale Schatten in die Zukunft fortgeschrieben. Dazu verwendet man Daten aus dem ERP- oder dem MES-System und ergänzt diese durch weitere Daten, die individuell benötigt werden. So können Entwicklungen antizipiert und Unternehmensentscheidungen daran ausgerichtet werden, indem 
je nach Situation Chancen genutzt oder Gegenmaßnahmen getroffen werden.

6. Adaptierbarkeit:
Werden diese Entscheidungen von den IT-Systemen automatisiert getroffen, ist die Industrie 4.0 im Unternehmen vollständig realisiert. Anpassungsmaßnahmen werden ohne Zeitverzögerung durch menschliche Akteure vorgenommen. In welchem Ausmaß den IT-Systemen hier Autonomie gewährt wird, sollte immer abhängig sein von der Komplexität der Entscheidung und dem Kosten-Nutzen-Verhältnis für automatisiertes beziehungsweise menschliches Handeln.

Schnelle Erfolge, langfristige Strategie

Ziel bei alledem ist es nicht zwangs­läufig, den höchsten Reifegrad zu erlangen. Vielmehr ist entscheidend, welche Unternehmensstrategie verfolgt wird und auf welcher Stufe sich diesbezüglich das beste Verhältnis von Aufwand und Nutzen einstellt. Ein bedeutender Vorteil des Ansatzes besteht darin, dass mit der schrittweisen Weiterentwicklung von einer Stufe zur anderen ‚Quick-Wins‘ erzielbar sind. Der Nutzen mit positiven Effekten für die ­Rentabilität ist somit schnell sichtbar, während gleichzeitig eine umfassende, langfristige Transformation verfolgt wird. Das erhöht die Erfolgs-Chancen des Prozesses.

Wie gestaltet sich nun die Anwendung des Industrie 4.0 Maturity Index in der Praxis? An erster Stelle steht die Bestandsanalyse: Auf welchem Stand befindet sich die eigene Industrie-4.0-Entwicklung? Dabei wird das Unternehmen in fünf zentrale Funktionsbereiche gegliedert: Entwicklung, Produktion, Logistik, Service sowie Marketing & Vertrieb. Der aktuelle Reifegrad wird für jeden Funktionsbereich mit Hilfe eines Fragebogens, einer Werksbegehung und Expertenworkshops erhoben.

Im zweiten Schritt erfolgt eine Zielbestimmung: Welche Strategie verfolgt das Unternehmen, in welche Richtung soll sich das Unternehmen als Ganzes entwickeln und wie tragen die einzelnen Funktionsbereiche dazu bei? In der anschließenden Gap-Analyse wird analysiert, welche Fähigkeiten fehlen, damit diese Ziele auch tatsächlich erreichbar sind. Darauf aufbauend werden in der dritten und letzten Phase Maßnahmen identifiziert, die dazu beitragen, diese notwendigen Fähigkeiten auszubauen. Ein Kennzahlensystem in Kombination mit einer Kosten-Nutzen-Ma-trix zeigt schließlich auf, welche der möglichen Maßnahmen sich besonders dazu eignen, um den Reifegrad des Unternehmens zu erhöhen. Diese werden in einer Roadmap festgehalten.

Maturity Index – ein Praxisbeispiel

Erprobt und validiert wurde der Ma­turity Index bereits in mehreren Un­ternehmen – darunter ein Hersteller für elektrische Verbindungstechnik. An mehreren Standorten stellen die gut 4000 Mitarbeiter Steck-, Anschluss-, und Netzwerk-Systeme her, die auch in der Automatisierung von Produktionsprozessen eingesetzt werden. Zum Produktportfolio gehören außerdem RFID-Lösungen. Das Unternehmen hat sich daher bereits intensiv mit der Industrie 4.0 befasst und wies einen entsprechend hohen Reifegrad auf. Das äußerte sich unter anderem darin, dass in den vergangenen Jahren bereits ein digitaler Schatten implementiert wurde. Daten aus der Produktion fließen permanent in Echtzeit in die Informationssysteme ein und halten den digitalen Schatten jederzeit aktuell.

Im Sinne der kontinuierlichen Weiterentwicklung umfasste die Roadmap in diesem Fallbeispiel gut dreißig Maßnahmen, um die Produktion mit den ­bereits digital überwachten Anlagen weiter zu verbessern. Sie bezogen sich etwa auf die Optimierung eines ­Pilotprojekts, bei dem an mehreren Standorten Stanzschneidemaschinen mit Körperschall-Sensoren ausgestattet wurden. Die Messung der Vibrationen macht es möglich, Aussagen über den Zustand der Anlagen abzuleiten und sie bedarfsgerecht instand zu halten. Denn die Daten machen umgehend deutlich, wenn etwa eine Schneide verschlissen ist und als Konsequenz daraus Werk-stücke außerhalb der Toleranz gefertigt werden.

Bislang wurde der Prozess allerdings nur lokal überwacht. Die Roadmap sah nun eine Vernetzung und Auswertung der Daten in Echtzeit über den gesamten Produktionsprozess vor und nicht nur isoliert über einige Produktionslinien. Das Ergebnis: Anhand konkreter Kennzahlen können Optimierungsmaßnahmen nun über Produktionslinien hinweg verglichen werden. Die erfolgreichste Maßnahme kann dann übergreifend ausgerollt und weiterhin 
beobachtet werden.

In Summe trugen die ergriffenen Maßnahmen der Roadmap dazu bei, die Liefertreue und Flexibilität der Produktion zu erhöhen. Darüber hinaus konnte das Unternehmen mit Hilfe des Maturity Index die notwendige Zeitspanne, um Pilotprojekte auszuwählen und zu bewerten, deutlich verkürzen – von üblicherweise sechs Monaten auf nun nur noch wenige Wochen. Anschließend umgesetzte Use-Cases lassen sich einfacher bewerten, was eine schnellere und bessere Entscheidung über deren Implementierung in der gesamten Produktion ermöglicht.

Industrie 4.0 mit Sicherheit

Festzuhalten bleibt: Digitalisierung und Vernetzung bergen enorme Potenziale für die Produktion der Zukunft. Sie machen sie aber auch anfälliger für Zugriffe durch Dritte, Manipulationen oder Spionage. Ein Beispiel: 4.0-Unternehmen sind häufig auf Daten angewiesen, die die Hersteller von Sensoren und Komponenten bereitstellen. Werden diese Daten ungeschützt kommuniziert, sind Manipulationen möglich – mit potenziell schwerwiegenden Folgen. Um das zu verhindern, sollten immer zwei redundante Kommunikationswege implementiert werden.

Als einer der Partner von acatech hat TÜV Süd bei der Entwicklung des Maturity Index insbesondere sein Wissen um die Funktionale Sicherheit und industrielle IT-Security eingebracht. Zudem hat TÜV Süd als eines der ersten Unter­nehmen eine Zertifizierung nach dem Sicherheitsstandard IEC 62443 für industrielle Steuerungs- und Automatisierungssysteme entwickelt. Damit können Unternehmen potenzielle Schwachstellen in ihrer Steuerungs- und Leittechnik auf­decken und wirkungsvolle Schutzmaßnahmen ergreifen. Denn ein agiles Industrie-4.0-Unternehmen kann es letztlich nur mit IT-Sicherheit 4.0 ­geben.

Autor:
Dr. Bertolt Gärtner ist President & CEO von TÜV Süd Atisae, Madrid.