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BericHt der PromotorengruPPe KommuniKAtion
Wirtschaft und Wissenschaft begleiten die Hightech-Strategie
Forschungsunion
im FoKuS: dAS ZuKunFtSProjeKt induStrie 4.0HAnDlunGSEMpFEHlunGEn zuR uMSEtzunG
impressum
Herausgeber promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion Wirtschaft – Wissenschaft:
prof. Dr. Henning Kagermann, acatech Deutsche Akademie der technikwissenschaften e.V. (Sprecher der promotorenguppe)
prof. Dr. Wolfgang Wahlster, Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH
Dr. Johannes Helbig, Deutsche post AG
redaktion Ariane Hellinger, M.A., acatech - Deutsche Akademie der technikwissenschaften e.V.
Reinhard Karger, M.A., Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH
Layout, Satz , illustration SpiegelGrafik, Stuttgart
Kontakt Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft, ulrike Findeklee, M.A.
tel.: 030/322982507
E-Mail:[email protected]
Auslieferung und Vertrieb Büro der Forschungsunion im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e. V. pariser platz 6, 10117 Berlin E-Mail: [email protected]
Im Internet unter www.forschungsunion.de
Erscheinungstermin: März 2012
© Copyright liegt bei dem Herausgeber. Alle Rechte vorbehalten. Dieses Werk ist einschließlich seiner teile urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die über die engen Grenzen des urheberrechts gesetzes hinausgeht, ist ohne schriftliche zustimmung des Herausgebers unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikro-verfilmungen sowie die Speicherung in elektro nischen Systemen. Für die Richtigkeit der Herstellerangaben wird keine Gewähr übernommen.
1
Wirtschaft und Wissenschaft begleiten die Hightech-Strategie
Forschungsunion
BericHt der PromotorengruPPe KommuniKAtionim FoKuS: dAS ZuKunFtSProjeKt induStrie 4.0HandlungsemPfeHlungenzurumsetzung
2 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
Inhalt
1 inFormAtionS- und KommuniKAtionS - tecHnologie (iKt) AlS motor Für ProduKtivität, innovAtion und KreAtivität ..................................................................................................................................................4
2 ZuKunFtSProjeKte und initiAtiven .............................................................................................................................................................7
InitiativeI:Vertrauen,schutz undselbstverantwortunginderdigitalenWelt .............................................................................................................................................................9
InitiativeII:energieeffizienteIKt ..............................................................................................................................................10
InitiativeIII:nachwuchs,ausbildung undQualifikationinIKt .............................................................................................................................................. 11
InitiativeIV:diedigitaleagendaeuropas aktivmitgestalten! ..............................................................................................................................................12
3
3 ZuKunFtSProjeKt »induStrie 4.0« (internet der dinge) ......................................................................................................................................................... 13
3.1 Handlungsbedarfangesichts der4.Industriellenrevolution ......................................................................................................................................................... 13
3.2 InnovationsmotorCyber-Physicalsystems ......................................................................................................................................................... 16
3.2. Bisherigerstand/Hightech-strategie ......................................................................................................................................................... 18
4 die umSetZung deS ZuKunFtSProjeKteS: die AgendA induStrie 4.0 ......................................................................................................................................................... 19
4.1 zielderagenda:dieumsetzungdersmartfactory .........................................................................................................................................................21
4.2 schwerpunkt»realesumfeld« .........................................................................................................................................................23
4.3 schwerpunkt»Wirtschaftlichesumfeld« .........................................................................................................................................................25
4.4 schwerpunkt»faktortechnologie« .........................................................................................................................................................29
4.5 schwerpunkt»faktormensch« .........................................................................................................................................................33
4.5.1mensch-maschineInteraktion ....................................................................................................................................................... 33
4.5.2aus-undWeiterbildung .........................................................................................................................................................36
derarbeitskreis»Industrie4.0« .........................................................................................................................................................40
mitgliederdesarbeitskreisesIndustrie4.0 .........................................................................................................................................................42
5 ZuKunFtSProjeKt »internetBASierte dienSte Für die WirtScHAFt« .........................................................................................................................................................44
literAtur ......................................................................................................................................................... 47
Autoren .........................................................................................................................................................49
dAnKSAgung ......................................................................................................................................................... 51
4 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
1. InformatIons-undKommunIKatIons- technologIealsmotorfürProduKtIvItät, InnovatIonundKreatIvItät
mitihrerHightech-strategiehatsichdieBundesregierungdaszielgesetzt,ineinemintegrativenansatzdiewichtigstenak-teuredesInnovationsgeschehenszuversammeln,zielefürdieunterschiedlichenInnovationsfelderzuformulieren,PrioritätenzusetzenundneueInstrumentederInnovationsförderungzugenerierenundzuimplementieren.1
dieBranchederInformations-undKommunikationstechnologien(IKt)erwirtschaftetheuteeinenumsatzvon140milliardeneuroundgibt840.000menschenBeschäftigung.dieIK-technologiensinddiegrundlagenderInnovationeninallenanderenWirt-schaftssektorenunddamitderInnovationsmotornr.1.siedurch-dringenallelebens-undarbeitsbereicheinunserergesellschaftundbildendietechnologischeBasisfürdieInformations-undWissensgesellschaft.alsschlüsseltechnologieeinerzunehmendwissensbasiertenWirtschaftwirkenIKtsomitalsWachstums-beschleunigerfürallewichtigenBranchen.2
• mehrals80%derInnovationeninfürdeutschlandwichtigenBranchenberuhenaufIKt.3dieHebelwirkungvonIKtaufdieWertschöpfunginanderenBranchenliegenetwabeimfaktorfünf.
• dieHälftederProduktivitätssteigerungendereuropäischenWirtschaftindenvergangenen15JahrenistaufInnovationeninIKtzurückzuführen.4
• dieVernetzungvielerverstärktdieKreativitätdeseinzelnen.
Kreativitätwirdzueinemerfolgskriterium,nachdemforscherebensowieIngenieuredurchdeneinsatzvonIKtzunehmendvonroutinetätigkeitenentbundenwerden.
dieBundesregierunghatdieforschungsförderungderInfor-mations-undKommunikationstechnologienimrahmenderHigh-tech-strategieneuausgerichtetundaufdiewichtigstenziel-
branchenindeutschland,gesellschaftlicheHerausforderungenundQualitätszielefokussiert.
dieIt-forschungslandschaftistindeutschlandheuteinsgesamtdeutlichbesseraufgestelltalsnochvoreinigenJahren.dasförderprogrammIKt-2020wirdinzwischeneuropaweitalsVor-bildfürnationaleIt-Programmeanderermitgliedstaatengesehenundinhaltlichauchindenförderprogrammendereuaufge-griffen.lokaleexzellenzcluster(dfg),regionalespitzencluster(BmBf)undeuropäischeWissens-undInnovationsgemeinschaf-ten(KICeItICtlabs)imrahmendeseuropäischenInnovations-undtechnologieinstituts(eIt)dereusorgenfürsynergienzwischendenleistungsfähigstenInstituten,universitäten,indus-triellenforschungszentrenundIt-anwendern.
dieVerzahnungvonWirtschaftundWissenschaftkonnteinderIt-forschungaufdieseWeiseimsinnederforschungsuniondeutlichvorangetriebenwerden.diewichtigstenthemensinddemnachadressiert,diestrategie-papiereverabschiedet.dennochbefindetsichderIKt-standortdeutschlandnurinwenigenfeldernanderspitze5.
1 HIgHteCH-strategIe2020,s.4.2 InnovationsfeldIKt,29.11.2006Berchthold/Wahlster.3 IKt-2020forschungfürInnovationen,BmBf2007,s.4.4 derIKt-sektorerwirtschaftetmiteinemjährlichenmarktvolumenvon660milliar-
deneurunmittelbar5%deseuropäischenBruttoinlandsprodukts,leistetabereinenweitausgrößerenBeitragzurgesamtenProduktivitätssteigerung(20%direktausdemIKt-sektorund30%durchIKt-Investitionen).gründedafürsinddashoheniveauderdynamikundInnovationindiesemsektorundseinegrundlegenderolle,wennesdarumgeht,dieartundWeisederWirtschaftstätigkeitinanderensektorenzuverändern.[dIgItaleagenda2010],s.4.
5 [12.faKtenBerICHt2009].
19601941 1980 2000 2020zeit
1ComputerVieleBenutzer
2.PC,notebook1.zentralrechner
1Computer1Benutzer
1BenutzerVieleComputerm2m-Kommunikation
3.smartPhone smartCard
4.funksensorenals eingebetteteComputer smartCity
5.Intelligenteumgebungen
Verb
reitu
ng
5
InformatIons-undKommunIKatIons-technologIealsmotorfürProduKtIvItät,InnovatIonundKreatIvItät
esgiltdaherweiterhin,sichaufdiethemenzukonzentrieren,indenendeutschlandguteChancenbesitzt,einespitzenpositioneinzunehmen.
umdieszuerreichen,mussnochstärkerfokussiertwerden,müssenbestehendeInitiativennochstärkerkoordiniertundmussvorallemdiekonsequenteumsetzunginmarkterfolgegefördertwerden.
die2006seitensderPromotorenformuliertezielsetzung»OrientierungandengesellschaftlichenHerausforderungenunsererzeitundfokussierungaufdiefürdeutschlandwichtigenBranchen«hatnachwievorgültigkeit.
abb.1–VomzentralcomputerüberdenPCundeingebettetesystemezuintelligentenumgebungen,Quelle:WolfgangWahlster,dfKI.
aussichtderPromotorensindfolgendetrendsfürdiestrate-gischeInnovationsförderungimBedarfsfeldKommunikation/IKtmaßgeblich:
• dergesellschaftlichetransformationsprozesszueinerInfor-mations-undWissensgesellschaftaufBasisvonakzeptanzundteilhabe,
• diegestaltungdesParadigmenwechselsvonderPC-zen-trischenWelthinzuuntereinanderundüberdasInternetvernetztenintelligentengeräten,Objektenundumgebungen(s.abb.1),
6 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
• erheblichhöhereundneueanforderungenansicherheitundPrivacy,
• diesicherungdernachhaltigenausgestaltungdiesesPara-digmenwechsels–sowohlhinsichtlichderressourcen-schonendenentwicklungvonIKtselbst(»greenIt«)alsauchderunterstützungvonressourceneffizienzdurchIKtinanderensektoren(»Itforgreen/Itforgreenprocesses«).
alsKonsequenzsolltederschwerpunktauffolgendeChancen(zukunftsprojekte)undHerausforderungen(Initiativen)gelegtwerden:
• die chanceleitanbieterzuwerdenfüroffeneundvernetzteCyber-Physicalsystems(CPs),dietechnischesystemeüberdasInternetverknüpfen(»Internetderdinge«),
• diechanceaufWirtschaftswachstumdurchneuegeschäfts-modelleiminternetbasiertendienstleistungssektor(»Internetderdienste«),
• diechancenbeispeziellenIKt-KompetenzeneineführendePositionauszubauen,diealsInnovationsmotorfürdeutscheschlüsselbranchenwettbewerbsentscheidendsind,
• die Herausforderung,VertrauenundakzeptanzinIKtbeiderBevölkerungzusichern,
• dieHerausforderung,energieeffizienzzurzentralenrand-bedingungfürentwurf,HerstellungundanwendungvonIK-technologienzumachen,
• dieHerausforderung,demfachkräftemangelimIKtBereichentgegenzuwirken.
diesstehtimeinklangmitdenempfehlungenderforschungs-union»WoherdasneueWachstumkommt«:»zukünftigwirddieInformations-undKommunikationstechnik(IuK)immerstärkereineakteursrolleinWertschöpfungsprozessenübernehmen.Intelligentenetzesimulieren,kontrollierenundoptimieren
Produkteundsysteme–undschützensichselbstvorgefahren.«auchimrahmenvondeutschlanddigital2015unddemforschungsprogrammIKt2020wurdendieseChancenundHerausforderungenbereitsidentifiziert.6
entsprechendsollendiezukunftsprojekteundInitiativenderHigh-tech-strategieimBedarfsfeldKommunikationengmitbestehendennationalenundeuropäischenförderprojektenundInitiativenabgestimmtwerden–umangesichtsderschnelligkeitundderglobalendimensiondestechnologischenWandelsimIKtBereicheinezielführendestrategischeVerzahnungderzukunftsprojektezuerreichen.zudemistaufgrundderQuer-schnittbedeutungvonIKtdieengezusammenarbeitmitanderengruppenvorgesehen;insbesonderemitderPromotorengruppesicherheit.
6 InKapitel4(»forschungundentwicklungfürdiedigitalezukunft«)istdasInter-netderzukunftalseinzentralesthemaidentifiziert;derschwerpunkt»VertrauenundsicherheitinderdigitalenWelt«(Kap.3)imBedarfsfeldsICHerHeItistge-setztunddasthemaressourceneffizienzwirdu.a.mitdem»aktionsplangreenIt«unterdemstichwort»digitalelösungenfürgesellschaftlicheHerausforderun-gen«gefördert.auchim12.faktenberichtwerdendieangeführtenschwerpunktealswichtigsteWachstumsbereichedesdeutschenIKt-standortsidentifiziert.
abb.2–IKtalsInnovationsmotorfüralleBedarfsfelder–dierelevanzdes»Internetsderzukunft«,Quelle:PgKommunikation,2011
7
2 ZuKunftsProjeKteundInItIatIven
intelligente netzinfrastrukturensindderschlüsselzurBewälti-gungderzukunftsherausforderungen,nichtnurimBereichener-gieundumwelt(Internetderenergie),sondernauchfürgesund-heitundernährung(gesundheitstelematikundaal),Vertriebundmobilität(Verkehrstelematik),moderneBildung(e-learning)undöffentlicheVerwaltung(e-government).
alleansätzezurlösungdieserHerausforderungenhabeneinetechnologischegrundlage:IntelligenteundhochleistungsfähigeInfrastrukturenaufBasisenergieeffizienter(Hochgeschwindig-keits-)BreitbandnetzeundPlattformen,aufdenendigitalediensteeinfach,qualitätsorientiertundvertrauenswürdigan-gebotenwerden(trustedCloud).
Wirtschaft Kultur
(z.B.dt.digitaleBibliothek) …
das internet der dienste
industriecPS Szenario
Factory
energieCPsszenario
smartgrid
mobilitätCPsszenariosmartmobility
gesundheitCPsszenariosmartHealth
…CPsszenario…
Querschnittthemen, die für alle Bedarfsfelder geltensemantischetechnologien,CloudComputing,Betreiberplattformfürdienste,…
Querschnittthemen cPS, die für alle Bedarfsfelder geltensicherheit,langzeitbetrieb,engineering,aus-undWeiterbildung,standards&normen,referenzarchitektur
das internet der dinge
8 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
der Fokus der Hightech Strategie im Bedarfsfeld Kommunikation sollte daher auf zwei Zukunftsprojekten liegen, die deutschlands Kompetenz im Aufbau (leitmarkt) und bei der Kommerzialisierung (leitanbieter) intelligenter netze stärken (s. Abb.2):
1. ZuKunFtSProjeKt »induStrie 4.0«aufdemWegzuminternet der dingesolldurchdieVer-schmelzungdervirtuellenmitderphysikalischenWeltzuCyber-Physicalsystemsunddemdadurchmöglichenzusam-menwachsendertechnischenProzessemitdengeschäfts-prozessenderProduktionsstandortdeutschlandineinneueszeitaltergeführtwerden.
2.ZuKunFtSProjeKt »internetBASierte dienSte Für die WirtScHAFt«aufdemWegzum internet der dienstesollunternutzungsichererundvertrauenswürdigerCloudInfrastrukturenmitderBereitstellungneuerdienste-PlattformendiegrundlagefürneuedienstleistungenundgeschäftsmodelleinderInter-netökonomiegelegtwerden.
mitdiesenbeidenthemenerzieltmanauchdiegrößteHebelwirkungbeiderumsetzungvonzukunftsprojektenindenanderenBedarfsfeldern.
ImKontextdesIKt-leuchtturmes»Internetderdinge«derHigh-tech-strategiewurdenmitdemBmBf-gefördertenacatech-Projekt»IntegrierteforschungsagendaCyber-Physicalsystems«weitereleitprojekteidentifiziert,unteranderemauchfürdenBereich»smartfactory«.dieausführlichestudiemitallenan-wendungsszenarioserscheintimapril2012.7
nebendenbeidenzukunftsprojektenempfiehltdiePromotoren-gruppedesBedarfsfeldesKommunikationeinereihevonInitiativenimBereichIKt,umdieeingangsadressiertenChancenundHerausforderungengestaltenzukönnen.
mitderumsetzungderimJanuar2011angestoßenenInitiativenwurdebereitsbegonnen.
7 CPs-Projektseiteunter:http://www.acatech.de/de/projekte/laufende-projekte/integrierte-forschungsagenda-cyber-physical-systems.html
diegrundlageeinersolchenstrategiemusseineBestands-aufnahmederbestehendenInitiativenundProjektesein.
9
ZuKunftsProjeKteundInItIatIven
8 [5.natIOnalerIt-gIPfel],s.27.9 [OffenfÜrdIezuKunft2010],s.14.
InitiativeI:vertrauen,schutzundselbstverantwortunginderdigitalenWelt
angesichtsderschlüsselstellungderIt-BranchefürdiegesamtevolkswirtschaftlicheWeiterentwicklungverdientdieWeiter-entwicklungdesVertrauensindasInternethöchsteaufmerk-samkeit.»derVertrauensverlustindasInternetgefährdetdenwirtschaftlichenerfolgdergesamtenIt-BranchestärkeralsirgendwelcheKonjunkturdellenoderKrisenszenarien«,sodieBundesverbraucherschutzministerinimVorfelddesIt-gipfelsderBundesregierung2010.
nebendemthema»datenschutz«wirdvorallem»derkompeten-teumgangmitpersönlichendatenimInternet«alskritischer-achtet.WenngleichdieBundesregierungdieherausgehobenerollevonVerbrauchervertrauenunddatenschutzalsVorausset-zungfürfreieundungehinderteKommunikationundteilhabeer-kannthat8,liegtderschwerpunktderforschungsförderungbis-heraufsicherheitstechnischenaspekten.IndiesemBereichwirddeutschlandzwareinhohesniveauimforschungs-undent-wicklungsbereichattestiert,gleichwohlwirddiekritischeBedeu-tungdesnutzerverhaltensbetont:»BeivielennutzernmussdasBewusstseinfürdieschutzwürdigkeitpersönlicherundsensiblerdatenimInternet,beispielsweiseinsozialennetzwerken,je-dochnochgewecktundgewahrtwerden«.9Benutzerfreundlich-keitundeinfacheBedienbarkeitdersicherheitsfunktionensinddaherschlüsselfaktorenfürtechnikakzeptanz.
die Promotoren empfehlen eine ressortübergreifende initiative im Bereich »it-Privacy« – vertrauen und Akzep-tanz in iKt bei der Bevölkerung sichern.
dieInitiativerichtetsichanWirtschaftundWissenschaft.gesellschaftlicheKräfteundPolitiksollendarineingebundenwerden.InwissenschaftlicherHinsichtisteinbreiterinterdis-ziplinäreraustausch,insbesonderemitrechts-undsozialwis-senschaftensicherzustellen.
seitensderWirtschaftsindalleunternehmenaufgerufen,dasthemaInternetentwicklungvoranzutreiben.
dieangestrebteInitiative»It-Privacy«kannalsdachfürein-zelvorhabenderBundesregierungdienen.dieergebnissederIt-PrivacyInitiativeundeinzelnerProjektekönnenwichtigeImpulseauchaufeuropäischerebeneliefern,woderzeitwich-tigegesetzesvorhaben,wieetwadieÜberarbeitungdereu-datenschutzrichtlinie,angestoßenundberatenwerden.
umsetzung Stand märz 2012:diePromotorengruppe»Kommunikation«kooperiertengmitderdesBedarfsfeldes»sicherheit«,diedaszukunftsprojekt»sichereIdentitäten«bearbeitet.zieldieseszukunftsprojektsistes,Wegeaufzuzeigen,wiedatenschutzunddatensicherheitimInternetimalltagrealisiertwerdenkönnen.zudemwirddasin-terdisziplinäreforschungsprojekt»Internet-Privacy–eineKulturderPrivatsphäreunddesVertrauensimInternet«immärz2012erstezwischenergebnissevorlegen
BerichtzumBedarfsfeld»sicherheit«unter:www.forschungsunion.de
10 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
InitiativeII:energieeffizienteIKtInBezugaufenergieundumwelt,könnenIKtdurchdeneinsatzvonintelligentenlösungenganzerheblichdazubeitragen,dieressourceneffizienzzuverbessern.aufderanderenseiteverant-wortendieIKtheutemit10%desdeutschengesamtstrom-bedarfs(undeinemWachstumum20%bis2020)bereits2%derweltweitenKlimagasemissionen:
•durchdiezunehmendeVirtualisierungvonBusinessdaten,dieindergeschäftsweltzubeobachtenist,wirddergesamtstrom-bedarfweitersteigen.BeimCloudComputingbefindensichdiegeschäftsdatennichtmehraufunternehmensinternenrech-nern,sondernwerdendezentralinrechenzentrenrundumdieWeltgespeichert.OhneumfassendeenergiesparmaßnahmenwürdederstromverbrauchbeimBetriebvonrechenzentrenbis2013um50%weiteransteigen.
•derglobalemobilfunkverkehrwirdsichlautPrognoseninner-halbvon5Jahren(2009-14)umdasca.40-facheerhöhen.diemobilfunktechnikdernächstengeneration(lte)leistetei-nenentscheidendenBeitragdazu.ursachedafüristzumeineneinBoomindenschwellenländern,dieJahrzehntewirt-schaftlicherrückständigkeitdurchkostengünstigenanschlussandasglobaledatennetzaufholenkönnen.zumanderengibteseinenweltweitenBoomdesBedarfsanmobilenend-geräten(netbooks,smartphones,tablets,e-reader),derdentrendzumansteigendendatenvolumen–vorallemdurchdieÜbertragungvonVideodaten–nochbeschleunigt.
fürdieIKtverschärftsichdaherdasProblem,wiedieWachs-tumsratenderenergiebedarfevondenenderdurchnachfragenachimmermehrrechenleistungentstehendendatenvoluminaabgekoppeltwerdenkönnen.
esgibteinengreenItaktionsplan(greenItPionierdeutsch-land)desBmWi,derweiterverfolgtwerdensoll.diePromo-torengruppeempfiehlteineergänzungdiesesaktionsplanesdurchBest-Practice-Beispiel(insb.daXunternehmen)um:
1.nachahmerzufinden2.demhohenenergieverbrauchderIK-technologiendas
einsparpotentialdurchIKtentgegenzusetzen
3.dasPotentialdesstandortsdeutschlandindiesemBereichherauszustellen
11
InitiativeIII:nachwuchs,ausbildungundQualifikationinIKt
derfachkräftemangelinderIt-BrancheisteinseitJahrenbe-kanntesProblem,dasdieentwicklungdesstandortsdeutsch-landhemmt.dabeifehlenindeutschlandnichtnurIt-experten,sondernvorallemauchIt-manager–diesewerdenoftmalsimauslandrekrutiert.diesistansichnichtsschlechtes,daIdeenambestenindenKöpfenvonmenschen»reisen«.allerdingsbrauchenwirauchmanager,dieihrespezifischenerfahrungenausdeutschlandmiteinbringenkönnen.umtop-Informatik-studentenzudenIt-managernvonmorgenzuentwickeln,wurdeimVorfelddesIt-gipfels2010dersoftwareCampuskonzipiert.
derSoftware campus wirdesbiszu100fortgeschrittenenmaster-oderPromotions-Informatikstudentenermöglichen,selbstgewählteProjekteunterpersönlicheranleitungeinesspit-zenforschersundeineserfahrenenmanagersausItunterneh-menzubearbeiten.diestudentenwerdenvoneinerKommissionjährlichausgewählt.zusätzlichzumfachwissenwerdenKern-kompetenzenvermittelt:Verständnisfürmarktzusammenhänge,unternehmensfunktionenund-strategien,expertisenzuraus-gestaltungvontechnologieplanungs-undInnovationsprozessenoderInternationalisierungsstrategien.zielistes,dass50Prozentderabsolventenin10JahrenführungskräfteindeutschenIt-unternehmensind.dersoftwareCampussolleineinternationaleausstrahlunghaben–50Prozentderstudentensollenlangfristigausdemauslandkommen.diefinanzierungwirdhälftigge-tragenvonBmBfunddenunternehmen.dasgesamtvolumenbeträgt10millioneneuroproJahr.dersoftwareCampuswirddurcheinegeschäftsstellevertreten,diebeimeItICtinBerlinangesiedeltist,vertreten.
empfehlungenderPromotorenimJanuar2011:densoftwareCampuszurausbildungvonIt-managernderzukunftin2011einzurichtenunddieInternationalisierungderpostgraduiertenausbildunganexzellenzzentrendurchdasfIt-Programmfortzusetzenundzuverbreitern.alleausbildungsaktivitätensollenimrahmendereuropäischeneItICtlabskoordiniertwerden.
eswirdempfohlen,begleitendzurförderungdernationalenfachkräfteeineVernetzungmiteuropäischenundausgewähl-tenweltweitenKooperationen(bsp.usa,JapanundIndien)zurBreitenförderunganzustreben.
dasbreiterethemaIt-fachkräftemangelsollteinderzu-ständigenarbeitsgruppe6imKontextdesIt-gipfelsweiterbehandeltwerden.
umsetzung Stand märz 2012:dersoftwareCampuswurdeaufdem6.nationalenIt-gipfelimdezember2011inmünchenoffiziellgestartet.derCampusisteineKooperationdeutscheruniversitäts-,forschungs-undIn-dustriepartnerzurfinanzierungunddurchführungeinesgemein-sameneliteförderungsprogrammszuraus-undWeiterbildungfürmaster-undPromotionsstudierende.
WeitereInformationen:www.softwarecampus.de
ZuKunftsProjeKteundInItIatIven
12 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
InitiativeIv:diedigitaleagendaeuropasaktivmitgestalten!
dieBewältigungglobalerHerausforderungendurchihreerfor-schungunddieVerbreitungvonforschungsergebnissenistnichtalleinnationalmöglich,sondernnurdurchinternationaleKoope-rationen.dieBundesregierungverfolgtentsprechenddieziel-setzung,denerfolgreichenansatzderHightech-strategienacheuropazutragen,»umgemeinsamekohärenteinnovationspoliti-scheansätzeineuropazugestalten«10.zudemorientiertsichdieIKt-strategie2015explizitandenzielender»digitalenagendafüreuropa«11.entsprechendsollenbeiderumsetzungdernatio-nalenstrategienaktivitätenaufeuropäischerebeneberücksich-tigtwerden.
deutschlandnimmtmitseinerInternationalisierungsstrategieweltweiteineVorreiterrolleeinundwirktaktivanderausge-staltungdeseuropäischenforschungsraumesmit,u.a.beiderentwicklungdergesamtstrategieeurOPa202012aufBasisdererfahrungenmitderHightech-strategie.
ImBedarfsfeldKommunikationistdasICtlabdes»europeanInstituteofInnovationandtechnology«(eIt)vonstrategischerrelevanzfürdienationalenf&eaktivitäten.esisteinesvondreisogenannten»KnowledgeandInnovationCommunities«(KICs),die2009zudenBedarfsfeldernKlima,energieundIKtgeneh-migtwurden–alledreiunterstarkerdeutscherBeteiligung.
empfehlungenderPromotorenimJanuar2012:
10HIgHteCH-strategIe2020,s.9.11http://ec.europa.eu/information_society/digitalk-agenda/index:de.htm12http://ec.europa.eu/eu2020/pdf/COmPlet%20%20de%20sg-2010-80021-06-
00-de-tra-00.pdf
diePromotorenempfehlen,dieeItICtlabsalsHebelfürInnovationenzunutzen,umeuropäischeInnovationsallianzenzuschmiedenunddeutscheIdeen/Initiativenaktivaufdereuropäischenebeneeinzubringen.
diePromotorenempfehlendieengeVerzahnungdernationalenaktivitätenzumthemaCyber-PhysicalsystemsmitdenentsprechendenaktivitätendeseItICtlabs.
umsetzung Stand märz 2012:dasBmBf-geförderteProjekt»IntegrierteforschungsagendaCyber-Physicalsystems«wirdgemeinsammitdemdeutschenKnotendesKICICtBerlindieabschlussveranstaltungimapril2012ausrichten;weiteregemeinsameProjektesindinVorbereitung.
13
3 ZuKunftsProjeKt»IndustrIe4.0«: deutschlandbis2020leitanbieterfür Cyber-Physicalsystems(»Internetderdinge«)
VieleBranchenineuropasuchenaktuellnachlösungen,umsich–trotzProduktionineinerHochlohnregion–imglobalenWettbewerbbehauptenzukönnen.
ImgegensatzzuanderenIndustrieländernistesdeutschlandgelungen,dieanzahlderBeschäftigteninderherstellendenIndustrieindenletztenzehnJahrenweitgehendstabilzuhalten,weilneuetechnologischeentwicklungenindieProdukteund
abb.3–die4stufenindustriellerrevolutionen,Quelle:dfKI(2011)
Prozessefrühzeitigintegriertwerdenkonnten.diesmussauchbeimanstehendentransformationsprozessmitCyber-Physicalsystems(CPs)gelingen,umdiezukunftsfähigkeitdesdeutschenProduktions-undarbeitsplatzstandorteszusichern.
die deutsche industrie hat die chance als erste das internet der dinge für eine 4. industrielle revolution zu nutzen (s.abb.3):
ende18. jhdt. Beginn 20. jhdt. Beginn 70er jahre 20. jhdt.
heute
1. industrielle revolutiondurcheinführungmechanischerProduktionsanlagenmitHilfevonWasser-unddampfkraft
2. industrielle revolution durcheinführungarbeitsteiligermassenproduktionmithilfevonelektrischerenergie
3. industrielle revolutiondurcheinsatzvonelektronikundItzurweiterenautomatisierungderProduktion
4. industrielle revolutionaufderBasisvonCyber-Physischensystemen
gra
d de
r Ko
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exitä
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erstermechanischer Webstuhl 1784
erstesFließband schlachthöfevonCincinnati1870
ersteSpeicherprogrammierbareSteuerung(sPs)modicon0841969
3.1Handlungsbedarfangesichtsder4.Industriellenrevolution
evolution von eingebetteten Systemen zum internet der dinge
eingebetteteSystemez.B.airbag
vision: internet der dinge
intelligente umgebungen z.B.smartCity
cyber-Physical Systeme z.B.smartfactory,smartgrid
vernetzte eingebetteteSystemez.B.IntelligenteKreuzung
nationale roadmap embedded Systems
Agenda cyber- Physical Systems
14 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
dieersteindustriellerevolution,dieeinführungmechanischerProduktionsanlagenendedes18.Jahrhunderts,unddiezweiteindustriellerevolution,diearbeitsteiligemassenproduktionvongüternmitHilfeelektrischerenergie(fordismus,taylorismus,ablösungdermuskelarbeitdurchdeneinsatzelektrischerma-schinen)seitderWendezum20.Jahrhundert,mündetenabmitteder70erJahreindiebisheuteandauerndedritteindustriellerevolution.HierbeiwurdemitdemeinsatzvonelektronikundIt
dieautomatisierungvonProduktionsprozessenweitervorangetriebenundeinteilderKopfarbeitanmaschinendelegiert.
einerfolgreicherProduktionsstandortzubleibenbedeutetdarüberhinaus,dievomInternetgetriebene4.Industriellerevolutionmitzugestaltenundautonome,selbststeuernde,wissensbasierteundsensorgestützteProduktionssystemezuentwickeln,zuvermarktenundzubetreiben.
aufdemgebietdersoftwareintensiveneingebettetensystemehatsichdeutschlandeineführendestellunginsbesondereimautomobil-undmaschinenbauerarbeitet.mitdernationalenroadmapembeddedsystemswurdebereitsaufdemnationalenItgipfel2009aufdieBedeutungvernetztereingebettetersystemeverwiesen.Imevolutionärentrend(s.abb.4)dertechnischenundwirtschaftlichenVerschmelzungdervirtuellenundphysikalischenWeltzuCyber-PhysicalsystemsistderProduktionsstandortdeutschlandgutaufgestellt,umseineWett-bewerbsfähigkeithaltenundausbauenzukönnen.
esgiltdaher,diesennächstenschrittzumInternetderdingeimindustriellenumfeldkonkretzumachen,umauchfürkomplexethemenwiesmartCitiesgerüstetzusein.
WichtigezielebeidiesemtransformationsprozesszuCPssindnochstärkereautomatisierungundmonitoring,umunternehmenundganzeWertschöpfungsnetzwerkeinnahezuechtzeitsteuernzukönnen.HierfindenCPsseinweiteseinsatzgebiet.undschließlichbietetdievertikaleVernetzungeingebettetersystememitbetriebswirtschaftlichenProzessennebenganzneuengeschäftsmodellenerheblicheOptimierungspotentiale,beispiels-weiseimBereichderlogistik,derProduktionvongüternoderinderProzessindustrie.
abb.4–dieevolutionvoneingebettetensystemenzumInternetderdinge,Quelle:PgKommunikation,2012
15
diesenPotenzialenstehenHerausforderungengegenüber,dieeszulösengilt:
• methodische Herausforderungen,wiedieunterschiedlichenlebenszyklendersystemeunddiedamitnotwendigen,klarenschnittstellenundKonfigurationsmöglichkeiten,
• wirtschaftliche Herausforderungen,wiedieauflösungderklassischensystemgrenzen(vomgerätzumgeschäfts-prozess)unddiedamitverbundenenOwnership-undgeschäftsmodelle,
• technologische Herausforderungen,wiediekomplexerenregelwerkevonzunehmendautonomenabläufen,diewesentlichmehrOptimierungskriterienabdeckenmüssenalsbisher,
• rechtliche Herausforderungen,wiediesystemübergreifen-denProzesse,unddiedamitverbundenensecurity-undsafety-fragen(diejanichtmehrlokaladressiertwerdenkön-nen,wieinaktuellenzertifizierungsansätzenvorgesehen)unddiedarausresultierendenHaftungsfragen,
• gesellschaftliche Herausforderungen,wieakzeptanzfragenfürimmerausdifferenzierteremensch-maschine-Interaktio-nen–vonweitreichendenassistenzfunktionenimautoüberdenarbeitsplatzbishinzurmediennutzung.
IK-technologienbesitzendasPotential,dieproduzierendenIndustrienzurevolutionieren.Imrahmendeszukunftsprojektes»Industrie4.0«werdenHandlungsempfehlungenfürdiedurchdasInternetgetriebene4.Industriellerevolutionerarbeitet:
Industrie4.0adressiertdenschnellentechnologischenWandelaufBasisdeszusammenwachsensmodernertechnologienderInformationstechnikmitklassischenindustriellenProzessenzuCyber-Physicalsystems.geradedurchdiesteigendeleistungs-
fähigkeit,wachsendeKomplexitätundtechnischeHeterogenitätderProdukteisteineganzheitlichesichtzwingenderforderlich,wiedasinsbesonderedurchBegriffewiesystemsengineeringundProduct-life-Cycle-managementcharakterisiertwird.dieIndustriemussimzeitaltervonCyber-PhysicalsystemseineholistischesichtaufProduktlebenszykleneinnehmenunddamitdievierwesentlichenPhasenfürProdukteganzheitlichadressieren:
1. entwicklung, 2. Produktion, 3. Betreuung im Feld und im einsatz, 4. Außerbetriebnahme und entsorgung
Wesentlichisthier,dasnetzwerkvondienstleistungenundengineering-aufgabenundnichtzuletztauchfragenderVer-marktungundderBusinessCasessoganzheitlichaufeinanderabzustimmen,wiedasheutedurchdenkonsequenteneinsatzmodernerInformationstechnikmöglichist.
VordiesemHintergrundistesessentiell,dassIndustrie4.0geradeauchfragenderentwicklung,desVirtualsystemsengineeringunterBerücksichtigungvonfragenderProduk-tion,deseinsatzesimfeldeundderentsorgungbereitsinderProduktentstehunginvollemumfangmitberücksichtigt.
diedurchgängigeBeherrschungdesengineeringsinallenvierPhasendesProduktlebenszyklusmussderzentraleansatzvonIndustrie4.0sein.
ZuKunftsProjeKt»IndustrIe4.0«
16 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
3.2 InnovationsmotorCyber-Physicalsystems
dieIntegrationvoneingebetteterInformationstechnologieingegenstände,materialien,geräteundumgebungen(CyberPhysicalsystems,CPs)ermöglichtdiezeitlichundräumlichhochaufgelösteerfassunginternerzuständevongerätenundmaterial,aberauchexternerzuständedesrealenumfeldsindustriellerProzesse.dadurchwerdenweitgehendeVerbesse-rungenbeiderdurchführungindustriellerProzesseinderProduktion,demengineeringfürdieIndustrie,dermaterial-verwendung,dessupplyChainmanagementunddeslifeCyclemanagementmöglichundführensozueinerneuenformderIndustrialisierung,Industrie4.0.
durchIndustrie4.0werdensichunteranderemändern:
• diegeschwindigkeitderdurchführungvonindustriellenProzessen,
• dieflexibilisierungderProzessebishinzurteilautonomselbstorganisiertenkontinuierlichenÄnderung,OptimierungundausführungderProzesse–innerhalbeinerProduktions-einheitaberaucheinesProduktionsflusseseinschließlichdergesamtenlogistikkette,
• dielosgrößenbzw.dieindividualisierteausstattungderPro-duktebishinzurlosgröße1,
• dieKomplexitätderProzessedurchdiefreieunddadurchflexiblezuordnungvonProduktionsmittelundOrganisationenbeiderProduktion,lieferung,lebenszykluseinesProdukts,
• dietransparenzderdurchführungdurchzugriffaufallemetainformationen,
• derdruckwirdsteigen,ressourcenarmundkosteneffektivzuwirtschaften,waswiederumnurdurcheinführungvonCPs-technologienmöglichist.
dieseCyber-PhysicalsystemsfürsmartfactorieslassensichauchalsCyber-PhysicalProductionsystemsbezeichnen(CPPs).zielsetzungsolltenichtnursein,CPPsexemplarischzuermög-lichen,sonderndamitauchneueProdukteundVerfahrenzugenerieren.
mitdiesemansatzsollen3zieleerreichtwerden:
• schaffungneuerformenderintelligentenProduktionstechnik,umdeutschlandinseinerautomatisierungskompetenzwiedereinstückaufabstandzudenWettbewerber-ländernzubringen,
• erfindungneuerProduktederautomatisierungstechnik,uminnovativeProduktefürdenWeltmarktgenerierenzukönnen,
• deutschlanddiemöglichkeitzugeben,seineProduktions-stättenundihrumfeldintelligenterzugestaltenunddamitauchdannweiterzuautomatisieren,wennaufgrunddesdemografischenWandelsdieKohorten-stärkederoperativ-produktivarbeitsfähigenabnimmtunddennochdasProduk-tionsvolumenamstandortbehaltenwerdensoll.deutschlandkönntedamitsowohlzumleit-nutzeralsauchzumHaupt-anbietervonCPPswerden.
einweitereswichtigesthemabeiCPPsistdieschnellead-hoc-Vernetzung,umWandlungsfähigkeit,flexibilität,selbstoptimie-rungundauchressourceneffizienzbesserzuerreichen.aller-dingsgenügteskeinesfalls,regelschleifeninuntergeordnetenProduktionsressourcenzurealisieren(wasbereitsheuteteil-weisemöglichist),sondernesmusseineganzheitlicheOptimie-rungaufundzwischenallenautomatisierungsebenenmöglichwerden.WichtigeVoraussetzungendafür,dassdasKonzeptCPPsüberhauptfunktionierenkann,sind:
17
• WeitereerforschungundentwicklungvonInnovations-methoden,umstetsneueProduktefürdenWeltmarktbietenzukönnen,
• laufendeerforschungneuerProduktionsprozesse• weiterewissenschaftlichedurchdringungderProduktionspro-
zesseundProduktionsmaschinen,umkorrekteabgesichertemodellezuhaben,mitdenendie»KünstlicheIntelligenz«dannarbeitenkann,
• robuste,schnelle,effizienteProduktionsverfahren,dieohnelaufendeneingriffundKontrolledurchdenmenschensicherablaufenkönnen,
• stabilemaschinenmitvorhersagbareneigenschaftenundVer-halten,umsichereautomatisierungauchunterveränderlichenrandbedingungenzurealisieren,
• modelleundsimulationsverfahrenfürProzesseundmaschi-nen,umdenautomatisierungs-systemenmethodenzurein-schätzungderKonsequenzenihrerentscheidungenaufzuzeigen,
• sichereVerfahrenderKünstlichenIntelligenz,dieauchunterhartenrandbedingungenundmithohergeschwindigkeitablaufenkönnen,umwedermenschnochmaschineingefahrzubringen,
• sicherheitindennetzen,ummissbrauch,kriminelleeingriffeoderauchfahrlässigkeitvonaußenabzuwenden,
• extremeechtzeitfähigkeit,umauchschnellsteProzesse,ereignisseundWechselwirkungenbeherrschenzukönnen,
• neueBetreibermodelle.
ZuKunftsProjeKt»IndustrIe4.0«
18 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
3.3.Bisherigerstand/Hightech-strategie
dieBundesregierungräumtwieeingangsausgeführtdemthemaindustriellerWandeldurchIKtsowohlinihrerHightech-strategieauchinIhrerIKt-strategieeinestarkestellungmitzahlreichenförderprojektenein,esexistiertjedochbisherkeinübergreifen-desBedarfsfeld»Industrie«,anhanddessensichförderstrategieneffektivgemeinschaftlichbündelnließen.
zahlreicheVorarbeiten(s.abb.5)dienenalsgrundlagefürdieausarbeitungderHandlungsempfehlungen:
abb.5–VorarbeitenzumzukunftsprojektIndustrie4.0,Quelle:PgKommunikation,2011
diePromotorenempfehlendiesichtung,analyseunddieanschließendeHerausarbeitungeinesdeltas»Industrie4.0«ausdenbereitsgeleistetenVorarbeitenalserstenarbeits-auftragfürdiejeweiligenarbeitsgruppendesarbeitskreises.
dasexistierendeKnow-HowausdiesenVorarbeitensoll,womachbar,durchpersonellemitarbeitimzukunftsprojektIndustrie4.0genutztwerden.
BmBF•nationaleroadmapembeddedsystems(2009)•softwareplattformembeddedsystems--sPes2020
(2008-2011)•spitzenclustermicrotec,softwareundlogistik(seit2010)•allianzdigitalerWarenfluss(2009-2011)•Projektaletheia(2008-2011)•ProjektsemProm(2008-2011)•Verbundprojekt„IntegrierteforschungsagendaCPs
(05/2010-10/2011)
BmWi•zielsetzungenaus»deutschlanddigital2015«
(IKt-strategiederBundesregierung)•ergebnissederbisherigenIt-gipfel(v.a.leuchtturmprojekt
»Internetderdinge«)•technologieprogrammnextgenerationmedia–
Vernetztelebens-undarbeitswelten(leitfäden,ergebnisse/2005-2009)
•technologieprogrammautonomik(2009-2013)•simoBIt(2007-2011)
•Vorarbeitenderverbände(Vdma,VdI,Vda,zVeI,BItKOm,BdI,…)•VonderdFggeförderteVorarbeiten(sfBs,sPP),VorarbeitenderFhg,…•Vorarbeitenexzellenzcluster»IntegrativeProduktionstechnikfürHochlohnländer«(rWtHaachen)und
»Kognitionfürtechnischesysteme«(tumünchen)• acatechsymposiumCPs(02/2010)
19
4 umsetZungdesZuKunftsProjeKtes: dIeagendaIndustrIe4.0
aufbauendaufdiezuvorangeführtenVorarbeitensollimrahmendeszukunftsprojektesdasbereitserarbeiteteKnow-howgebün-deltwerden.davonausgehendwerdenweitereumsetzungs-schritteempfohlen.
alserstenBeitragzumzukunftsprojektIndustrie4.0hatdasBmBfdenempfehlungenderPromotorenfolgend(sieheempfeh-lung4)imdezember2011eineFörderbekanntmachung zum themenfeld „intelligente vernetzung in der Produktion“veröffentlicht.zudemwerdenmitderBewilligungdesSpitzen-clusters „it́ s oWl – intelligente technische Systeme ost-Westfalenlippe„indennächstenJahren45forschungs-undentwicklungsprojekteumgesetzt,dieebenfallszentralethemen-felderdeszukunftsprojektesbearbeiten.
mittelsderagendaIndustrie4.0sollenvonWissenschafts-undWirtschaftsvertreternkurz-undmittelfristigemaßnahmenerarbeitetwerden,diederumsetzungderfabrikderzukunftunddamitderentwicklungeinesexportschlagerssmartfactorydienen.
dereigentlich»Kern«deragenda,diesmartfactory,wirddabeidurch4themenschwerpunkteflankiert,dieeineganzheitlichesichtermöglichen(s.abb.6)
Ziel der Agenda: die umsetzung der Smart Factory
1. Schwerpunkt: reales umfeld
2. Schwerpunkt: Wirtschaftliches umfeld
3. Schwerpunkt Faktor mensch
4. Schwerpunkt: Faktor technologie
diePromotorenempfehlenzurumsetzungdeszukunfts-projektesIndustrie4.0:
(1)sichtenderVorarbeitenundHerausarbeitungeinesdeltasausdemvorhandenenstandanergebnissenundarbeiten,
(2)dieerarbeitungeineragendaIndustrie4.0durchWirtschaft(großindustrieundKmus)undWissenschaftuntergemeinsamerleitungvonacatechundderrobert-BoschgmbH,
(3)daskontinuierlicheerarbeitenvonmaßnahmenausderagendaheraus,
(4)empfehlung:alserstemaßnahmederagendaIndustrie4.0eineausschreibungzumthemasmartfactory(umgesetztdezember2011),
(5)empfehlung:definitionweiterermaßnahmenin2012,diemitdemBmBfunddemBmWiabzustimmensind,
(6)deneinsatzeinesarbeitskreisesmit5arbeitsgruppen.
20 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
abb.6–thematischerzuschnittder5arbeitsgruppen,Quelle:PgKommunikation,2012
information
Arbeit
energie
material
»Exportschlager« Smart Factory
AG 2 Reales Umfeld
machine-2-machine(m2m)ressourcen-effizienznetzinfrastruktur
AG 4 Faktor Mensch
mensch-maschine-Interaktion(mmI)akzeptanz&safetydaten-undPrivatsphärenschutzaus-undWeiterbildungrechtlicherahmenbedingungen
AG 5 Faktor Technologie
systemengineering/modellingKommunikationstechnologie
smartengineeringsmartProductiontechnologie
sensorikundaktuatoriksecurity&safety
AG 3 Wirtschaftliches Umfeld
geschäftsmodelledienste/services
untrnehmenssoftware(Plm)AG 1 Smart Factory
Smart Production – Smart Product
vernetzung(intern/extern/global) interoperabilität
fürjedenschwerpunktwerdenschrittweisemaßnahmenkatalogeundHandlungsempfehlungenerarbeitet.diegenerischenthemendereinzelnenschwerpunktthemenlassensichzudemauchaufandereBedarfsfelder(bspw.energie/dassmartgrid)übertragen.
4.1zielderagenda:dieumsetzungdersmartfactory
abb.7–diesmartfactory,Quelle:dfKI,2012
21
dereinsatzvonCPsinProduktionssystemenführtzursmartfactory,derenProdukte,ressourcenundProzessedurchCPscharakterisiertsindunddiedurchderenspezifischeeigenschaf-tenVorteileinBezugaufProduktivität,ressourceneffizienzundWandlungsfähigkeitgegenüberklassischenProduktionssystemenbietet.dereinsatzvonCPsinderindustriellenProduktionbe-inhaltetfolgendePotenziale:
• KomplexitätsbeherrschungdurchdietechnologieunabhängigeKapselungvonfunktionalitäteninabstraktbeschreibbarendiensten,
• Wandlungsfähigkeitundflexibilitätdurchdynamischezu-sammenstellungabstraktbeschriebenerProzessabläufezurlaufzeit,
• BeschleunigungvonInnovationszyklendurchad-hoc-Vernet-zungvonintelligentenProduktionsressourcenundProdukten,
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
22 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
darausergebensichfolgendeHandlungsfelder:
Kurzfristige Handlungsfelder• entwicklungindustrietauglicherCPs-technologieninBezug
aufVerfügbarkeit,zuverlässigkeit,realzeitundreaktions-zeit(Intelligentemaschinen)
• IntelligenteVerfahrenfürdieProduktionsplanung,-steue-rungund–regelungindersmartfactory(unternehmens-internundüberbetrieblich)
• IntegrativeKonzeptefürdiehorizontaleundvertikaleVernetzungvonProduktions-undlogistikeinheitensowiesmarterProdukte
• engineeringmethodenund–werkzeugefürelementeeinersmartfactory
mittelfristige Handlungsfelder• Koexistenzundsynchronisationvonvirtuellenundrealen
ProduktionssystemenfüreinoptimiertesWissens-undInformationsmanagementinsmartfactories
• entwicklungundstandardisierungeinerreferenz-architekturfürmodulareundstrukturvariablesmartfactorylösungen
• entwicklungvonmechanismenundtechnologienfürdenschutzvonfertigungs-Know-howgegenProduktpiraterieundCyberangriffe
• ressourceneffizienzdurchdenad-hoc-aufbauvonwert-schöpfungsnetzwerkübergreifendenregelschleifenfüreinensituations-undzustandsbezogeneneinsatzvonProduktions-ressourcensowieeinebessereKapazitäts-undablaufplanungbzw.-steuerung,
• realisierungverteilterundvernetzterProduktionsstätteninurbanenräumendurchverbessertemöglichkeitenderKomplexitätsbeherrschung,Wandlungsfähigkeitundressourceneffizienz.
zielderaktivitäteninforschungundIndustriemussessein,technologischeundwirtschaftlicheHemmnissezubeseitigenunddierealisierungunddeneinsatzvonsmartfactorieszuforcieren.zuerfüllendeKriteriensolltendabeisein:
• Interdisziplinäreforschungs-undentwicklergruppen,• IntegrativeBehandlungvonCyber-,automations-und
Produktionstechnologien,• Validierungankonkretenfallbeispielen(auchbeiKmu),• KonzeptionelleÜbertragbarkeitaufandereProblemstellungen,• Beitragzursicherstellungvonnachhaltigkeitinformvon
energie-,rohstoff-undmaterialeffizienz.
4.2 schwerpunkt»realesumfeld«
dieÄnderungintechnologieundVerfahrensindnichtnurtech-nischernatur,sondernmüssenvondenbeteiligtenPersonenauchverwaltet,verstanden,begleitetunddurchgeführtwerden.ressourcenwiezeit,energieodermaterialgebendierahmen-bedingungenvoroderstellendieOptimierungsparameterdar.umdiesegenaueinzuhalten,istdieerfassungunderkennungdesrealenumfeldszwingendnotwendig.dieerfassungdesrea-lenumfeldsistdamiteinezentraleInnovationskomponenteinderIndustrie4.0(s.abb.8).
abb.8–Vernetzungsmodelldersmartfactorymitdemrealenumfeld,Quelle:Prof.Beigl,KIt2011
dietechnischeerfassungselbsterfolgtdurchkabellosesensor-/aktorsystemeimweitestensinne,welcheinsbesondereintelli-gentevernetzteteilprodukte/transportsystememiteinbezieht.diesebildendamitdieamweitestenindierealitäthineingrei-fendeIt-Komponente.siemüssendeshalbbesonderszuverläs-sigund–wegenihrerhohenanzahl–auchbesonderspreiswertsein,undweiterenrandbedingungen(leistungsaufnahme,security)genügen.derPreisgestaltetsichdabeinichtnurdurchdieHardware,sondernzueinemgrößerenteildurchdiedazunotwendigesoftwaresowiedieKostenfürIntegration,rekon-figurationundWartung.diebisherigeschlechteakzeptanzderkabellosensensor/aktorsystemeinderIndustrieistvorallemaufdasfehlendafürgeeigneterKonzepteindiesemBereichzurückzuführen,wieauchaufdasfehlenvonbranchenüber-greifendenstandards.
dieauswertungdervondiesensystemengeliefertenInforma-tionendurchtechnikendersituations-,Kontext-undaktivitäts-erkennungisthochinnovativundkomplexunderfordertsowohlneuetechniken(siehehierzu»kurzfristigeHandlungsfelder«)alsauchdenaufbaueinerWissensdatenbankfürdieerfassungvonsituationenundaktivitätenunddendazukorreliertenmustern.dieVernetzungderKomponentensetztdurchdiezusammen-führungderinechtzeiterkanntenInformationerstdasgesamtePotentialeinerkontextsensitivenIndustrie4.0freiunder-möglichtvölligneuedienst-undBetreibermodelle.dazusindallerdingsnochtechnologischeHürdeninderVernetzungdersensor/aktorsystemeselbstzuüberwinden.
BasierendaufdenneuenInformationenundmöglichkeitendeshochaufgelösteneingriffsindieProzessabläufeergibtsicheingroßesPotenzialvonInnovationen.
23
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
sokönnenetwasicherheitssystemeundWartungssystemeer-heblichverbessertwerden,insgesamtkanndiegesamteProzess-ketteteilautonomgestaltetwerden.
Kurzfristige Handlungsfelder • Wirtschaftlicheundsmartesensor/aktorsysteme:entwick-
lunghochzuverlässigerundflexibelnutzbarerkabellosersensorik/aktuatorik-module(sensorknoten)mitgeringemtCO(totalCostofOwnership)unterVerwendungneuertechnikinsbesonderederfunkkommunikationunddieent-wicklungentsprechenderneuergeschäfts-undBetreiber-modelle.
• erkennungdesrealenumfeldsundechtzeitreaktion:echt-zeit-situations-undaktivitätserkennungmittelssensorikfürdieerfassung,KlassifikationunddaserlernenderaktuellensituationimProduktionsprozessumfeld.erstellungeinerentsprechendenfürIndustrie4.0spezifischendatenbankfüraktivitätenundsituationenunddiedaraufaufbauendesituationsgebundeneorchestrierteverteilte,kooperierendeautonomebzw.teilautonomeadaptiveumsetzungvonPla-nungsstrategien.
• modellierungunddesign:technikenfürdiezeit-undkosten-effizientemodellierung,entwicklung,Integration,einsatzunddaslife-CyclemanagementvonkontextsensitivenCPswieKonzeptederProgrammable-reality(domainspecificlanguagesundPlatform-as-a-service)undmodeldrivenarchitectures,umoptimalressourceneffiziente(energie,materialverbrauch,Kostenetc.)Industrieprozessezuerhalten.
• Kommunikationsnetze,middlewareundanwendungfürdasCyber-PhysicalInternetofthings:entwicklungvonfürCPsspezifischenVernetzungstechnologieneineshochskalieren-denInternetderdingemitdefinierterdienstqualitätundechtzeitverhaltenuntereinbeziehungspezifischeraspektewielogistikinfrastruktur,durchgehendeende-zu-ende-Ver-netzungvonCPs(ad-hoc-,mobil-,festnetzkommunikation)unddieVernetzungundIntegrationheterogenersystemevomsmartmaterialüberrfIdbishinzumintelligentensensor/aktor-netzwerkzurVerbesserungvonProduktivität,arbeitssicherheitundmensch-maschine-Interaktion.
mittelfristige Handlungsfelder • selbstorganisierteumgestaltungvonindustriellenProzes-
sen,situationsanpassungdurchrealisierungderKonzeptedesautonomicundOrganicComputing,insbesonderederkontrolliertenselbstorganisation,derselbstoptimierung,selbstheilungundselbsterklärung.
• neueBusiness-Intelligence-dienstedurchdenzugriffvonInformationenausdenProzessenunddertatsächlichenabläufemittelserfassungvoncyber-physischendiensten,derenautonomenauswertungunddarstellunginkompakterform.
• rechtlicherahmenbedingungenfürdenBetriebvonsensor/aktorsystemenunddieVerwertungderdabeientstehendendaten.
24 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
4.3schwerpunkt»Wirtschaftlichesumfeld«
mitdemeinzugdesInternetderdingeindasProduktionsumfeldentstehteinneuartigerInformationsraum,indembereitsheuteintensivgenutzteInformationsquellenwieerP-systeme,daten-bankenunddasWorld-Wide-Webumechtzeitinformationenausfabriken,lieferkettenundProduktenangereichertwerden.sensor-aktor-undcyber-physischesystemebietendarüberhinausdiemöglichkeit,nichtnurdatenausdemrealenumfeldinechtzeitzuerfassen,sondernauchHandlungenindiesemumfeldauszulösen.
zunehmenderWettbewerbsdruckführtzumaufbrechenjahr-zehntelangexistierenderWertschöpfungsketten,indemsichunternehmenzunehmendaufihreKernkompetenzenfokussie-ren.fürdieWirtschaftdeutschlandsmitihrerstärkeinmittel-ständischenunternehmensstrukturenmithohemspezialisie-rungsgradbeinhaltetdieseinegroßeChancedurchdenaufbauflexibelkooperierenderWertschöpfungsketten.serviceorien-tierteanwendungsarchitekturensinddieVoraussetzung,umkohärentegeschäftsprozesseüberunternehmensgrenzenhin-wegkonfigurierenzukönnen.
damitwirdeinaußerordentlichesPotenzialfüreineeffizienz-steigerungundflexibilisierungindustriellergeschäftsprozessegeschaffen,dasnurdurcheineentsprechendeIKt-unterstüt-zungvollständigausgenutztwerdenkann.entscheidendfüreineerfolgreicheIKt-unterstützungwirdsein,dasssiedieflexibilitätmodernerservice-orientiertersoftware-architekturenmitdereinfachheitdersoftware-VerwaltungundInstallation,wiesievonapp-storesbekanntist,kombiniert.
ÜberdieflexibleBereitstellungvonsoftwarehinauswirdfernerdieeffizienteunterstützungvondienstleistungenjeglicherartüberdasInternet(e-services)einebedeutenderollespielen.
dieseunterstützungkannnurvoneinemCloud-basierten,echtzeitfähigengeschäftsnetzwerk,einemBusinessWeb,bereit-gestelltwerden,dasmindestensdiefolgendenanforderungenerfüllt(s.abb.9):
• abdeckungallerdienste,diefürdieabbildungvollständigergeschäftsprozesse(ende-zu-ende)erforderlichsind,
• schnelleundeinfacheOrchestrierungvongeschäftsprozes-senbishinzuderenautomatischemaufbauundnachführungbeiVeränderungeninderrealenWelt,
• sichereundvertrauenswürdigeauslieferungallerInhalteüberalleebenenvomsensorbiszurapplikation,
• effizienteunterstützungmobilerendgeräte,• Kollaborativeanalyse-undPrognoseverfahrenfürenergie-
effizienteProduktionsprozesse.
abb.9–dasBusinessWeb,Quelle:saPag,2012
Zur Anzeige wird der QuickTime™ Dekompressor „“
benötigt.
App StoreOne-stopshopfor
mobileBusiness
content centergloballyaggregated
BusinessIntelligenceforreal-timetrading
Service centertrustednetworkofBusinessserviceProviders
infrastructuretoolsfordevelopingandOperatingBusinessservicesontheCloud
theBusinessWebisacloud-basedbusinessenvironmentthatprovidesaccesstothenecessaryinfrastructure,applications,content,andconnectivitytodeliverend-to-endbusinessservicesoptimizedformobilityandeaseofparticipation.
Business Web: A true Business cloud for the enterprise
Business Web
25
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
fürdieIKt-Brancheergebensichdarausdiefolgendenkurz – und mittelfristigenHandlungsfelder:
1. Beherrschung der Komplexität:Inzukünftigengeschäfts-anwendungenimBusinessWebwirdhäufigeinegroßeanzahlheterogenerendgeräteinvolviertsein.sowerdendieseanwendungenunterschiedlichedatenquellenausdemInternetderdinge(rfId,sensoren,maschinen,etc.)nutzen,mitcyber-physischensystemeninteragierenundaufunter-schiedlichenendgeräten(PC,laptop,tablet,smartphone)konsumiertwerden.
umdiedamiteinhergehendeKomplexitätüberdengesamtenProduktlebenszykluseineranwendunghinwegbeherrschbarzuhalten,müssengeeignetemethodenundWerkzeugeentwickeltwerden.HierzugehörenWerkzeugezurPlattform-unabhängigensoftwareentwicklung,WerkzeugezurVerwal-tungvongerätenundderdaraufinstalliertensoftwaresowiemethodenzulokalisierungvonProzessen.lokalisierungbedeutethier,dasseinedatenverarbeitungmöglichstdirektamOrtdesentstehensderdatenerfolgt.nursokanndieskalierbarkeitCloud-basierteranwendungensichergestelltwerden.eineweitereHerausforderungistdie(semi-)auto-matischeanpassungvongeschäftsprozessenaneinesichverändernderealeumgebung.
2. Sicherheit und vertrauen:nebendenheuteüblichenme-chanismenzurdatensicherheitundzumIdentitätsmanage-mentwerdenimBusinessWebneueansätzenotwendigsein,umauchinzukünftigen,industriellenanwendungendiesicherheitderdatenundzuverlässigkeitderbereitgestelltenInformationenzugewährleisten
neueHerausforderungenentstehenbeispielsweisedadurch,dassdatenundInformationeneingebettetinProduktedurchdieWertschöpfungskette,häufigüberanwendungs-undunternehmensgrenzenhinweg,physikalischbewegtwerden.entsprechendmüssensicherheitskonzepteentwickeltwerden,diedirektandatenanstattananwendungenundBenutzergebundensind.
datenkönnendurcheineVielzahlvonsensorengeliefertwerden,dieteilweiseunscharfeoderineinzelfällenfalscheInformationenliefernkönnen.zusätzlichwerdendatenhäufigübermehreresystemehinwegpropagiertundzeitnahver-arbeitetwerden.
HiermusszumeinendiefragedesVertrauensindiedatenundihreQuellenbeherrschtwerden.zumanderenmüssenmechanismengefundenwerden,mitdenendatenaggregiertundverknüpftwerdenkönnen,dieQualitätderursprüng-lichenundderabgeleitetendatengemessenundzujedemzeitpunktzuverlässigbeurteiltwerdenkann.zusätzlichmusseineende-zu-endeIntegritätderdatensichergestelltwerden.
3. geschäftsmodelle:die4.IndustriellerevolutionunddasBusinessWebwerdendieartderProdukteverändern,dieanKundenverkauftwerden.anstatteinzelnerProduktewerdenProdukt-service-systemeverkauftwerden.auto-mobilherstellerwerdenbeispielsweisenichteinzelnefahr-zeugeverkaufen,sondernmobilitätalsserviceanbieten.ImzentrumdieserdienstewerdenhäufigeinodermehrereintelligenteProduktestehen.
26 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
fragestellungen,dieindiesemKontextzubearbeitensind,betreffenimWesentlichendiegeschäftsmodelle,diehinterdiesenneuenProdukt-service-systemenstehen.einBeispielistdieadäquateBepreisungderdienste.
4. Benutzungsschnittstellen:ImBusinessWebsindpotenziellmehrdatenverfügbaralsdasheuteimWorld-WideWeboderinerP-systemenderfallist.dahermüssengeeigneteVer-fahrenentwickeltwerden,dieeineInformationsüberflutungdesBenutzersvermeiden.HierzuzählendiefilterungvonInformationen,diespezifischeanpassungvonInformationen
undBenutzungsschnittstellenandenBenutzerbzw.seinenaktuellenKontextsowieeineproaktive,intelligenteBenutzerführung.
desWeiterenerforderninsbesondereappsinmobilen,in-dustriellenanwendungsbereichenhäufigneueInteraktions-formen.eingrunddafürist,dassdieBenutzeroftmalsnichtbeideHändefreihaben,umtastaturundmauszubedienen.VielversprechendeansätzezurlösungdieserProblematikgibtesinBereichenwiegesten-undspracherkennung,touch-undmulti-touch-schnittstellenundaugmentedreality.
abb.10–nextProductionapps,Quelle:dfKI,2012
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
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Kurzfristige Handlungsempfehlungen• BeherrschungderKomplexitätinzukünftigengeschäfts-
anwendungen,dieinsbesonderedurchdieHeterogenitätderinvolviertenendgeräteunddergenutztendatenquellenentsteht
• sicherheitundVertraueninunternehmensübergreifendengeschäftsprozessenundanwendungen
• KollaborativePrognose-,monitoring-undsteuerungs-verfahrenzursteuerungundOptimierungunternehmens-übergreifendergeschäftsprozesse.
• geschäftsmodellefürneueProdukteundProdukt-service-systeme,diedurchdeneinsatzvonCPsmöglichwerden
mittelfristige Handlungsempfehlungen• Interoperabilitäteinzelneranwendungskomponentenzur
minimierungvonOrchestrierungs-,Installations-undWartungskosten
• IntegriertesmanagementvonintelligentenfabrikenundtransportsystemenimKontexturbanerumgebungen(smartCity)
• entwicklungneuartigerBenutzungsschnittstellenzurBeherrschungderInformationsflutundzurnutzunginmobilenumgebungen
5. Kollaborative Prognose-, monitoring und Steuerungs-verfahren:zursteuerungundOptimierungvonunterneh-mensübergreifendenProduktionsprozessenmüssenflexibleanalyseundPrognosemethodenimBusinessWebentwickeltwerden.zielsetzungistesdabei,komplexeundechtzeitnahemassendatenausdemInternetderdingeauszuwerten,umProzessabläufeentlangdersupplyChainzuprognostizierenundinBezugaufressourcen-undenergieeffizienzoptimalanzupassen.
6. interoperabilität:umdieOrchestrierungs-,Installations-undWartungskostenfürindustrielleanwendungenimBusi-nessWebmöglichstgeringzuhalten,mussdienahtlosezusammenarbeitdereinzelnenanwendungskomponentensichergestelltwerden.dazumüssendiversestandards,beispielsweisezurBeschreibungdersoftware-dienste,dersicherheitskonzepteoderderdatenausdemInternetderdinge,vorangetriebenwerden.
mittelfristigmussfürdie4.Industriellerevolutiondarüberhin-ausdiskutiertwerden,wieIKtunddasBusinessWebdienach-haltigeeinbettungderintelligentenProduktioninihreumweltsicherstellenkönnen.d.h.manwirdsichmitfragenauseinan-dersetzenmüssen,wieeineintelligentefabriku.a.überintelli-gentetransportsysteme,ineinganzheitlichesmanagementurbanerumgebungen(smartCity)unddiegeschäftsprozesseallerbeteiligtenunternehmeneingebundenwerdenkann.
28 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
4.4 schwerpunkt»faktortechnologie«
Industrie4.0zieltaufdiedigitalerevolutionimBereichderIndustrie.diesbetrifftdeneinsatzvonglobalennetzenundein-gebettetensystemen,oftmitdemstichwortCyber-Physicalsystemsumschrieben,füralleaufgabeneinerIndustriedes21.Jahrhundertszurentwicklung,ProduktionundzumVertriebvonProduktenderHochtechnologie.
umdieseaufgabenaussichtdertechnologieumfassendbeherr-schenzukönnen,müssenineinerreihevonfelderntechnischeHerausforderungenbewältigtwerden.diesbetrifftfolgendegebiete:
entWicKlung - SticHWort virtuAl engineering
durchdigitalenetze,leistungsfähigerechnerundauchdieeinbindungeingebettetersystemeistesmöglich,diegesamtenProduktlebenszyklenimrechnerdarzustellenundweitgehendvirtuellzuunterstützenunddurchzuführen.
dieserfordertdieumfassendeBeherrschungeinerreihevonschlüsselthemen.ImzentrumstehtdabeidiethematikdesProductlifecyclemanagements(Plm).
diesebestehtzumeinenausdererfassungallerentwicklungs-relevantendatenundzwischenergebnisseineinemdaraufzugeschnittenendatenmodellalsgrundlageentsprechendermodellierungstechnikenfürunterschiedlichsteaspekteeinesProdukts.
dabeimüssenalleinvolviertenProzessegenauverstandenwer-den,dadieWerkzeuge,dieaufdiesemdatenmodellaufsetzen,ineinakzentuiertesprozessualesVorgeheneingebettetseinmüssen.dieerforderlichenIngenieurprozessemüssendengesamtenProduktlebenszyklusabdecken,angefangenvonderermittlungderanforderungen,dergestaltungdesProduktsimsinneseinesaufbausundseinerarchitektur,allefragenderImplementierung,derValidierungundVerifikation,dereinbin-dungggf.vonzulieferern,überdieVorbereitungderProduktion,dieeigentlichedurchführungderProduktionmitderProduk-tionssteuerungundschließlichdienachpflegedesProduktsimeinsatzbishinzurnachhaltigenentsorgung.aufdervirtuellenebenemüssendieseProzesseinverschiedenendetaillierungs-gradenmodellierbar,simulierbar,validierbarundmöglichstverifizierbarsein.
AutomAtiSierung und Steuerung von ProduKtionSProZeSSen
BesondereBedeutungimrahmenderProduktionkommtdersteuerungderProduktionsprozessezu.Wennmandavonaus-geht,dasshiernachwievortiefgestaffeltelieferkettenein-gesetztwerden,sobedeutetes,dassdiesesteuerungderPro-duktionaufsichergänzendenebenenstattfindenmuss.aufderoberstenebenefindetdiegesamteKoordinationstatt,diedannheruntergebrochenwirdindiesteuerungdereinzelnenProduk-tionsprozessefürdieentsprechendenteilsysteme,einschließlichihrerlogistik.dieserforderttechniken,entsprechendeabstrak-tionsebenenzuschaffen,indenenschichtenartigdieverschie-denensteuerungsartenzueinanderinBeziehunggesetztwerden.
29
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
HiersindneuartigeVerfahrenzumentwurfundzurOrganisation,steuerungunddurchführungvonverteiltenProduktionsprozes-senzuentwickeln,diez.B.auchaufdemParadigmaderselbst-steuerungaufbauen,umwesentlichflexibleraufsichschnelländerndeanforderungenundauchProzessstörungenreagierenzukönnen.
eingebettetmüssendieseVorgehensweisenseininentspre-chendeKommunikations-undKoordinationsstrukturenauchfürdiemitarbeiter.diesesystememüssenzumeinenflexibeldiearbeitsprozessedermitarbeiterunterstützenunddiesegleich-zeitiginKommunikationsstruktureneinbinden.VielversprechendisthierdieÜbertragungvontechnikendersozialennetze,oftprofessionellesystemezurKooperation,KommunikationundzuKoordinationundWissensmanagement.
BASiStecHnologien Zur orcHeStrierung HocHgrAdig verteilter SySteme
umhochgradigverteiltesystemeumzusetzen,bedarfeseinergeeignetenserviceplattform.diesePlattformmussbestimmtefunktionalitätenbieten,umdieverschiedenenteilnehmerdesgesamtsystemszusteuern.Kerntechnologiensind:
• Prozess management Prozessmanagementsystemehelfen,beiderdefinition,aus-führung,analyse,ÜberwachungundOptimierungvonProzes-sen,zumBeispielvonfertigungsprozessen.alleamProzessbeteiligtengeräte,systemeundPersonenwerdenorchestriert.
• rules management regelninhochgradigverteiltensystemenmüssendynamischänderbarsein,umdemhohenÄnderungsaufkommengerechtzuwerden.rulesmanagementwirdeingesetzt,umkomplexeregelnkonsistentabzubilden.regelnhelfenentscheidungeninnerhalbvonProzessenzuautomatisierenundsindeinwe-sentlicheselementderselbststeuerungvonProzessen.
• data management datamanagementdecktalleaspektehinsichtlichdatenhal-tung,datenanalyseunddatenstrukturierungab.entspre-chendeanalysewerkzeugehelfen,ausdatenwertvolleInfor-mationenzugewinnen.
• event management diezentralesammlungundanalysevonsystemereignissen,dieüberallineinemverteiltensystementstehenunddes-wegenzentralbeobachtetundausgewertetwerdenmüssen,umentsprechendereaktionenundeskalationenabzuleiten.
• management im internet der dinge/device management dasmanagementimInternetderdingeumfasstdieVerwal-tungundKontrollederamsystembeteiligtengeräte(devi-ces).esbietetunteranderemfunktionalitätenfürsoftwareProvisioning,remotemonitoring,Konfigurationsmanagement,fehlermanagementundfernsteuerung.
mitHilfeeinersolchenPlattformlassensichregelbasierte,dyna-mischeundselbststeuerndeapplikationenentwickeln,dienebeneinemumfassendenereignis-undsituationsmanagementallefunktionenzurVerfügungstellen,umdurch»smarteProduktion«»smarteProdukte«,dienstleistungenundgeschäftsprozesseimsinnevon»smartmobility«,»smartgrids«,»smartCities«und»smartfactories«entstehenzulassen.
30 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
tecHnologien Für ZuKünFtige teleKommuniKAtionSnetZe
enablingtechnologiesimtelekommunikationsbereichumfasseneineganzereihevonstandardsundtechnologien,diegemein-samdieBasisfüreinoffenesundinteroperablesnetzwerkvonsensoren,Objektenundfürneueanwendungenbilden.
dastelekommunikationsnetzderzukunftwirdeineVielzahlvonneuenservicesermöglichen,dieüberneuartigesensorenundechtzeitinformationengespeistwerden.
dreiHaupttreibersindhierfürentscheidend:
1. netzwerk Konvergenz2. enablers – network APis3. Service divergenz
netzwerk Konvergenz:Heutigetelekommunikationsnetzesindmeistgeschlossenundnichtzugänglichfürdrittentwickler.daszusammenwachsenunterschiedlicherBereiche(beispielsweiseinderöffentlichenVerwaltung,demgesundheitssystem,demenergienetzetc.)schreitetnichtnurindenunterschiedlichenBranchenvoran,sondernistauchbeidenverschiedenennetz-werktypen(glasfaser,Kupferleitungen,kabellos,lan,Bluetooth,nfC/rfId)zubeobachten.
diesevoranschreitendenötigeKonvergenzderglobalennetz-werkekannnurübergemeinsamestandardsundÜbereinkünftezwischendenbeteiligtenPartnernvorangetriebenwerden,sodassdiebenötigtenupgradesundInvestitionenintelekommu-nikationsnetzwerkeauchwirtschaftlichgerechtfertigtsind.
enablers – network APis:momentangibteskeinestandard-architekturfürnetzwerkaPIsdienetzwerkübergreifendundglobalarbeitet.telekommunikationsanbieterbezeichnendiesezukünftigelösungdahermitdemBegriffder»servicedeliveryPlatform«.datelekommunikationsanbieterdiesjedochnichtalleinelösenbzw.anbietenkönnen,wirdeineeffizientezusam-menarbeitvoninnovativenPlattformen(CPs),Cloudanbietern,Internetcommunitieswiebspw.W3Cundnationalenwieinter-nationalenstandardisierungsinstanzenzwingendnotwendig.umletztlicheineinternationaleakzeptanzunderfolgreicheum-setzungdieserPlattformzuerreichen.
Service divergenz:derHaupttreiberderservicedivergenzsinddieservicePlattformen,diezumteildurchtelekommunikations-infrastrukturanbieterundzumteilvonfortschrittlichenCloudanbieternwieamazonodergoogleangebotenwerden.dieabhängigkeitenzwischennetzwerkKonvergenz,enablerundservicesführenhierbeizudemtrendder»servicedivergenz«.
alldiegenanntenthemenerfordernnachhaltigeforschungs-anstrengungen,umsystemezuschaffen,dietatsächlichdiekomplexenanforderungenerfüllenundaufsystemeführen,dieinihrerflexibilitätundunterstützungzurKomplexitätsreduktionundzurBeherrschungbeitragenundnichtselbstwiederQuellezusätzlicherKomplexitätsind.
schwerpunktthemenmitbesonderemstellenwertfürdieautomatisierungundProduktionergebenfolgendeHandlungs-empfehlungen:
31
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
Kurzfristige Handlungsempfehlungen•ergänzungdesVerbundprojektssPesumvertikalesVer-
bundteilprojektzumthemamodellbasierteentwicklungvonautomatisierungs-undProduktionssystemen(modellierungvonProduktionssystemenalsCyber-Physicalsystems,digitalezertifizierung,VerifikationaufderKomponenten-undsystemebene).
•schwerpunktprogrammfürmulti-agentensystem-technolo-gienfürdieintegrierteProduktionsplanungund-steuerungsowiefürdieintegrierteOrganisationderlogistik-netze.
•mikrosystemtechnikfürdieminiaturisierungvonKompo-nenten(sensoren,aktoren,elektronik,schaltelektronik).
•mechatronikfürdenentwurfunddieIntegrationvonauto-matisierungskomponenten(umrichter,servos,motoren,aktoren,roboter),real-timeInternetprotokolleaufderBasisvonethernetfürrealzeitanwendungenunddiemini-mierungdesKommunikations-Overheads.
•digitalezertifizierungintegriertinProduktion.
mittelfristige Handlungsempfehlungen•etablierungvonsteuerkreisenzumVirtualengineering
imPlmmitschwerpunktautomatisierungundProdukt.•Verifikationvonmechatronik-systemenaufderKompo-
nenten-undsystemebene.•effizientesimulationundValidierungvonProduktions-
undlogistiksystemenmitmillionenvonsubsystemen.•digitalemanufaktur(3ddruck).
32 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
4.5schwerpunkt»faktormensch«
auchdiezukünftigesmartfactorywirdnichtmenschenleersein,sondernspezialisiertefachkräftewerdenwichtigefunktionenbeiderInstallation,derumrüstung,derWartungundderrepara-turkomplexercyber-physischersystemeundnetzkomponentenfürdasInternetderdingeübernehmen.
dazumüssendiesefachkräftevonintelligentenassistenzsyste-menmitwahlfreienmultimodalenBedienkonzeptenunterstütztwerden,umdienotwendigenentscheidungenundarbeitensi-cherundeffizientdurchführenzukönnen.
4.5.1mensch-maschineInteraktion
die 4. industrielle revolution muss daher auch zu einem Paradigmenwechsel in der mensch-technik- und mensch-umgebungs-interaktion mit völlig neuartigen Formen der kollaborativen Fabrikarbeit führen.dabeiwerdenfürdieun-terstützungderfachkräftebeimumgangmitcyber-physischensystemenunddemInternetderdingeinnovativemethodenundtechnologienzumeinsatzkommen,dieihrerseitsselbstwiederaufcyber-physischensystemenunddemInternetderdingeberuhen.
diekognitivenfähigkeiteneinesmenschensindvielseitigbegrenztundsetzenzusammenmitderaktuellensituationdiegrenzenfürflexibilitätundKomplexitätderProzesseinderIndustrie.dienichtbeachtungdieserkognitivenfähigkeitenführtgenerellzugeringereffizienz,schlechterakzeptanzsowiehohenfehler-undunfallraten.
einekontinuierlicheBeachtungderkognitivenlastdesmen-schen,derumgebendensituationunddemarbeitsumfeldistmitCPs-technologiemöglichunderöffnetneueChancen,andenmenschenangepassteundgleichzeitigwirtschaftlichoptimierteProzessezugestalten.
arbeitenineinemsichständigveränderndenarbeitsumfeldmitimmerkomplexerenWerkzeugenresultiertinextremhohenanforderungenanfähigkeitenundWissendermitarbeiter.Klas-sischelernmethodenundmethodenderWissenspräsentationsindmitdiesersituationüberfordert,daderÄnderungszyklusbeiweitemschnelleristalsderlern-bzw.Wissensaufbereitungs-zyklus.
füralleBeteiligtenistesdeshalbwichtig,dierichtigengrund-lagen,diewichtigstenVerfahrenunddasaktuellwichtigstetech-nologiewissenzuhaben.aufderBasisdieserfähigkeitenkanndanneinad-hoclernschrittansetzen,umeinegeradeanste-hendeaufgabeinhoherQualität,unterBerücksichtigungvonKosten-undressourceneffizienzzulösen.dahersindauchCPs-getriebeneneuelerntechnologienfürfachkräfteimBereichvonIndustrie4.0zuentwickeln.
33
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
abb.11–derfaktormenschimzukunftsprojektIndustrie4.0,Quelle:dfKI,2012
Kurzfristige Handlungsfelder •KontextbasierteInformationspräsentationübermaschinen-
zuständesowiesicherheits-undressourcenrelevanteInformationdurchereignis-,aktivitäts-undPlanerkennungundWorkflow-Verfolgungmittelsphysischerundorga-nischerschnittstellen(tangible/organicinterfaces)undsensorfusion.
•zustandsbasierteundressourcenschonendeWartung,reparaturundumrüstungdurchdrahtlosedezentrale,aberinteroperablesemantischeKommunikationmitaktivenProduktgedächtnissen,dieinzufertigendenKomponentenundanlagemoduleneingebettetsind.
•lokationsbasiertediensteinindustriellenanlagendurchneuartigePositionierungssystemefürInnenräume,diefürdieOrtungderfachkräfteaberauchzumtrackingallerProdukt-undProduktionsmodulehochpräziseundtrotzdemrobustinderfertigungarbeiten.
•Wahlfreieundsymmetrischemultimodalität(sprache,gestik,touch,physischeaktion,BlickbewegungbishinzumBrainComputerInterface)mitwechselseitigerdisam-biguierungfürdieInteraktionmithochkomplexenCPs-basiertenfabriken,dieeinefreieauswahlzwischeneinergroßenzahlvonangesprochenensinnenjeweilssituations-abhängigermöglicht.
•neueKooperationsformenzwischenmenschenundmobi-lenleichtbauroboternmithumanoidemausweichverhalten,welchedieengezusammenarbeitalsrobotischeassisten-tenfürWerkerzumBeispielinkomplexenmontageprozes-senohneVerletzungsgefahrfürdiemitarbeitergestattet.
34 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
robotischetechnologienalsdigitaleInstrumentierungvonälterenfachkräften(mit60plusmittenimarbeitsleben)durchtragbaresensorik,aktuatorikundindieKleidungeingebetteteComputeroderexoskeletons,umihrephysischeoderkognitiveleistungs-undausdauer-fähigkeitzuerhöhen.
nutzungvonnicht-invasivenfunk-BiosensorenaufderBasisvonPolymerelektronikzurschritthaltendenerfas-sungvonstresszuständenundzurweiterenVitaldaten-erfassungfürdiegewähr-leistungdergesundheitderseniormitarbeiterdurchfrühzeitigeerkennungvongefährdungspotentialenundumeineÜberlastungzuvermeiden.
•entwicklungundumsetzunginnovativerdialogformenzwischenmenschundintelligenterumgebungindersmartfactorydurchadaptiondesdesignsvonkomplexenCompu-terspielen(seriousgames)undkognitionswissenschaftlichemethodeninsbesondereimBereichdersteuerung,fehl-funktionsdiagnoseundsimulationbeikomplexenstörungenodernotfällen.
•Vondererweitertenrealität(augmentedreality)zurdual-welttechnologie(dualreality)undsynchronisiertenundmultiplenWelten(echtzeitsynchronisationvonsensomotori-schenundsemantischenfabrikmodellenmitrealensmartfactories),umeinekompletteteleoperationvonsmartfactoriesoderderenKomponentenzuermöglichen.
•rollenbasiertezugriffssicherheitsmechanismen,welchedennotwendigendatenschutzunddenschutzderPrivat-sphäreauchinhochinstrumentiertensensorumgebungengewährleistet
•Computergenerierte(unddamitkosteneffiziente)erstellungvonlehrfragmentenmittelsCPssowieneuartigelern-methodenwiemobilelearningundad-hocPräsentationvondetailinformation,diekontextgesteuertundarbeitsprozess-gerechtpräsentiertwird(z.B.mittelsaugmentedrealityoderwearabledisplays),umeinschnelles,effektivesundkosten-günstigesnachtrainingvonspezialfähigkeitenundWissenzuermöglichen
mittelfristige Handlungsfelder •augmentedHuman-technologienalsdigitaleInstrumentie-
rungvonfachkräftendurchtragbaresensorik,aktuatorikundindieKleidungeingebetteteComputeroderexoskele-tons,umeinephysischeoderkognitiveerhöhung(vonKraft-verstärkungbishinzurpräziserenfeinmotorischenHand-habung)derleistungs-undausdauerfähigkeitvonfach-kräftenzuerreichenodermindestenseineerweiterungderkognitivenfähigkeitenbzw.kognitiveentlastungdurchCPsIt-Werkzeuge(z.B.amplifiedHuman-technologien)zuermöglichen.
•nutzungvonnicht-invasivenfunk-BiosensorenaufderBasisvonPolymerelektronikzurschritthaltendenerfassungvonstresszuständenundzurweiterenVitaldatenerfassungfürdiegewährleistungdergesundheitderfachkräftedurchfrühzeitigeerkennungvongefährdungspotentialeninderfabrikderzukunftsowiemessungderaktuellenkognitivenzuständederBeteiligten,insbesonderederkognitivenBe-lastungdurchCPs-systeme,umeineÜberlastungzuvermeiden.
•Physischeavatarefürdiefernwartungund-reparaturmit-hilfeeinerneuengenerationvonmobilenleichtbau-robo-tern,diedurchexoskeletonsvonfachkräftenindenWar-tungszentrenferngesteuertwerden,sodassservicearbeitenohneVerzögerungendurchlangeanreisezeitenvondenbestenexpertenüberallausgeführtwerdenkönnen.
35
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
4.5.2aus-undWeiterbildung
QuAliFiZierungSoFFenSive Für induStrie 4.0
Industrie4.0erfordertfachkräftemitspezifischenfachlichenwieauchüberfachlichenQualifikationenundstelltdamitdieberuflicheundakademischeaus-undWeiterbildungvorneueHerausforderungen.VorzuschlagenistdahereineQualifizierung-soffensivefürIndustrie4.0invierschritten(s.abb.12):
•ImerstenschrittwerdenvonderagfaktormenschunterHinzuziehungweitererexpertenempfehlungenfürdieakade-mischeundberuflicheaus-undWeiterbildungvonarbeits-kräftenfürIndustrie4.0erarbeitet.fürdieseempfehlungensindzunächstrelevanteausbildungsberufe,studien-sowieWeiterbildungsgängezubestimmen,anschließendtatsächlicheeinsatzfelder,PositionenundaufgabenvonarbeitskräfteninIndustrie4.0zuidentifizierenundschließlichdiedafürnot-wendigendispositionenabzuleiten.aufdieserBasiskönnendannempfehlungenzulernzielen,Inhaltenundgestaltungs-bedingungenvonBildungsgängenformuliertwerden.
•IneinemzweitenschrittwerdendieseempfehlungenaufeinernationalenBildungskonferenzgemeinsammitzVeI,VdmaundweiterenVerbänden,mitVertreternvonIndustrieundHand-werk,Kammern,gewerkschaften,derberuflichenundderaka-demischenBildungundderPolitikdiskutiertundangereichert.zielistes,eineroadmapfürdieberuflicheundakademischeQualifizierungfürIndustrie4.0zuerstellen.
•dieseroadmapistwiederumgrundlagefürdieweiterearbeitderagfaktormensch,diegemeinsammitausgewähltenexpertendernationalenBildungskonferenzkonkretegestal-tungshinweiseundumsetzungsbeispielefüranzupassendeoderneuzuentwickelndeBildungsangeboteerarbeitet.
•dieergebnissewerdenaufeinenabschließendenWorkshopimsinneeinestheorie-Praxis-transfersverbreitet.
erSte emPFeHlungen der eleKtrotecHniK- und eleKtroniKinduStrie
zielderaus-undWeiterbildungistdieerlangungberuflicherHandlungskompetenzinderIndustrie4.0,mitbesonderemfokusaufsystemorientierungunddieBeherrschungvonKomplexität.Wearabledisplaysmitaugmentedrealityodercomputergene-riertelehrfragmentekönnennurvorgedachtemöglichkeiten(Handlungsvollzüge/Problemlösungen)anbieten.derqualifizierteumgangmitdiesenInformationenundmitunwägbarkeitensetztabereinfundiertesBasiswissenvoraus.
ingenieurstudiumdiebesonderefachlicheHerausforderungistdassystemsen-gineering.diegrundlagehierfürkanndurchdieinterdisziplinäreVerknüpfungvonBeiträgenauselektro-undInformationstechnik,mechatronik,maschinenbauundInformatikgelegtwerden.
aufsetzpunktehierfürsindexistierendestudiengängeet/Itmitfokusaufembeddedsystemsoderautomation.InwieweiteinefachlichefokussierungaufIndustrie4.0bereitsimBache-lor-studiumsinnvollist,istnochzudiskutieren.
Injedemfallebietetsicheinefokussierungaufdenschwer-punkt»Industrie4.0«imrahmenvonmaster-studiengängenan.dafüristeinedisziplinübergreifendelehremitBeiträgenauselektro-undInformationstechnik,mechatronik,maschinenbauundInformatikzuorganisieren.dieVerknüpfungderlehrstühle
36 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
abb.12–QualifizierungsinitiativeIndustrie4.0,Quelle:acatech,2012
vorschlag einer Qualifizierungsoffensive industrie 4.0 (acatech)
Ziel: erarbeitung und transfer einer roadmap mit empfehlungen für die Qualifizierung für industrie 4.0
schritt1: BeschreibungderAusgangssituationund deskonkretenBedarfes an Qualifizierung fürIndustrie4.0 (ag4+weitereexperten)
schritt2: ausarbeitungeinerroadmapfürdieakademische und berufliche Aus- und Weiterbildung fürIndustrie4.0 inWorkshops
schritt3: anreicherungderroadmapmitkonkreten gestaltungs- hinweisen und umsetzungsbeispielenunderstellen einesKommunikationsplanes(ag4+weitereexperten)
schritt4: ergebnispräsentation und -transferineinernationalen Bildungskonferenz
37
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
ersteHinweisezudenQualifikationsanforderungengibtderimrahmenderBmBf-InitiativefreQuenzentstandenereport»dasInternetderdingeinderindustriellenProduktion-studiezukünftigenQualifikationserfordernissenauffachkräfteebene«(f-bb2010,summary2011).WegezurVermittlungzusätzlichnot-wendigeradhoc-lernschrittemitneuenlerntechnologienhabenWahlsteretal.vorgeschlagen.
IndieWeiterbildungsindauchmitarbeiteraußerhalbdesun-mittelbarenProduktionsprozesses(Produktionsplanung,pro-duktionsbegleitendedienstleistungen)einzubeziehen.
AkzeptanzakzeptanzerwächstausVerständnisundVertrauen.InnerhalbdersmartfactorywirddasVerständnisdurchaus-undWeiter-bildungderhandelndenPersonengesichert(s.o.).Vertrauenerwächstaustechnischersicherheit(safetyundsecurityvonCPs,vgl.forschungsagendaCPs)undausrechtlichersicherheit.
recHtlicHe rAHmenBedingungen:
fragen,diederKlärungdurchrechtsexpertenbedürfenwiebeispielsweise:
•WemgehörendiedatenimPlmundsCm?•WerträgtdieVerantwortungfürdiedatenqualität
(Vertraulichkeit,Verfügbarkeit,Integrität)?•WiewerdenIPrgeschützt?•Werhaftetfürstörfälleinkomplexentechnischensystemen?
kanninvirtuellenstrukturenerfolgen;einsolcherlösungswegwirdgegenwärtigauchfürdasthemaelektromobilitätdiskutiert.
FacharbeiterausbildungIndenindustriellenelektroberufenwerdenüberdengesamtenausbildungszeitraumgemeinsameKernqualifikationenzusam-menmitdenjeweilsberufsspezifischenfachqualifikationenvermittelt.deranteilderletzterenwächstmitderausbildungs-dauer.dieBerufesindnacheinsatzgebietendifferenziert,indenendiefachqualifikationenerworbenwerdenkönnen.
fürdieBedarfederIndustrie4.0sindentsprechendeeinsatz-gebietezudefinieren.Indieseneinsatzgebietenkönnendanndieelektroberufe»systeminformatiker«,»elektronikerfürauto-matisierungstechnik«und»elektronikerfürgeräteundsysteme«sowieder»mechatroniker«undder»Produktionstechnologe«ausgebildetwerden.
WeiterbildungWeiterbildunginhochdynamischenBranchenkannnichtaufVorrat,sondernmusspermanent,orientiertandenarbeitspro-zessenundselbstgesteuerterfolgen.fürdasselbstgesteuertelernensindlern-modulezuentwickelnundineinemexperten-netzwerkbereitzustellen.dazusollteeinezugangsbeschränkteWebplattformaufgebautwerden,diezugriffaufdielernmodulebietetundzugleichdemerfahrungsaustauschdienenkann(expertnetwork).
38 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
Kurzfristige Handlungsempfehlungen•förderungeinesClustersvonVerbundprojektenzumfaktor
menschinsmartfactories:multimodaleundmobileInter-aktionssysteme,lokations-undkontextbasierteassistenz-systeme,dual-realitysystemeundphysischeavatare.
•förderungdesaufbausvonlivinglabsundschaufensternfürPilotanwendungenunddemonstratoren,welcheInno-vationenimBereichderintelligentenfactory-assistenz-systemefürmenschlichefachkräftebasierendaufCPs-technologienanschaulichvermitteln.
•entwurfsbegleitendeempirischeevaluationbezüglicheffizienz,akzeptanz,erlernbarkeitundBedienbarkeitaufderBasisneuesterergonomischerundkognitionswissen-schaftlichererkenntnisse.
•förderungvonstandardisierungsaktivitätenu.a.beiW3CfürstandardsundderenetablierungimBereichsmartProductionwieOmm,Xml3d,usdl.
mittelfristige Handlungsempfehlungen•erarbeitungersterlernmodulefürdieselbstgesteuerte
Weiterbildung.•erarbeitungvonempfehlungenfürdieakademischeund
beruflicheaus-undWeiterbildungvonarbeitskräftenfüreinesmartfactoryunderarbeitungvonkonkretengestaltungshinweisenundumsetzungsbeispielen.
39
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
derarbeitskreis»Industrie4.0«
aKIndustrie4.0–aufteilungnacharbeitsgruppen
40 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
information
Arbeit
energie
material
»Exportschlager« Smart Factory
AG 1 Smart Factory
Wittenstein Agtrumpf gmbHdaimlervdmAZveiProf. reinhartProf. lanza Prof. Bauernhansl
AG 2 Reales Umfeld
Siemens AgdeutschetelecomagaBBdHl(tbd)Prof.KlockeProf.Beigl
AG 4 Faktor Mensch
BmWfestogmbHzVeIVdmaProf. WahlsterProf.anderl
AG 5 Faktor Technologie
robert Bosch gmbHInfineonBItKOm
Prof.BroyProf.dammProf.Herzog
AG 3 Wirtschaftliches UmfeldSAP
aBB(tbd)Hewlett-Packard
softwareag(tbd)Prof.scholz-reiter
Prof.scheer
dieumsetzungdeszukunftsprojektesIndustrie4.0erfordertdiegemeinschaftlicheBündelungallerKräfteausWissenschaftundWirtschaft.nachdemVorbildderforschungsunionwurdedaherimJanuar2012ein»arbeitskreisIndustrie4.0«unterderleitungderrobertBoschgmbHundacatecheingesetzt,derdieweitereumsetzungdeszukunftsprojektesstrategischbegleitet.
entsprechenddervorgenommenenaufteilungindie5arbeits-gruppenwirdsichderarbeitskreismitdererarbeitungkonkreterumsetzungsempfehlungenindeneinzelnenarbeitsgruppengemeinsammitweiterenexpertenbefassen.Imzentrumstehendabeidiefolgendenfragen:
1. »Wo sind wir heute –wo wollen wir morgen hin«?2. Welche Punkte sind bereits adressiert, müssen aber
noch in die Breite gebracht werden?3. Wo liegen die (wirtschaftlichen) nutzenpotentiale,
beispielsweise durch neue geschäftsmodelle?
dieausgearbeitetenempfehlungenwerdenimrahmeneinesumsetzungsforumsam2.Oktober2012inBerlinderfachpresseundfachvertreternausWirtschaft,WissenschaftundPolitikpräsentiertwerden.
41
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
mitgliederdesarbeitskreisesIndustrie4.0
AK-leitung:
dr. Siegfried dais,robertBoschgmbH
Prof. Henning Kagermann,acatech(sprecherPgKommunikation)
vertreter WirtScHAFt:
Prof. reinhold Achatz,siemensag
dr. Heinrich Arnold,deutschetelekomag(VertretungHr.Clemens)
dr. Heinz derenbach,robertBoschgmbH
dirk Hilgenberg,BmWag(Vertretungdr.dräger)
Bernd Kärcher,festogmbH(Vertretungdr.Veit)
dr. uwe Kubach,saPag
dr. reinhard Ploss,Infineontechnologiesag
dr. Heinz-jürgen Prokop,trumpfgmbH(Vertretungdr.P.leibinger)
thomas Stengel,m. Wetzel,daimlerag(Vertret.dr.Weber/Promotorfu)
dr. manfred Wittenstein,Wittensteinag/Promotorfu
dr. christian Zeidler,aBBag
Ansgar Baums,Hewlett-Packard(VertretungVolkersmid)
dr. Harald Schöning,softwareag(VertretungHr.Jost)
vertreter WiSSenScHAFt:
Prof. reiner Anderl,tudarmstadt
Prof. thomas Bauernhansl,fraunhoferIPa
Prof. michael Beigl,KIt-KarlsruheInstituteoftechnology
Prof. manfred Broy,tumünchen/acatech
Prof. Werner damm,universitätOldenburg
Prof. jürgen gausemeier,universitätPaderborn
christian gorldt,BIBauniversitätBremen(VertretungProf.scholz-reiter)
dr. günther Hörcher,fraunhoferIPa(VertretungProf.Bauernhansl)
Prof. Fritz Klocke,rWtHaachen
Prof. gisela lanza,KIt/Promotorinfu
Prof. gunther reinhart,technischeuniversitätmünchen
42 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
thomas Feld,scheergroupgmbH(VertretungProf.scheer/Promotorfu)
Alfons Botthof,VdI/VdeInnovation+technikgmbH(imauftragdesBmWi)
BundeSminiSterien:
Prof. Wolf-dieter lukas,BmBf
clemens Zielonka,BmBf
dr. Andreas goerdeler,BmWi
verBände:
dr. Bernhard diegner,zVeI
rainer glatz,Vdma
dieter Schweer,BdI
Prof. dieter Kempf,BItKOm
Weitere Promotoren ForScHungSunion:
Prof. Wolfgang Wahlster,dfKI(PgKommunikation)
dr. johannes Helbig,dt.PostdHl(PgKommunikation)
ingrid Sehrbrock,dgB
dr. Karsten ottenberg,giesecke&devrient
Prof. dieter Spath,fraunhoferIaO(VertretungProf.H-J.Bullinger(fu)
gast:dr. Katja Patzwaldt,Jacobsuniversity(fu/gesellschaftl.rahmenbedingungen)
acatech:
Prof. otthein Herzog,JacobsuniversityBremen
dr. martina röbbecke,acatech
43
umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0
44 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
5 ZuKunftsProjeKt »InternetbasIertedIenstefürdIeWIrtschaft« Wirtschaftswachstumdurchneuegeschäftsmodelleiminternet- basiertendienstleistungssektor(»Internetderdienste«)
abb.13–daszukunftsprojekt»InternetbasiertedienstefürdieWirtschaft«,Quelle:PgKommunikation,2012
•deutschlandhateineführende PositionaufHerstellerseite.
•deutschlandhatdieChance eineführendePositionauf Herstellerseiteeinzunehmen.
•KeineführendePositionmehrfür deutschlandaufHerstellerseite möglich.
•Semantische technologien
•Kombinierbare dienste (usdl)
•entwicklungs-/ Produktions- plattformen
•Handels- plattformen
cloud infrastruktur
das internet der dienste & daten
die erfolgreiche umsetzung des Wertschöpfungspotentials des internets der Zukunft kann nur gelingen, wenn alle relevanten Akteure zusammenarbeiten.
…
•SoA-basierteunternehmens-software
Flexible geschäftsnetzwerke
unternehmenssoftwaresoftwarespitzencluster
•cyber-Physical Systems
VernetzungphysikalischerObjekte(es)mitdemCyberspace/
»internet der dinge«
•Web 2.0
Soziale netzwerkeexpertennetzwerke
studiVz,XIng,ausdenusa
motiviert
•Fähigkeiten als dienste/große datenmengen (»Big data«)
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ZuKunftsProjeKt»InternetbasIertedIenstefürdIeWIrtschaft«
diestarketechnologiekompetenz,diedeutschlandimBereichembeddedsystems/Internetderdingebesitzt,wirdnochunzu-reichenddurchflexible,innovativegeschäftsmodelleundattrak-tivemarketingaktivitätenbegleitet–esbestehendefiziteanVer-marktungskompetenzundunternehmerischerInitiative.»esfehltanhybridenInnovationen,dieneueIdeeninProdukteunddienstleistungenmitmarkt-undgeschäftsstrategienkombinie-renundvorantreiben.«13
WährenddiemeistenunternehmenIKtbishernuralsWerkzeugzurunterstützungihrertraditionellenProzesseverwendethaben,findetzunehmendeinetransformationhinzuvollständigdigi-talenunternehmenstatt,indenenIK-technologienderent-scheidendetreiberfürProdukt-undProzessinnovationensind.digitaleunternehmenzeichnensichdurchhochgradigeinternet-basierteVernetzungmitanderenunternehmenausundrichtenihregeschäftsmodelleund-prozessedynamischaufdiesenetz-werkeaus.eindigitalesunternehmenhatdirektenzugriffaufalledatenzuProzessen,BetriebsmittelnundressourcenderrealenunternehmensweltzurPlanung,steuerungundOptimie-rung.ÜbertechnikendesCloudComputingkönnendieselösun-gennahezubeliebigskalierbar,wartungsarmundmitgeringenInvestitionenfürdenanwenderangebotenwerden.diesisteineChancegeradefürKmus,diesomitvertretbaremaufwandvondenIKt-entwicklungenprofitierenkönnenundnichtiminter-nationalenWettbewerbzurückfallen.dazumüssenCloud-Infra-strukturenundCloud-diensterobust,verlässlichundsichersein(»trustedCloud«).
BevorCloudComputingundCloud-diensteeinthemawurden,hatdieBundesregierungmitdemforschungsprogrammtHeseusbereitsaufdemerstenIt-gipfelinPotsdameinleuchtturmprojektzumInternetderdienstegestartet.seineBedeutungwurdeillustriertanhandeinfacherBeispiele:fast13mio.menschenhabenihrensommerurlaubimletztenJahrimInternetgebucht.VielevonihnensuchenundkaufeneinzelnereiseleistungenundstellensichsoselbsteinindividuellesProgrammzusammen.mitdentechnologiendesInternetderdienstewürdenichtnurdiesbedeutendeinfacher,sondernmankönntediereiseauchmitzusätzlichendienstleistungen,wieVersicherung,eintrittskarten,sprachkursenetc.,kombinieren.14
dasstrategischezielwaraber,eineschlüsseltechnologiefürdenWegzurwebbasiertendienstleistungs-undWissensgesell-schaftzufördern.nachdemIKtdiedienstleistungsbereitstellungbereitsrevolutionierthattedurch
•ortsunabhängige,exportierbaredienstleistungen(Bsp.:CallCenter)und
•industrialisierte,automatisiertedienstleistungen(Bsp.:diagnose)
gingesbeimForschungsprogrammtHeSeuS15darum,dienst-leistungenbeschreibbar(semantik),handelbar,erweiterbarundkombinierbarzumachen.nebenderVereinfachungdeszugangszuWissen(Bibliotheken,archive,Patentrechtinformationen,da-tenbanken)undderVernetzungvondatenzuneuemWissenwurdedasProgrammmitdemzielaufgesetzt,grundlagenfürdieentwicklungneuerdienstleistungenimInternetzuschaffen.
13[Offenfürdiezukunft2010],s.15.14BerndPfaffenbach,grußwortacatechsymposiumInternetderdienste.15KongressprogrammundInformationenunter:http://www.theseus.joint-research.
org/theseus-kongress-2012/
46 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
diePromotorenfokussierensichmitihremzweitenzukunftspro-jekt»InternetbasiertedienstefürdieWirtschaft«genauaufdiesezielsetzung:innovativedienstleistungenmithoherWertigkeitzufördern.dieexplosionsartigeVerbreitungvonappsaufsmart-phonesverdeutlichtdiehoheBedeutungdesInternetsderdienste.BisherstanddiesbezüglichvorallemderPrivatkonsumimVordergrund,zunehmendwirdesjedochverstärktBusiness-anwendungengeben,dazukünftigesWirtschaftswachstumhauptsächlichdurchneuegeschäftsmodelleimInterneterfolgt.
durchdastHeseus-forschungsprogrammhatsichdeutsch-landeinstarkesKnow-HowimBereichsemantischetechnologienerarbeitet;dasaktionsprogrammCloudComputingschafftdieVoraussetzungenfürdieInfrastrukturundneueBetreiberplatt-formen.
diezeitistnunreif,dietHeseus-forschungsergebnisseinkom-merzielleanwendungenzuüberführen.
umsetzung 2012:daszukunftsprojekt»InternetbasiertedienstefürdieWirtschaft«wirddieergebnissedestHeseusabschluss-kongressesam14.und15.februar2012aufgreifen.Weitereumsetzungsempfehlungenwerdendaherimanschlussinderforschungsunionvorgestelltwerden.
zuraktivenausgestaltungdesInternetsderdiensteemp-fehlendiePromotorenzudem:
• dieBerücksichtigungderimrahmenderBmWi-studie»daswirtschaftlichePotentialdesInternetsderdienste«entwickeltenHandlungsempfehlungen
• dierascheumsetzungderforschungsergebnissedestHeseusProgrammesinkonkreteProdukteundgeschäftsmodelle
diePromotorenempfehlenzudemdiebreiteumsetzungdesaktionsprogrammsCloudComputing.BenötigtwirdeinesoftwarebasierteInfrastrukturalsBasiszurBereitstellungunderprobungderneuenartwebbasierterdienstleistungen:
• schaffungderVoraussetzungenfürdenumgangmitIn-formations-undKommunikationstechnologienwieCloudComputingsowohlaufnutzer-alsauchaufanbieterseite
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lIteratur
[HIgHteCH-strategIe2020]BundesministeriumfürBildungundforschung(Hg.):Ideen.Innovation.Wachstum.Hightech-strategie2020fürdeutsch-land,BmBf,Bonn,Berlin,2010
[IKt2020]BundesministeriumfürBildungundforschung(Hg.):IKt2020:forschungfürInnovationen.Bonn,Berlin2007http://www.bmbf.de/pub/ikt2020.pdf
[12.faKtenBerICHt2009]BundesministeriumfürWirtschaft(Hg.)Innovationspolitik,Informationsgesellschaft,telekommunikation.12.faktenbericht2009.einesekundärstudiedertnsInfratestBusinessIntelli-gence-Berlin,2009.unter:http://www.tnsinfratest.com/bmwi/download.asp?id=13305464897&dfile=BmWi_12_faktenbericht_2009.pdf
[e-energY2009]Picot,arnold/neumann,Karl-Heinz(Hg.):e-energy.WandelundChancedurchdasInternetderenergie,springerVerlag,Berlin-Heidelberg,2009.
[OffenfÜrdIezuKunft2010]münchnerKreise.V.,eICtgmbH,deutschetelekomag,tnsInfratestgmbH,siemensag,Vodafoned2gmbH,saPag,tele-fónicaO2germanygmbH&Co.OHg,zweitesdeutschesfern-sehen(Hg.):Offenfürdiezukunft–Offenindiezukunft.Kom-petenz,sicherheitundneuegeschäftsfelder.ergebnissederdrittenPhasederinternationalenstudie»zukunftundzukunfts-fähigkeitderInformations-undKommunikationstechnologienundmedien«,november2010
[deutsCHlanddIgItal2015]BundesministeriumfürWirtschaftundtechnologie(Hg.):IKt-strategiederBundesregierung»deutschlanddigital2015«,Berlin,november2010.
[fusICHerHeIt2010]Ottenberg,Karstenu.a.:Promotorengruppesicherheitderforschungsunion.analysezurentwicklungthematischerzu-kunftsräume.stand:november2010.
[InternetderdIenste2010]Berleconresearchu.a.(studieimauftragdesBundesministe-riumsfürWirtschaft):daswirtschaftlichePotentialdesInternetsderdienste,Berlin,2010,unter:http://www.berlecon.de/studien/downloads/Berlecon_Idd.pdf
[fuKlIma/energIe2010]Bullinger,ans-Jörgu.a.:forschungsunionWirtschaft–Wissen-schaft.BedarfsfeldKlIma/energIe.BerichtderPromotoren-gruppe;roadmapsundHandlungsempfehlungen,stand:11.no-vember2010.
[KrCmar2009]Böhm,m.;leimeister,s.;riedl,C.;Krcmar,H.:CloudCompu-ting:Outsourcing2.0odereinneuesgeschäftsmodellzurBereitstellungvonIt-ressourcen?In:Informationmanagement&Consulting,Vol.24(2009)nr.2,s.6-14.
48 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
[dresdnerVereInBarung2010]BundesministeriumfürWirtschaft(Hg.):dresdnerVereinbarunganlässlichdes5.nationalenIt-gipfelsdresden,7.dezember2010,unter:http://www.bmwi.de/BmWi/redaktion/Pdf/Publikationen/technologie-und-Innovation/it-gipfel-2010-dresdner-vereinbarung,property=pdf,bereich=bmwi,sprache=de,rwb=true.pdf
[5.natIOnalerIt-gIPfel]BundesministeriumfürWirtschaft(Hg.):fünfternationalerIt-gipfel,Programm–Personen–Projekte,BmWI,dresden,2010
[greenItstudIe2010]greenIt-BeratungsbüroBItKOm/deutscheBankresearch(Hg.):greentIt.mehralseinemodeerscheinung;gemeinsamestudie,frankfurt,18.november2010
[IKt-PrOmOtOrenBerICHt2006]Berchtold,Willi/Wahlster,Wolfgang(Hg.):PromotorenberichtInnovationsfeldInformations-undKommunikationstechnologien.forschungsunionWirtschaft-Wissenschaft,3.sitzung(29.no-vember),Berlin,2006
[dIgItaleagenda2010]europäischeKommission:mItteIlungderKOmmIssIOnandaseurOPÄIsCHeParlament,denrat,deneurOPÄI-sCHenWIrtsCHafts-undsOzIalaussCHussunddenaussCHussderregIOnen.einedigitaleagendafüreuropa,dokument:KOm(2010)245endgültig/2,Brüssel,28.8.2010,unter:http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=COm:2010:0245:fIn:de:Pdf
[id2010]BundesministeriumfürWirtschaft(Hg.):Innovationspolitik,Informationsgesellschaft,telekommunikation.id2010–Informa-tionsgesellschaftdeutschland2010.aktionsprogrammderBundesregierung,Berlin,november2006.
[gens2008]gens,f.(2008):defining«Cloudservices«and«CloudCompu-ting«.IdCeXchange:IdC.
[gartner2009]Pettey,C.;stevens,H.:gartnersaysWorldwideCloudservicesrevenueWillgrow21.3Percentin2009.gartner,2009.
[futureInternet2020]Wahlster,Wolfgangu.a.:futureInternet2020.Callforactionbyahighlevelvisionarypanel,europeanCommunities,may2009.http://www.future-internet.eu/fileadmin/documents/reports/fI_Panel_report_v3.1_final.pdf
[feldafIngerKreIs2008]raffler,Hartmut/Wahlster,Wolfgang(Hg.):forschenfürdieInternetgesellschaft:trends,technologien,anwendungen.trendsundHandlungsempfehlungen2008desfeldafingerKreises,2008http://www.feldafinger-kreis.de/html/future_internet1.html
49
autoren
Promotoren deS BedArFSFeldeS KommuniKAtion
Prof. Henning Kagermann,acatech(sprecher)
Prof. Wolfgang Wahlster,dfKI
dr. johannes Helbig,deutschePostdHl
50 PromotorengruppeKommunikation,ForschungsunionWirtschaft–Wissenschaft
redAKtion/KontAKt
Ariane Hellinger,m.a. Wissenschaftlichereferentin acatech-deutscheakademiedertechnikwissenschaftenunterdenlinden14 d-10117Berlin tel.:+49302063096-62email:[email protected]
reinhard Karger,m.a.unternehmenssprecherdeutschesforschungszentrumfürKünstlicheIntelligenzdfKICampusd3-2d-66123saarbrückentel.:+4968185775-5253e-mail:[email protected]
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danKsagung
diePromotorendankendenteilnehmernderbeidenstrategie-workshops»Industrie4.0«(s.u.)sowiedenmitgliederndesarbeitskreisesIndustrie4.0(s.40)herzlichfürIhrenInputunddiewertvollenanregungenundKommentare:
Prof. dr. reinhold Achatz(siemensag)
Prof. michael Beigl(KItKarlsruheInstituteoftechnology)
Prof. manfred Broy(tumünchen)
dr. udo Bub (deutschetelekomag)
Hervé couturier (saPag)
thomas curran (deutschetelekomag)
Prof. Werner damm (universitätOldenburg)
dr. Heinz derenbach(robertBOsCHgmbH)
dr. Bernhard diegner(zVeI)
dr. thomas Feld (scheergroup)
rainer glatz (Vdma)
Prof. otthein Herzog (JacobsuniversityBremen)
dirk Hilgenberg (BmWag)
dr. uwe Kubach (saPag)
giuseppe mascolino(BmWag)
dr. Karsten ottenberg (giesecke&devrient)
Prof. gunther reinhart (technischeuniversitätmünchen)
dr. julia roelofsen (tÜVsüdag)
Prof. August -Wilhelm Scheer (scheergroup)
dr. Harald Schöning (softwareag)
Prof. Bernd Scholz-reiter (BIBauniversitätBremen)
dr. manfred Wittenstein (Wittensteinag)
Prof. Birgit vogel-Heuser (tumünchen)
dr. volker Zimmermann (Im-C)
Wirtschaft und Wissenschaft begleiten die Hightech-Strategie
Forschungsunion