Wenn sich Unternehmen dem Themenkomplex Industrie 4.0 nähern, steht in der Regel ihre strategische Perspektive im Vordergrund. Schwerpunkte sind die Erschließung neuer Geschäftsfelder, der transparente Umbau bestehender Prozesse sowie die Optimierung der Wertschöpfungskette. Die operative Ebene findet zurzeit nur selten Beachtung. Die tatsächliche Implementierung einer vollwertigen IT-Infrastruktur nach Industrie-4.0-Vorbild ist in den Augen der meisten Entscheider noch zu weit entfernt.
Diese Denkweise ist auch nicht grundsätzlich falsch. Natürlich macht es keinen Sinn, die Umsetzung zu planen, solange die grundlegende Strategie noch nicht geklärt wurde. Allerdings ist es auch riskant, Strategie und Implementierung von Industrie-4.0-Projekten strikt voneinander zu trennen. Es gibt durchaus technische Fragen, die auf strategischer Ebene geklärt werden müssen. Das kann zum Beispiel dann der Fall sein, wenn der grundlegende Aufbau der technischen Infrastruktur im Fokus steht.
Lösungsansätze für solche Probleme lassen sich aber nur schlecht auf abstrakter Ebene diskutieren. Betrachten wir daher eine konkrete technische Fragestellung als Beispiel: Wie löst man das Problem domänenübergreifender Kommunikation und welche Rolle spielt das ERP-System dabei?
Was sind die Herausforderungen domänenübergreifender Kommunikation?
Ein wichtiges Ziel von Industrie-4.0-Strategien ist, möglichst viele Anwendungsbereiche im Unternehmensumfeld smart zu machen. Hinter diesem Schlagwort verbergen sich die Vernetzung sämtlicher Entitäten (z. B. Maschinen oder Fahrzeuge) sowie die Automatisierung von Abläufen. In einer smarten Fabrik sollen beispielsweise Fertigungsanlagen Informationen untereinander austauschen und dadurch den Ablauf eines Fertigungsauftrags automatisch abwickeln. Das Werkstück weiß, welchen Produktionsschritt es als nächstes durchläuft, und findet selbstständig die passende Fertigungsstation.
Voraussetzung für solch einen smarten Umbau ist die informationstechnische Kopplung aller involvierten Systeme. Wenn Maschinen nicht miteinander kommunizieren können, ist auch kein Datenaustausch möglich. Das heißt, wir benötigen klar definierte Kommunikationsstandards, die den Informationsaustausch regeln. Innerhalb einer Domäne (z. B. einer smarten Fabrik) ist das noch relativ einfach zu bewerkstelligen. Schließlich ähneln sich die vernetzten Objekte sehr stark. Es ist nicht schwer, einem smarten Fahrzeug beizubringen, ein anderes smartes Fahrzeug zu verstehen. Problematisch ist allerdings die domänenübergreifende Kommunikation. Dabei kann es sich sowohl um die Vernetzung interner Domänen handeln (z. B. von Shopfloor zu Topfloor) als auch externer Domänen (z. B. die Verbindung von Shopfloors mehrerer Unternehmen oder Standorte).
Der Grund für die Problematik ist nicht die Datenübertragung selbst. Durch das Internet verfügen wir bereits über erprobte Kommunikationsstandards für die Vernetzung von Maschinen. Die Schichten des OSI Modells sowie des RAMI 4.0 Modells erfüllen diese Aufgabe mühelos. Das eigentliche Problem ist die syntaktisch/semantische Ebene. Smarte Objekte können zwar grundsätzlich miteinander sprechen, aber sie verstehen sich nicht. Jede Domäne verwendet ihre eigenen Kommunikationsstandards. Domänenübergreifend sind diese Standards aber meist inkompatibel. Datenaustausch ist zwar domänenübergreifend möglich – Interpretation jedoch nicht. Und genau diese Problematik steht der domänenübergreifenden Kommunikation bisher im Weg.
Was wir daher brauchen, ist ein einheitliches Beschreibungsmodell, das die Grundlage für domänenübergreifende Kommunikation bildet.
Das ERP-System als zentraler Kommunikationsknoten
Eine Einigung auf einen gemeinsamen domänenübergreifenden Kommunikationsstandard ist allerdings zurzeit noch nicht absehbar. Unternehmen, die mit digitalen Cross-Domain-Geschäftsmodellen experimentieren wollen, müssen daher einen Weg finden, domänenübergreifende Kommunikation mithilfe bestehender Schnittstellen zu realisieren.
Ja nach Anwendungsbereich kann sich das jedoch als aufwendig erweisen. Wenn es keine Standardprotokolle gibt, müssen wir für jede Kommunikationsbeziehung zweier Objekte eine eigene Schnittstelle entwickeln. Die benötigte Anzahl dieser Schnittstellen skaliert jedoch exponentiell und wird schnell impraktikabel. Ein besserer Ansatz ist daher, die Kommunikation zumindest teilweise über zentrale Vermittlungsknoten laufen zu lassen. Auf diese Weise müssen die einzelnen Entitäten nur noch eine einzige Schnittstelle besitzen: die zum Vermittlungsknoten.
Hier können wir wieder die Brücke zum Bereich ERP schlagen. Zumindest im Produktionsbereich eignen sich ERP-Systeme hervorragend für die Rolle des Vermittlungsknotens, da sie von vorneherein mit einer Vielzahl von Unternehmensbereichen verknüpft sind. Schließlich ist es die primäre Aufgabe eines ERP-Systems, sämtliche Geschäftsprozesse zu koordinieren und dokumentieren.
Zumindest eine Domäne müssen Sie also nicht extra an den Knoten anschließen. Das erspart Ihnen schon mal eine Menge Arbeit. Bleibt nur noch die Frage, wie Sie die andere Seite anschließen.
Es macht keinen Sinn, die Objekte aller beteiligten Domänen an einen einzigen, zentralen Knoten anzuschließen. Das widerspricht der Idee hinter Industrie 4.0. Zudem wäre die Komplexität dieses Ansatzes sehr hoch, da ein einziges System eine enorme Anzahl einzelner Objekte steuern und überwachen müsste. Sinnvoller ist es, mehrere miteinander verbundene Kommunikationsknoten zu verwenden. Bezogen auf die ERP-Perspektive, würde das bedeuten, dass jede Domäne nur mit ihrem eigenen ERP-System verbunden ist. Die domänenübergreifende Kommunikation liefe dann wie folgt ab: Objekt 1 aus Domäne 1 sendet Daten an ERP-System 1. ERP-System 1 sendet die Daten weiter an ERP-System 2 in Domäne 2. Dieses leitet den Datenstrom wiederum weiter an Objekt 2. Beide Objekte in diesem Beispiel benötigen somit keinen gemeinsamen Kommunikationsstandard. Alles, was sie brauchen, ist eine Anbindung an das ERP-System.
Es ist sinnvoll mehrere miteinander verbundene Kommunikationsknoten zu verwenden.
Technisch gesehen ein Workaround
Die Implementierung domänenübergreifender Kommunikation ist eine gute Zwischenlösung für Unternehmen, die erste Schritte in Richtung Industrie 4.0 gehen wollen. Dieser Ansatz hat aber auch seine Grenzen, die Entscheider im Hinterkopf behalten sollten.
Die wohl größte Limitierung hängt damit zusammen, dass ERP-Systeme für die Verwendung innerhalb unternehmensinterner IT-Strukturen gedacht sind. Damit ist auch ihr Einsatzbereich als Kommunikationsknoten beschränkt. Wann immer Domänen im Spiel sind, die klassischerweise nicht mit einem ERP-System verbunden werden (z. B. ein smartes Stromnetz), ist dieser Ansatz nicht mehr uneingeschränkt praktikabel. Es wären zu viele zusätzliche Schnittstellen nötig, die unter Umständen die Kernfunktionen der ERP-Lösung beeinträchtigen.
Die zweite Einschränkung beruht darauf, dass wir es hier streng genommen mit einem Workaround zu tun haben. Die ursprüngliche Idee hinter smarten Systemen ist, dass sie ohne zentrale Instanz auskommen, die alle Abläufe koordiniert und überwacht. Die einzelnen Objekte sollen eigenständig miteinander kommunizieren und dadurch eine Art „Schwarmintelligenz“ bilden. Ein ERP-System als universeller Kommunikationsknoten stört diese Systematik, was wiederum auch ihre Leistungsfähigkeit limitiert.
Kleine Schritte, kein „Big Bang“
Dieses Beispiel veranschaulicht recht gut, vor welchen Herausforderungen Unternehmen zurzeit stehen, die erste Industrie-4.0-Projekte umsetzen wollen. In vielen Bereichen sind die technischen Strukturen, die für vollvernetzte Systeme benötigt werden, noch gar nicht vorhanden. Und auf die Entwicklung neuer Technologien zu warten, würde meist bedeuten, das Projekt als „Big Bang“ aufzuziehen, was wiederum eigene Schwierigkeiten mit sich bringt.
Für die ersten Schritte in Richtung Industrie 4.0 bietet es sich daher an, bestehende Systeme und Technologien als Workaround einzusetzen. Gerade ERP-Systeme sind hervorragend dafür geeignet, denn sie vernetzen Geschäftsprozesse schon heute miteinander. Wenn Sie Ihre ERP-Lösung als Knoten in Ihren Industrie-4.0-Prototypen einbinden, können Sie von dort aus weitere agile Schritte gehen und Ihr Netzwerk weiterentwickeln. Das ERP-System wird damit Ihr individuelles Gateway in Richtung Industrie 4.0.
