DLG e.V. - Lebensmittelindustrie 4.0: Intelligente Vernetzung mit Potential

Lebensmittelindustrie 4.0: Intelligente Vernetzung mit Potential

Industrie 4.0 ist ein Schlagwort, das auch die Lebensmittelbranche immer stärker beschäftigt. Dahinter verbirgt sich eine Vielzahl an neuen, aber auch bekannten und etablierten Technologien. Wie Informationstechnologie (IT) und Maschinenbau immer enger zusammenarbeiten, verdeutlichte jetzt das DLG-Forum Lebensmittelindustrie 4.0 in Frankfurt am Main.

Die Lebensmittelindustrie überzeugt mit hoher Qualität und innovativen Produkten. Doch die Produkte werden immer stärker nach Kundenwünschen differenziert und unterliegen unvorhersehbaren Bedarfsschwankungen. Produktions- und Logistikprozesse müssen umfassend dynamisch reagieren. Ressourcen wollen effizient eingesetzt werden. Mit zentral gesteuerten Prozessen ist dies kaum möglich. Die Komplexität von Produkten und Produktionsanlagen im Maschinen- und Anlagenbau fordert flexible und einfach anpassbare Automatisierungssysteme, um Wandelbarkeit zu erreichen. Neue Konzepte verlangen völlig andere mechatronische Ansätze. Aber auch bestehende Produktionsanlagen müssen aufgrund ihrer Langlebigkeit für Industrie 4.0 mithilfe neuer Software aufgerüsten werden. Agenten und dienstbasierte Architekturen ermöglichen dabei modulare, kompatible und erweiterbare Cyber-Physische Systeme (CPS). CPS umfassen typischerweise eingebettete Systeme (z.B. als Teil von Geräten, Gebäuden, Produktionsanlagen, Logistik-und Managementprozessen, etc.), die mittels Sensoren und Aktoren unmittelbar physikalische Daten erfassen und auf physikalische Vorgänge einwirken, mit digitalen Netzen verbunden sind, weltweit verfügbare Daten und Dienste nutzen und über eine Reihe multimodaler Mensch-Maschine-Schnittstellen verfügen. Systeme werden somit intelligenter, flexibler, skalierbarer und wandelbarer. Eines der Potenziale von Agenten liegt darin, Daten über die Laufzeit von Cyber-Physischen Systemen zu sammeln und auszuwerten. In Zukunft erfolgt die Beobachtung der Maschinen automatisch durch Sensoren und diese Daten werden kontinuierlich erfasst und analysiert. Die Datenanalyse bewirkt Kosteneinsparungen, höhere Betriebseffizienz und verbesserte Produktqualität.

Das DLG-Forum Innovation: Lebensmittelindustrie 4.0 am 15. Juni 2016 in Frankfurt gab der Lebensmittelbranche Einblicke in die technische Umsetzung von Industrie 4.0. Anhand des Anwendungsfalls „myJoghurt“ zeigt Frau Dr. Susanne Rösch, vom Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme der Technischen Universität München, dafür Lösungsansätze. Hierfür wurde deutschlandweit mit weiteren Forschungseinrichtungen ein Demonstrator aufgebaut, der virtuell Joghurt über mehrere Anlagen abfüllt und verpackt. Auf einer Website standen für den individuellen Joghurt vier Rahmstufen, zwanzig Fruchtsorten sowie diverse Toppings zur Auswahl. Der Kunde könnte zwischen biologischer, lokaler und CO₂-reduzierter Produktion wählen, Frucht oben, unten oder gemischt, Verpackung aus Plastik oder Glas. Daraus ergaben sich rund elf Millionen Kombinationsmöglichkeiten. Agentenbasierte Kopplungsansätze bieten hierfür einen hervorragenden Lösungsansatz. Durch ihre Lernfähigkeit und ihre Fähigkeit der Selbstadaption und Selbstorganisation sind Agenten ideal geeignet. In der verteilten Joghurtproduktion „myJoghurt“ bieten sie den verschiedenen Produktionsstandorten die Möglichkeit, die verschiedenen historisch gewachsenen Automatisierungssysteme ganz individuell, aber alle über einen Basisagenten anzubinden.

Für die Brau- und Getränkeindustrie stellte Prof. Dr. Tomas Becker, Leiter des Lehrstuhls für Brau- und Getränketechnologie an der Technischen Universität München, ein robotergestütztes Abfüllkonzept für die individualisierte Getränkebereitstellung vor. Für die Abfüll- und Getränketechnik soll ein völlig neuartiges, flexibles und einfach um weitere Produktionsmodule erweiterbares Automatisierungskonzept zur industriellen Bereitstellung von kundenindividuellen Getränkeflaschen bzw. -gebinden entwickelt werden. Alle Anlagenkomponenten sollen als Cyber-Physische-Systemkomponenten gestaltet werden, die mittels Netzwerk- und Cloudtechnologien kontinuierlich untereinander und mit überlagerten Systemen kommunizieren. Im Mittelpunkt steht neben der Bereitstellung und Entwicklung eines adaptierbaren und flexibel erweiterbaren Abfüll- und Materialflusskonzeptes ein dezentrales Steuerungskonzept. Über eine virtuelle Repräsentanz in der Cloud werden Kundenwünsche, Produktionsaufträge sowie die zugehörige Produktionsplanung und -steuerung synchronisiert. Dabei wird auf die dezentrale Intelligenz der einzelnen Systembestandteile (z. B. Auslastungszustand eines Abfüllmoduls) zurückgegriffen und bei der situativen Gestaltung des Prozessablaufes berücksichtigt. Das herzustellende Produkt steuert sich sozusagen selbständig und intelligent durch den Abfüllvorgang. Dadurch kann die Repräsentation der Anlagenkomponenten unabhängig von Zeit und Ort erfolgen. Im Vergleich zu starr konfektionierten und gesteuerten Linien der Abfüll- und Getränkeindustrie sollen in diesem Projekt hochflexibel arbeitende und intelligent durch das Produkt gesteuerte Bearbeitungsstationen entstehen.

Sicherheit in der vernetzten Produktion

Die Vernetzungen von Maschinen und Produktionsanlagen untereinander und mit den Büronetzen der Unternehmen bilden das Nervensystem unserer Industrie der Zukunft. Durch die Digitalisierung und Vernetzung sind heutige und insbesondere zukünftige Automatisierungsanlagen in den Produktionsstätte ganz neuen Gefährdungen ausgesetzt. Zugriff auf die Anlagen kann durch nicht abgesicherte Fernzugriffe ermöglicht werden. Auch können in die Abläufe Daten manipuliert eingespeist werden und Know-how aus den Produktionsvorgängen abgezogen werden. Die Komponenten in Industrie 4.0 Szenarien müssen in der Lage sein, sich untereinander sicher zu identifizieren, Manipulationen zu erkennen und sicher miteinander zu kommunizieren. Sichere und überprüfbare Identitäten von Maschinen, der Schutz vor gefälschten und nachgemachten Produkten und die sichere Maschine zu- Maschine Kommunikation sind daher neue und wichtige Herausforderungen für die IT-Sicherheit in der Industrie 4.0.

Konstantin Böttinger vom Fraunhofer-Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit beschäftigte sich intensiv mit dem Thema Security für Industrie 4.0. Der Experte erörtert welche Unternehmenswerte durch Angriffe tatsächlich betroffen sind und welche Möglichkeiten es für Angreifer gibt, an das wertvolle Know-how zu gelangen und es z.B. für Produktpiraterie, unautorisierte Wartung oder Funktionsfreischaltungen zu nutzen. Um dem vorzubeugen, können Sicherheitsmaßnahmen eingesetzt werden. Er stellte einige Lösungsansätze und Einschätzungen zur Schutzwirkungen vor. An einem Praxisbeispiel wurde deutlich, wie leicht ein Angreifer handelsübliche industrielle Roboterarme unter seine Kontrolle bringen und manipulieren kann, dass sowohl die Betriebssicherheit und der Arbeitsschutz ausgehebelt werden, als auch weitreichende wirtschaftliche Schäden möglich sind. Abschließend wurde ein Ausblick auf aktuelle, praxisrelevante Arbeiten gegeben, die eine Verbesserung der IT-Sicherheit für Industrie 4.0 zum Ziel haben.

Digitale Geschäftsmodelle für Industrie 4.0

Es ist wichtig das Thema Industrie 4.0 nicht nur technologiegetrieben zu betrachten, sondern auch marktgetrieben. Die IT spielt mittlerweile eine zentrale Rolle in zahlreichen Geschäftsmodellmustern. Viele Internet‐getriebene Geschäftsmodellmuster beinhalten die Integration des Kunden, die Dienstleistungsorientierung und das zielgerichtete Sammeln und Analysieren von Transaktions‐ und Verwendungsdaten. Die Einbindung des Kunden ermöglicht es dem Unternehmen, den Kunden Aufgaben zu übertragen. So designt der Kunde seine eigene Schokolade oder stellt sein Müsli selbst zusammen. IT ermöglicht Unternehmen, die Kundenbeziehung auch nach dem Verkauf mittels IT‐basierter Services aufrechtzuerhalten und zu nutzen. Dadurch nimmt der digitale Kontakt zum Kunden nach dem Kauf zu.

Prof. Dr. Oliver Thomas, Inhaber des Lehrstuhls für Informationsmanagement und Wirtschaftsinformatik an der Universität Osnabrück, verknüpft bei seinen Forschungsarbeiten grundsätzlich betriebswirtschaftliche Fragestellungen mit technologischen Möglichkeiten. In seinem Team werden neue und innovative Methoden und Werkzeuge zur Gestaltung von Produkten, Dienstleistungen und unterstützenden Informationssystemen entwickelt und angewendet. Beim DLG-Forum präsentierte er digitale Geschäftsmodelle für Industrie 4.0.

Das digitale Geschäftsmodell von MyCouchbox stellte André Moll vor. Das Stuttgarter Start-up MyCouchbox versendet nach der Bestellung im Web Schokolade, Kekse, Getränke, Chips und eine Non-Food-Überraschung mit der Post direkt nach Hause zum Kunden. Die Boxen gibt es monatlich im Abo oder als Einmalbox. Für den Inhalt der Überraschungsbox zahlen die Kunden wesentlich weniger als im Handel. Jeder an MyCouchbox teilnehmende Hersteller bekommt wiederum eine anonymisierte Auswertung der Feedbacks, das die Kunden im Tausch gegen sogenannte Couchpunkte geben. Die Hersteller entdecken das Konzept als alternativen Marketing-Kanal und für Marktanalysen und steuern ihre Produkte zur Couchbox bei.