Digitalisierung Industrie 4.0 heißt auch digitale Transformation

In vielen Unternehmen gibt es auch schon Task-Force-Abteilungen, die die digitale Transformation vorantreiben sollen. Doch man kann sich des Eindrucks nicht erwehren, dass die Digitalisierung beziehungsweise das Thema Industrie 4.0 in Deutschland nicht so recht weiterkommt. Verschiedene Untersuchungen bestätigen dies nun.

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Seit der Hannover Messe 2011 umschwirrt uns der Begriff Industrie 4.0. Viele Fachzeitschriften, wie auch wir, haben seitdem versucht, zu erklären, was darunter zu verstehen ist und wie wichtig das Thema im Zusammenhang mit Industry of Things (IoT) für uns alle ist.

Im Endeffekt geht es darum, dass unsere Unternehmen wettbewerbsfähig bleiben in einer zunehmend digitaler werdenden Welt. Es werden traditionelle Geschäftsfelder wegbrechen und neue hinzukommen. Um diese jedoch verwenden zu können, bedarf es natürlich auch der technischen Voraussetzungen wie schnelles Internet, Nutzung von Cloud-Lösungen und Einsatz schneller Rechner sowie leistungsfähiger Steuerungen, um zu einer durchgehend digitalen Fabrik zu kommen.

Hört sich jetzt alles nicht so kompliziert an, ist es aber doch, weil es oft an der Ausführung hapert: Man denke nur an den fehlenden Ausbau des schnellen Internets, vor allem in ländlichen Gegenden, und an die vielen Hackerangriffe, die einen sorgsamen Umgang mit Daten erfordern. Deshalb müssen in den Unternehmen entsprechende Sicherheitsmaßnahmen (Security) getroffen werden, um die Angriffe von außen abzuwehren.

Studie bestätigt langsames Vorankommen bei der digitalen Transformation

Laut der Studie „Digitale Agenda 2020”, die der IT-Dienstleister DXC Technology im Juli 2017 in Deutschland unter 300 Führungskräften über ein Marktforschungsinstitut durchführen ließ, glauben zwei Drittel von ihnen, dass die Beschleunigung von Innovationen einer der wichtigsten Vorteile ist, den die Digitalisierung ihres Unternehmens innerhalb der nächsten zwei bis drei Jahre leisten kann. Aktuell bewerten jedoch 60 % der deutschen Manager die Innovationsreife ihres Unternehmens bei digitalen Projekten nur als mittelmäßig oder sogar schwächer.

„Der digitale Wandel bietet zahlreiche Chancen, neue Ideen zu entwickeln – sei es für Produkte und Dienstleistungen oder ganz neue Geschäftsmodelle“, sagt Dr. Martin Eldracher, Head of Consulting in Nord- und Zentraleuropa von DXC Technology. „Doch wie unsere jüngsten Ergebnisse der Digital-Agenda-Studie zeigen, schätzen wenige Manager die Innovationskraft ihres Unternehmens als exzellent ein: Nur knapp 10 % geben an, dass sie in der Zusammenarbeit mit kreativen Köpfen einen Top-Reifegrad für Innovation erreicht haben. Dies gilt sowohl innerhalb der Unternehmensorganisation als auch für externe Partner.“

Digitale Visionen gefragt

Zu den wichtigsten Stolpersteinen bei der Umsetzung digitaler Projekte zählen die Manager, dass es den Chefetagen an Visionen fehle, neue digitale Geschäftsmodelle zu entwickeln – davon ist knapp jede zweite Fach- und Führungskraft überzeugt (48 %). Für den Fall, dass digitale Projekte tatsächlich initiiert wurden, ist das Risiko in der Praxis groß, dass traditionelle Unternehmensbereichsleiter dagegen ihr Veto einlegen. Der Grund: Häufig sind diese Mitarbeiter sehr reserviert, wenn es darum geht, einen etablierten Prozess für die Zukunft zu verändern, der derzeit noch reibungslos läuft. Ein Effekt, von dem fast 60 % der Unternehmen zu berichten wissen.

„Um diesen negativen Einfluss von Tradition zu entschärfen, sollten neue organisatorische Strukturen geschaffen werden, in denen sich digitale Projekte separat entwickeln und ausarbeiten lassen“, so Eldracher. „In diesem Szenario gilt es für die Unternehmen, eine wichtige Leitlinie nicht aus den Augen zu verlieren: groß denken, klein anfangen, früh testen und Erfolge schnell skalieren.“ Damit werde sichergestellt, dass der Innovationsweg nicht in eine Sackgasse führt.

Auch die aktuell weltweit durchgeführte Fujitsu-Studie „Open a new window“ zeigt, dass es anderswo nicht viel besser aussieht – zum Glück für uns, könnte man fast sagen. Denn von den insgesamt 1625 befragten Führungskräften hat ein Drittel (33 %) in den vergangenen zwei Jahren ein Digitalisierungsprojekt abgebrochen. Daraus entstanden Kosten von durchschnittlich 423.534 Euro, wie es heißt. Zudem sei mehr als ein Viertel (28 %) der Unternehmen mit einem solchen Projekt gescheitert. Dies verursachte sogar Kosten von 555.000 Euro pro Projekt (in Deutschland sogar 1,1 Mio. Euro). Doch 84 % der Unternehmen sind davon überzeugt, dass ihre Kunden von ihnen einen höheren Digitalisierungsgrad erwarten. Allerdings glauben 71 %, sie fielen in dieser Hinsicht hinter den Wettbewerb zurück. Das führt nach den Befürchtungen von zwei Dritteln (66 %) der befragten Führungskräfte mittelfristig dazu, dass sie Kunden verlieren werden.

Unternehmen kämpfen mit der Umsetzung der digitalen Transformation

Die digitale Transformation wird nicht nur von der Technik getragen. Fujitsu hat untersucht, wo die einzelnen Unternehmen unter Betrachtung der vier transformationskritischen Elemente wie Mitarbeiter, Initiative, Zusammenarbeit und Technik – kurz: Pact (People, Actions, Collaboration and Technology) – zurzeit stehen: Die Mehrheit der Befragten ist überzeugt, dass an der Digitalisierung kein Weg vorbeiführt. Entsprechend haben 46 % auch bereits digitale Projekte initiiert, 86 % planen solche Projekte in den nächsten zwölf Monaten oder darüber hinaus. Bezüglich der Pact-Faktoren würden sich jedoch einige Herausforderungen zeigen.

Die Mitarbeiter

90 % der Unternehmen bestätigen, dass sie bestrebt sind, die Mitarbeiterzahl mit digitaler Expertise zu erhöhen. 70 % sehen dabei klare Defizite bei den digitalen Kompetenzen ihrer Mitarbeiter. Dieser Mangel sei für 80 % der Unternehmen die größte Hürde in punkto Cybersicherheit. Dabei würden solche Fähigkeiten immer wichtiger: Für 93 % sind sie in den nächsten drei Jahren erfolgsentscheidend. Weiterhin sind 83 % der Befragten sicher, dass die Künstliche Intelligenz die Anforderungen bis 2020 grundlegend verändern wird.

Viele der Unternehmen verfolgen bereits eine Digitalisierungsstrategie

Im Hinblick auf die Herangehensweise und zentralen Prozesse, mit denen die digitale Transformation vorangetrieben wird, wähnt sich die Mehrheit (90 %) der Befragten bereits im Besitz einer entsprechenden Strategie. 83 % gehen davon aus, dass das auch beim Rest der Branche der Fall ist. Dennoch konstatieren knapp drei Viertel (74 %), dass einzelne Projekte nicht immer im Einklang mit der Business-Strategie stehen. Für 72 % sind „Schattenprojekte“ die einzige Möglichkeit, wirklich sinnvolle und wertschöpfende Innovationen im Unternehmen zu entwickeln. Auf der anderen Seite halten die hohen Kosten eines Scheiterns immerhin zwei Drittel (66 %) der Befragten von aufwendigen Transformationsprojekten ab.

Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen

Die Studie zeigt auch, dass Führungskräfte der Zusammenarbeit mit anderen Unternehmen (Kollaborationen) sehr aufgeschlossen gegenüberstehen. Bei 63 % gibt es geplante oder bereits realisierte Co-Creation-Projekte. Die bevorzugten Partner sind hauptsächlich Technikexperten (64 %) und Bestandskunden (42 %). 79 % würden sogar sensible Daten im Rahmen solcher Co-Creation-Projekte für die Partner freigeben. Was für die Unternehmen noch wichtig sind, sind schnelle Erfolge: Bleiben sie aus, würde das für fast drei Viertel (73 %) der Befragten das Ende der Partnerschaft bedeuten.

Unternehmen haben Chancen der Digitalisierung erkannt und investieren

Die Hälfte der befragten Führungskräfte will innerhalb der nächsten zwölf Monate neue Systeme implementieren: Dazu zählen Cybersecurity- (52 %) und IoT-Lösungen (51 %), dicht gefolgt von Cloud Computing (47 %) und Künstlicher Intelligenz (46 %). Die Entscheider sind sich des disruptiven Charakters der technischen Entwicklung durchaus bewusst. Für 86 % entscheidet diese Frage in den kommenden fünf Jahren über Sein oder Nichtsein. Dabei bleibt einiges zu tun, denn 71 % sind derzeit noch sehr skeptisch, ob ihr Unternehmen in der Lage ist, die Künstliche Intelligenz wertschöpfend zu nutzen.

„Unsere Studie zeigt, dass Unternehmen die Chancen der Digitalisierung erkannt haben und bereit sind, in entsprechende Projekte zu investieren“, erklärt Dr. Rolf Werner, Head of Central Europe bei Fujitsu. „Damit diese Investitionen auch langfristig Früchte tragen, benötigen Unternehmen jedoch nicht nur die passende Technologie, sondern auch eine Strategie, wie sie diese in ihre Geschäftsprozesse integrieren. Dazu zählt auch, die Mitarbeiter umfassend für den Umgang mit digitalen Innovationen auszubilden und eine Innovationskultur innerhalb der Organisation zu fördern. Setzt ein Unternehmen auf nur einen dieser Faktoren, sind viele Digitalisierungsprojekte zum Scheitern verurteilt. Deshalb ist es besonders wichtig, das richtige Verhältnis zwischen den Pact-Elementen zu finden. Diesen Wandel kann kaum ein Unternehmen allein bewältigen. Ein starker Partner hilft dabei, die passende Technologie zu finden und diese gemeinsam mit dem Unternehmen an dessen spezifische Bedürfnisse anzupassen.“

IT-Sicherheitslücken bilden Gefahr für die Produktionstechnik

Bei großen Softwareprojekten ist es heute selbstverständlich, von Anfang an über Sicherheitsaspekte nachzudenken. Aber wie ist das, wenn man eine neue Maschine oder ein neues Stahlwerk plant? Immer stärker wird die Produktionstechnik von moderner IT bestimmt, Cyber-Physical Systems revolutionieren unsere Industrie. Das öffnet aber auch völlig neue Sicherheitsschwachstellen. Schon bei der Entwicklung von Industrieanlagen muss man Sicherheitsaspekte berücksichtigen, sagt Edgar Weippl, IT-Security-Experte von der Information & Software Engineering Group an der TU Wien. Seine Strategien für IT-Sicherheit in der Produktionstechnik stellt er nun bei der Fachmesse SPS IPC Drives vor.

„In der Produktionstechnik herrscht noch immer ein viel zu sorgloser Umgang mit Fragen der IT-Sicherheit“, warnt Weippl. „Viele Auftraggeber und Zulieferer sind einfach fest davon überzeugt, dass die IT-Angestellten, die ihre Software entwickeln, völlig ehrlich sind – aber darauf kann man sich leider niemals verlassen.“ Was passiert, wenn jemand schon bei der Entwicklung der Software für eine große Produktionsanlage ganz gezielt eine Schwachstelle einbaut? Was ist, wenn jemand einen Fehler entdeckt, ihn aber nicht meldet, sondern ihn später selbst ausnützt?

„Das sind keine Verschwörungstheorien, sondern Fragen, die man sich immer stellen muss, wenn viele Menschen bei einem großen Projekt zusammenarbeiten“, erläutert Edgar Weippl. In der IT-Branche sei das schon seit vielen Jahren üblich – in diesem Bereich habe er mit seinem Team auch schon viele Firmen erfolgreich beraten. Nun soll dieses Know-how auch auf den Produktionstechnikbereich übertragen werden.

Cyber-Physical Systems werfen zusätzliche Sicherheitsfragen auf

In der Industrie ist die Trennung zwischen IT-Komponenten und mechanischen Komponenten immer weniger klar möglich – man spricht von integrierten Systemen oder „Cyber-Physical Systems“. Das bedeutet, dass man auch in Sicherheitsfragen diese beiden Bereiche nicht mehr voneinander trennen kann. Es genügt nicht, die Software alleine zu analysieren, man muss die gesamte Anlage betrachten. Wie sehen die Regelkreise aus? Welche Sensoren können in welchen Situationen welche Daten liefern? Welche Auswirkungen würde das haben?

„Es wäre beispielsweise denkbar, dass ein Hacker von außen in das System eindringt und irgendwelche physischen Parameter ändert, die dann zu weiteren Problemen führen“, meint Weippl. So könne man etwa durch Hochfahren bestimmter Komponenten gezielt den Stromverbrauch auf eine Weise in die Höhe treiben, die zum Versagen des Systems führe. Man müsse die Regelkreise also passend modellieren und sorgfältig untersuchen, um dann entsprechende Vorkehrungen zu treffen.

Umso wichtiger ist das bei Industrieanlagen, die auf eine lange Betriebszeit ausgelegt werden. Ein neues Mobiltelefon hat vielleicht eine Betriebsdauer von einigen Jahren, aber eine neugebaute Produktionsanlage soll 50 Jahre laufen – ohne dass sich Sicherheitslücken auftun. Daher müssen industrielle Prozesse klug geplant und abgesichert werden, man muss genau klären, wie sich spätere Änderungen durchführen lassen. Über den gesamten Lebenszyklus der Maschinen und Anlagen hinweg muss die Sicherheit der Informationsprozesse und Daten vor Manipulation und Diebstahl gewährleistet sein.

„Wir haben viel Erfahrung in diesem Bereich und wollen unsere Expertise aus der Forschung interessierten Firmen zur Verfügung stellen“, sagt Edgar Weippl. Auf der Industriemesse SPS IPC Drives wird er seine Konzepte erstmals einem breiten Unternehmenspublikum vorstellen. In Halle 6 – Stand 230, auf dem Stand von logi.cals – einem langjährigen Firmenpartner der TU Wien – wird diese Messeneuheit von Dozent Edgar Weippl unter dem Motto „Sicherheit und Qualität für Industrie 4.0“ präsentiert. Unter diesem Titel wird auch Prof. Stefan Biffl vom Institut für Softwaretechnik und Interaktive Systeme der TU Wien gemeinsam mit seinem Industriepartner Software Quality Lab GmbH neuartige Werkzeuge für die Automatisierung von Softwarequalitätssicherung und für die transparente Nachvollziehung der Erfüllung von einschlägigen IT-Richtlinien vorstellen.

Aber auch beim Vertrieb der Produkte gilt es neue Wege einzuschlagen. Zumindest empfehlen das Experten der Unternehmensberatung Staufen Digital Neonex GmbH, die dazu eine Untersuchung in Auftrag gegeben haben, wie wichtig Internetplattformen zukünftig für den Vertrieb oder die Unterstützung der eigenen Wertschöpfungskette sind.

Experte warnt davor, Vertrieb über digitale Plattformen nicht voranzutreiben

„Unternehmen, die sich digitalen Plattformen verweigern, riskieren damit, erfolgskritische Entwicklungen komplett zu verpassen“, sagt Thomas Rohrbach, Geschäftsführer von Staufen Digital Neonex. „Dass solche Plattformlösungen erheblich an Bedeutung gewinnen werden und Unternehmen mitziehen müssen, um zu überleben, ist nur eine Frage der Zeit.“ Dieser Trend wird von zahlreichen Unternehmen unterschätzt, wie die Studie belegt. Einerseits bestätigen 44 % die hohe Relevanz des Plattformthemas und weitere 38 % erkennen zumindest das Potenzial. Wenn es um die Einschätzung von Entwicklungsgeschwindigkeiten geht, sind die Firmen andererseits noch deutlich im analogen Zeitalter verhaftet: Vier Fünftel bezweifeln, dass industrielle Internetplattformen bereits in den kommenden zwei Jahren spürbare Veränderungen in der eigenen Branche anstoßen könnten. Selbst bezogen auf einen Horizont von fünf Jahren überwiegt bei fast der Hälfte noch Gelassenheit.

„Angesichts der Tatsache, dass solche Angebote derzeit wie Pilze aus dem Boden schießen, muss man ganz klar von einer trügerischen Sicherheit sprechen“, warnt Digitalisierungsexperte Rohrbach. „Erst in zehn Jahren erwartet eine klare Mehrheit die Dominanz von industriellen Internetplattformen – im Zeitalter der digitalen Transformation eine Ewigkeit“, so seine Warnung. Während auf der Einkaufsseite zahlreiche Firmen bereits digitale Plattformen nutzten, agiere gerade der Vertrieb oft noch zögerlich. Hier spielt vor allem die – nicht immer unbegründete – Befürchtung eine Rolle, Plattformanbieter könnten sich zwischen das eigene Unternehmen und die Kunden drängen. Aber auch eine gewisse Sorglosigkeit angesichts derzeit gut gefüllter Auftragsbücher ist zu beobachten. Doch bereits jetzt zeichnet sich ab, wie sich der Kauf von Investitionsgütern selbst auf bestehenden Plattformen etabliert, die man früher eher dem Consumerbereich zuordnete.

Unternehmen der Investitionsgüterindustrie sollten nicht den Fehler der B2C-Branchen wiederholen, sich dem Digitalisierungstrend in Verkauf und Service zu verweigern. Vielmehr gilt es, die Entwicklung von digitalen Industrieplattformen vor allem als Chance zu betrachten.

„Blinder Aktionismus ist dabei fehl am Platz. Zunächst muss das eigene Leistungsportfolio grundlegend analysiert werden. Erst auf dieser Basis lassen sich Plattformstrategien und gegebenenfalls neue Geschäftsmodelle entwickeln“, rät Rohrbach. Ein entscheidender Aspekt ist zudem, in welchem Umfang bestehende Angebote genutzt oder eigene Plattformen entwickelt werden sollten. Unter den Studienteilnehmern mit Industrie-4.0-Erfahrung geht der Trend zu Lösungen aus dem eigenen Haus. „Dieses Bild könnte sich allerdings sehr bald verschieben“, so Rohrbach. „Gerade für den Vertriebsbereich empfiehlt sich eine Diversifizierung. Unternehmen sollten sich hier nicht unnötig beschränken, sondern die Vielzahl der Angebote auch im Sinne der Neukundengewinnung prüfen.“

Natürlich darf man die Technik nicht vergessen. Denn wenn man alles digitalisieren will im Sinne von Industrie 4.0, dann geht das bis in die Feldebene. Nur so erhält man eine durchgehend vernetzte Produktion. Und dort ist Echtzeitfähigkeit gefordert. Das heißt, die Daten müssen immer mit der für die jeweilige Anwendung erforderlichen Geschwindigkeit zur Verfügung stehen. Dort sind es gerade drei Buchstaben, über die seit einem Jahr gesprochen wird: TSN (Time Sensitive Networking). Dies soll das offene Protokoll OPC UA echtzeitfähig machen und klassische, proprietäre Feldbusse (Profinet, Ethernet/IP, Powerlink, Ethercat, Profibus, Modbus oder CAN) verbinden.

TSN-Entwicklungen per Testbed prüfen

Um die für die jeweilige Anforderung geltenden Bedingungen zu überprüfen, gibt es sogenannte Testbeds. Das TSN Testbed des Industrial Internet Consortium (IIC) wurde kürzlich auf dem IoT Solutions World Congress, der vom 3. bis 5. Oktober 2017 in Barcelona stattfand, mit dem Testbed Award ausgezeichnet. Der Preis wird seit 2016 jährlich in vier Kategorien (Industry Award, Innovative Award, Business Transformation Award, Testbed Award) ausgelobt. Die Jury bewertete das in diesem Jahr neu aufgebaute TSN Testbed als bestes von elf nominierten Testbeds.

Bosch Rexroth engagiert sich im TSN Testbed des Industrial Internet Consortium. Im Jahr 2016 hat dieses Konsortium ein erstes TSN Testbed bei National Instruments in den USA aufgebaut. Dieses Jahr wurde entschieden, in Deutschland eine zweite Version des Testbeds aufzubauen, um für die schnell wachsende europäische Community eine räumlich nahe Testmöglichkeit zu schaffen. Bosch Rexroth stellt dafür die Räumlichkeiten und die Infrastruktur zur Verfügung.

Inzwischen finden am Rex­roth Standort Erbach regelmäßig sogenannte Plug-Feste statt. Dabei treffen sich die Entwickler der Hersteller von Steuerungen, Feldgeräten und Netzinfrastrukturkomponenten, um das Zusammenspiel ihrer aktuellen TSN-Entwicklungen zu überprüfen. So lässt sich der Austausch von Echtzeitdaten zwischen Steuerungen verschiedener Hersteller auf Basis von OPC UA TSN als Prototyp sehr schnell realisieren und verifizieren. Aktuell erarbeitet Bosch Rexroth gemeinsam mit den anderen Unternehmen im IIC TSN Testbed die Grundlagen für eine einfache, anwenderfreundliche Konfiguration. Eine assoziierte Mitgliedschaft soll es zukünftig ermöglichen, dass Unternehmen unabhängig von einer IIC-Mitgliedschaft ihre Produkte im TSN Testbed testen können.

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