{"id":5384,"date":"2020-04-23T08:51:39","date_gmt":"2020-04-23T06:51:39","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.iese.fraunhofer.de\/?p=5384"},"modified":"2024-01-22T11:59:34","modified_gmt":"2024-01-22T10:59:34","slug":"industrie-4-0-zur-bekaempfung-von-covid-19","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.iese.fraunhofer.de\/blog\/industrie-4-0-zur-bekaempfung-von-covid-19\/","title":{"rendered":"Industrie 4.0 zur Bek\u00e4mpfung von COVID-19"},"content":{"rendered":"

Industrie 4.0 verspricht viele Vorteile, wie etwa eine wandelbare Produktion. Doch welchen Beitrag kann Industrie 4.0 zur Bek\u00e4mpfung von Krisen wie der COVID-19-Pandemie leisten? Und wie k\u00f6nnen zuk\u00fcnftige Krisenreaktionen durch Industrie 4.0 verbessert werden?<\/p>\n

Die COVID-19-Pandemie ist allgegenw\u00e4rtig. Ihre Auswirkungen sind in jedem Bereich drastisch sp\u00fcrbar, sei es im Privaten oder im Arbeitsumfeld. Umso verst\u00e4ndlicher ist es, dass mit Hochdruck an verschiedenen Stellen zur Bek\u00e4mpfung entweder der Verbreitung oder der Auswirkungen des Virus gearbeitet wird.<\/p>\n

So wird an Antik\u00f6rpertests und einem Impfstoff geforscht, die eine rasche R\u00fcckkehr zur Normalit\u00e4t versprechen. Zus\u00e4tzlich explodiert die Nachfrage nach medizinischer Ausr\u00fcstung. Dieser Bedarf ist kaum mehr zu decken. Zur Abfederung dieser Engp\u00e4sse wollen auch branchenfremde Betriebe beitragen. Verschiedene Autohersteller haben zum Beispiel ihre Unterst\u00fctzung bei der Produktion von Beatmungsger\u00e4ten zugesagt [1]. Allerdings stellt diese \u00c4nderung des Produkts die Hersteller vor gro\u00dfe Herausforderungen. Als Folge k\u00f6nnen urspr\u00fcnglich prognostizierte St\u00fcckzahlen nicht produziert werden [2]. Grund daf\u00fcr sind die langen Umbauzeiten, die mehrere Monate in Anspruch nehmen k\u00f6nnen [3]. Diese langen Umbauzeiten sind der mangelnden Wandelbarkeit bestehender Anlagen geschuldet. Kleine \u00c4nderungen im Produktionsablauf k\u00f6nnen unvorhergesehene Seiteneffekte hervorrufen, die nur durch langwierige Tests gefunden und beseitigt werden k\u00f6nnen. Au\u00dferdem muss eine Linie typischerweise stillstehen, w\u00e4hrend sie umger\u00fcstet wird.<\/p>\n

Industrie 4.0 und die wandelbare Produktion als Schl\u00fcsseltechnologien im Kampf gegen COVID-19<\/h3>\n

Je l\u00e4nger diese R\u00fcstzeit ist, umso l\u00e4nger gestaltet sich schlie\u00dflich auch die Stillstandzeit. Daraus resultieren hohe Kosten f\u00fcr die \u00c4nderung einer Produktion. Abhilfe schafft hier die wandelbare Produktion.\u00a0Wandelbarkeit ist hierbei definiert als die Reaktionsf\u00e4higkeit auf unvorhergesehene Ereignisse mit geringem Arbeitsaufwand [4], wie etwa die schnelle Transformation einer Produktionsstra\u00dfe f\u00fcr Automobile auf medizinisches Equipment.<\/p>\n

Genau hier setzen die Forschungen des Fraunhofer IESE im Bereich Industrie 4.0 an. Eine wichtige Technologie ist dabei der Digitale Zwilling. Hierbei handelt es sich um eine virtuelle Repr\u00e4sentanz eines Assets, z.B. eines Ger\u00e4ts oder eines Produkts. Dieser Digitale Zwilling wird am Fraunhofer IESE durch Verwaltungsschalen implementiert [5]. Bei einer Verwaltungsschale handelt es sich um einen Digitalen Zwilling mit einer standardisierten Struktur [6]. Diese Standardisierung wird von der Plattform Industrie 4.0<\/a> vorangetrieben, einem Netzwerk unabh\u00e4ngiger Entit\u00e4ten aus Wirtschaft und Forschung, die gemeinsam Konzepte f\u00fcr Industrie 4.0 definieren.<\/p>\n

Durch die Verwaltungsschale und durch F\u00e4higkeitenbeschreibungen wird die Wandelbarkeit von Fabriken bef\u00f6rdert. F\u00e4higkeiten definieren dabei den Einfluss, den ein Ger\u00e4t auf ein anderes Asset haben kann. Beispielsweise beschreibt die F\u00e4higkeit \u00bbBohren\u00ab, dass ein Ger\u00e4t eine zylindrische Vertiefung in einem Werkst\u00fcck erzeugen kann. Durch diese Instanziierung einer dienstbasierten Fertigung wird die wandelbare Fabrik erm\u00f6glicht. Eine dienstbasierte Fertigung funktioniert dabei wie folgt: Jedes Ger\u00e4t bietet seine F\u00e4higkeiten in Form von Diensten an. Ein Dienst kann dabei zum Beispiel \u00bbBohre Loch\u00ab sein, das dann \u00fcber Tiefe und Durchmesser parametrisiert wird. Dieser Dienst kann dann beliebig parametrisiert und aufgerufen werden.<\/p>\n

Der Vorteil hiervon liegt auf der Hand: Dienstanbieter k\u00f6nnen beliebig ausgetauscht werden, solange der angebotene Dienst identisch bleibt.<\/p>\n

Als Analogie zur Verdeutlichung dieses Konzepts kann das Ausdrucken eines Word-Dokuments betrachtet werden: Unabh\u00e4ngig von dem genutzten Drucker bleibt der Workflow immer gleich. Ein Austausch des Druckers \u00e4ndert nicht den Workflow, da ein neuer Drucker weiterhin den gleichen Dienst bietet: \u00bbDrucke Inhalt auf Papier\u00ab. Der Austausch des Druckers erfordert also keinerlei langwierige Umkonfigurationen oder \u00c4nderungen am Workflow.<\/p>\n

Genauso k\u00f6nnen Produkte \u00fcber die notwendigen Dienste f\u00fcr ihre Fertigung definiert werden. Soll nun ein neues Produkt eingef\u00fchrt werden oder ein bestehendes Produkt ge\u00e4ndert werden, muss nur ein neuer Workflow definiert werden. Fehlen zur Herstellung des Produkts Dienste, k\u00f6nnen diese mit entsprechenden Diensterbringern, also Ger\u00e4ten, nachger\u00fcstet werden. Abbildung 1 verdeutlicht dieses Konzept.<\/p>\n

Die dienstbasierte Produktion und deren Umsetzung am Fraunhofer IESE beleuchtet der Blog-Eintrag \u00bbBaSys 4.0 \u2013 Eine dienstbasierte Industrie-4.0-Architektur\u00ab <\/a>des Fraunhofer IESE Division Manager Dr. Thomas Kuhn im Detail.<\/p>\n

\"Fraunhofer
In der dienstbasierten Produktion werden Produktbeschreibungen mit Ger\u00e4tebeschreibungen durch Orchestratoren verkn\u00fcpft, um einen dynamischen Produktionsplan zu erstellen. (Quelle: Fraunhofer IESE)<\/figcaption><\/figure>\n

Wandelbare Produktion zur schnellen Herstellung lebensrettenden Equipments<\/h3>\n

Wie aber kann dieses Konzept in der aktuellen Situation helfen? Dazu stellen wir uns vor, die oben genannten Automobilhersteller w\u00fcrden bereits eine dienstbasierte Fertigung nutzen. Jedes Ger\u00e4t definiert also verschiedene Dienste, die es ausf\u00fchren kann. Zus\u00e4tzlich wird die Autoproduktion \u00fcber eine Verkettung von Dienstaufrufen definiert. Tritt eine Krise wie die COVID-19-Pandemie auf, kann das Produkt schnell gewechselt werden. Der Automobilhersteller kann mit wenig Aufwand von der Produktion eines Autos auf die Produktion eines Beatmungsger\u00e4ts wandeln. Hat er alle notwendigen Diensterbringer vor Ort, reicht eine einfache \u00c4nderung der Produktbeschreibung. Fehlt ein Diensterbringer, kann dieser dynamisch \u00fcber ein neues Ger\u00e4t nachger\u00fcstet werden. Dieses registriert sich und die Fertigung kann direkt beginnen.<\/p>\n

Ein anderes Beispiel, wie die wandelbare Produktion in der aktuellen Krise unterst\u00fctzen kann, ist die Produktion eines Impfstoffs. Sobald dieser gefunden ist, muss die Produktion schnellstm\u00f6glich beginnen. Eine aufw\u00e4ndige Umstellung der Produktion vergeudet Zeit, was sich in der Konsequenz in erh\u00f6hten Fallzahlen niederschl\u00e4gt.<\/p>\n

Genau hier zeigt sich erneut der Vorteil der wandelbaren Produktion: Die \u00c4nderung der Produktion f\u00fcr den SARS-CoV-2-Impfstoff kann mit geringem Aufwand erfolgen. Analog kann die Fertigung schnell zur Produktion zuk\u00fcnftiger Impfstoffe gewandelt werden.<\/p>\n

Die dienstbasierte Fertigung erlaubt aber nicht nur einen schnellen Wechsel von Produkt und produzierender Ressource, sondern auch einen vereinfachten Austausch mit anderen Herstellern. Ein einmal dienstbasiert definiertes Produkt kann anderen Herstellern mit einer dienstbasierten Produktion zug\u00e4nglich gemacht werden. Im Idealfall k\u00f6nnen diese dann direkt mit der Produktion beginnen. Als Konsequenz k\u00f6nnen in Krisenzeiten in \u00f6ffentlichen zug\u00e4nglichen Quellen dienstbasierte Baupl\u00e4ne f\u00fcr dringend ben\u00f6tigte Ausr\u00fcstung abgelegt werden. Jeder Hersteller kann dann auf diese \u00bbRezepte\u00ab zugreifen und das f\u00fcr die eigene Anlage jeweils bestgeeignete Rezept ausw\u00e4hlen.<\/p>\n

Mit Production-as-a-Service kann jeder einen Beitrag leisten<\/h3>\n

Hier zeigt sich auch eine weitere St\u00e4rke der dienstbasierten Fertigung: Durch die einfache \u00dcbertragbarkeit von Produkten erm\u00f6glicht sie Production-as-a-Service. Hierbei handelt es sich um ein neuartiges Gesch\u00e4ftsmodell, bei dem ein Fabrikbesitzer nicht mehr ein Produkt verkauft, sondern die Fertigungskapazit\u00e4ten seiner Maschine. In der Welt der Software ist der X-as-a-Service-Gedanke bereits seit langem verankert. So k\u00f6nnen bei Cloud-Anbietern wie Amazon oder Microsoft dynamisch und on-Demand Rechenkapazit\u00e4ten erh\u00f6ht oder reduziert werden \u2013 ganz nach dem momentanen Bedarf.<\/p>\n

In Bereichen wie dem 3D-Druck gibt es schon lange Dienstanbieter, bei denen ein einfaches Hochladen von Baupl\u00e4nen inklusive ad-hoc Preisberechnung m\u00f6glich ist. Hier konnte sich der Production-as-a-Service-Gedanke bereits fr\u00fchzeitig durchsetzen, da Umkonfigurationen auf ein spezifisches Produkt bei 3D-Druckern typischerweise keinen bis wenig Aufwand erfordern.<\/p>\n

Anders sieht es aus den bereits geschilderten Gr\u00fcnden in der klassischen Fertigung aus. Dabei bietet auch hier der X-as-a-Service-Gedanke f\u00fcr alle Beteiligten viele Vorteile.<\/p>\n

\"Fraunhofer<\/p>\n

Ein Beispiel: Red Bull besitzt keinerlei eigene Produktion [6]. Stattdessen fokussiert sich Red Bull rein auf das Marketing und nutzt die Produktionskapazit\u00e4ten eines Partners. Dabei handelt es sich aber um eine der wenigen Ausnahmen, die bereits Production-as-a-Service nutzen.<\/p>\n

Wie aber kann Production-as-a-Service zur Krisenbew\u00e4ltigung beitragen? Eingangs wurde bereits beschrieben, dass es als branchenfremder Anbieter nicht einfach ist, medizinisches Equipment herzustellen. Zus\u00e4tzlich zu den Aufw\u00e4nden f\u00fcr die Umstellung der Fertigung gibt es vielleicht Teile, die nicht selbst gefertigt werden k\u00f6nnen. Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit kann aber ein anderer Hersteller diese L\u00fccke schlie\u00dfen, dem wieder andere Teile zum Gesamtprodukt fehlen. Eine zentrale Stelle kann nun diese Einzelteile zu einem funktionierenden Ganzen zusammensetzen. Zwar ist ein solcher Ansatz auch bereits heute denkbar, aber mit einem immensen Mehraufwand verbunden.<\/p>\n

Bieten stattdessen verschiedene Hersteller einen einfachen Zugang zu ihren Produktionskapazit\u00e4ten, z.B. \u00fcber ein Web-Portal oder eine einheitliche Schnittstelle, kann in Krisenzeiten schnell dringend ben\u00f6tigte Ausr\u00fcstung dezentral gefertigt werden. Jeder Hersteller liefert dann mit den Teilen, die er herstellen kann, einen wichtigen Beitrag zur Bek\u00e4mpfung der Krisensituation.<\/p>\n

Zusammenfassend l\u00e4sst sich also sagen, dass Industrie 4.0 durch die wandelbare Produktion nicht nur viele Vorteile au\u00dferhalb von Krisenzeiten bietet, sondern auch als eine Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr die Bek\u00e4mpfung der Auswirkungen von Pandemien wie COVID-19 betrachtet werden sollte.<\/p>\n

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Das Fraunhofer IESE forscht an der Wandelbarkeit von Produktionsanlagen im Projekt BaSys 4.2<\/a>. Dort wird mit Eclipse BaSyx<\/a> eine Open-Source-Middleware entwickelt, die einen schnellen Einstieg in die Welt der Industrie 4.0 erm\u00f6glicht. Sie unterst\u00fctzt mit der Verwaltungsschale den standardisierten Digitalen Zwilling<\/a> der Zukunft. Zus\u00e4tzlich bietet sie viele Komponenten, die eine einfache Umsetzung von Industrie 4.0 erm\u00f6glichen.<\/p>\n

In einer Kooperation mit NetApp und objective partner wird mit ShopFloor 4.0<\/a> die kommerzielle Variante der L\u00f6sung mit umf\u00e4nglichen Support-Paketen und schl\u00fcsselfertigen L\u00f6sungen angeboten.<\/p>\n<\/div>\n

[1] https:\/\/www.n-tv.de\/wirtschaft\/Autobauer-ruesten-auf-Atemgeraete-um-article21657806.html<\/a>
\n[2] https:\/\/www.tagesschau.de\/ausland\/corona-trump-kriegsgesetz-101.html<\/a>
\n[3] https:\/\/www.spiegel.de\/auto\/corona-krise-warum-die-autohersteller-keine-beatmungsgeraete-produzieren-koennen-a-87ad5255-773d-451d-84e8-9173315cb5b4<\/a>
\n[4] https:\/\/www.plattform-i40.de\/SiteGlobals\/PI40\/Forms\/Listen\/Glossar\/DE\/Glossar_Formular.html?titlePrefix=W<\/a>
\n[5] Rainer Drath, Somayeh Malakuti, Sten Gr\u00fcner, Ullrich Epple, Michael Hoffmeis-ter, Patrick Zimmermann, Julian Grothoff und Constantin Wagner, \u201eDie Rolle der Industrie 4.0 \u201aVerwaltungsschale\u2018 und des \u201adigitalen Zwillings\u2018 im Lebens-zyklus einer Anlage\u201c, Automation 2017
\n[6] https:\/\/www.plattform-i40.de\/PI40\/Redaktion\/DE\/Downloads\/Publikation\/Details-of-the-Asset-Administration-Shell-Part1.html<\/a>
\n[7] https:\/\/vorarlberg.orf.at\/v2\/news\/stories\/2571394\/<\/a><\/p>\n

FRAUNHOFER VS. CORONA<\/h3>\n

Die COVID-19-Pandemie hinterl\u00e4sst Spuren im Alltag, bei der Gesundheit der Menschen, bei den Unternehmen, bei der hiesigen \u00d6konomie und der Weltwirtschaft. Expertinnen und Experten von Fraunhofer IESE bringen ihr Know-How ein, um Wirtschaft und Gesellschaft bei der Bew\u00e4ltigung direkter Auswirkungen und sp\u00e4terer Folgen zu unterst\u00fctzen.\u00a0Lesen Sie weitere Artikel in Bezug zu Corona und Fraunhofer IESE.<\/a><\/p>\n

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\"Fraunhofer<\/a><\/p>\n

Jahresbericht 2019\/2020 des Fraunhofer IESE<\/h4>\n

Erfahren Sie mehr \u00fcber unsere Themen rund um angewandte Forschung und schauen Sie rein in den kompletten Jahresbericht:<\/a><\/p>\n


\n\u00bbWarum Zukunft Digitalisierung braucht\u00ab<\/a><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Industrie 4.0 verspricht viele Vorteile, wie etwa eine wandelbare Produktion. Doch welchen Beitrag kann Industrie 4.0 zur Bek\u00e4mpfung von Krisen wie der COVID-19-Pandemie leisten? Und wie k\u00f6nnen zuk\u00fcnftige Krisenreaktionen durch Industrie 4.0 verbessert werden? Die COVID-19-Pandemie ist allgegenw\u00e4rtig. 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