Unternehmen im Maschinen- und Anlagenbau suchen heute vermehrt nach  intelligenten Lösungen für zukünftige Produkte, vernetzte Wertschöpfungsketten und neue Formen der Kunden- und Mitarbeiterinteraktion. Getrieben wird diese Suche von der Notwendigkeit, ganze Arbeits- und Geschäftsmodelle radikal neu zu d enken, um sich in der digitalisierten Welt erfolgreich auszurichten. Hier spielen Schlüsseltechnologien, gerade der Informationstechnik, eine zentrale Rolle.

Im Zentrum der aktuellen technologischen Entwicklung steht das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). Hier geht es zunächst um das Zusammenspiel von Geräten (mit Sensoren und Aktoren, Edge) auf der einen und dem Internet (mit Rechenzentren und -leistung, Cloud) auf der anderen Seite. Zunehmend erfolgt dann eine Vernetzung und erweiterte Nutzung von Egde und Cloud unter der Einbindung von Algorithmen, maschinenbasiertem Lernen (ML) und künstlicher Intelligenz (KI).

Als wesentliche Bestandteile von IoT gelten neben den Geräten deren Anschluss über Gateways (wie IoT Hub) und Protokolle (wie WLAN, LPWAN, oder Cellular 4/5G) und IoT-Plattformen (wie Azure). Während auf den Plattformen standardisierte Dienste (wie Speicherung, Rechenleistung, Analytiken) als „Platform as a Service“ angeboten werden, ergänzen softwarebasierte Dienste (wie Anwendungen, Sicherheit oder „Big Data“) diese als „Software as a Service“-Lösung.

Digitale Lösungen im Zusammenspiel von  Industrie- und Technologieunternehmen

Im deutschen Maschinen- und Anlagenbau sind Digitalisierung und IoT heute bereits die Gegenwart. Fast drei von vier Unternehmen in Deutschland (71 Prozent) planen oder nutzen bereits Anwendungen rund um industriell genutztes IoT (Industrial IoT oder IIoT), in Deutschland auch „Industrie 4.0“ genannt (KI & Leadership, Microsoft, 2019).

Alte und neue Maschinen und Anlagen werden zunehmend von den Geräten bis in das Internet konnektiert. Wertschöpfungsketten sind horizontal in Unternehmen und vertikal über Unternehmensgrenzen hinweg integriert, so dass durchgängige digitale Daten von der Entwicklung über die Produktion bis in den Service zur Verfügung stehen. Hersteller sind direkt in die Wertschöpfung ihrer Kunden eingebunden: von den Wartungs- und Serviceansätzen bis hin zu Betreibermodellen. Mitarbeiter werden in Form von mobilen Arbeitsplätzen oder auch virtuellen Realitätsansätzen digital unterstützt.

In letzter Konsequenz werden Maschinen- und Anlagenbau heute selbst erfolgreich zum Anbieter digitaler Lösungen. Dabei ändern sich nicht nur die Arbeitsmodelle in vernetzen cyber-physikalischen Systemen. Es entstehen wertvolle Betriebs- und Verbrauchsdaten, die in datenbasierten Geschäftsmodellen gewinnbringend genutzt werden können. Um aus Daten, idealerweise in Echtzeit, Mehrwerte generieren zu können, sind wiederum neue Technologien gefragt. Relevante Studien zeigen dabei, dass sich durch die Nutzung von KI in der Industrie die Verarbeitungskosten der Produktion um über 20 Prozent reduzieren lassen.

Kooperation in digitalen Ökosystemen

Um das volle Potential moderner Technologien auszuschöpfen, setzen führende Firmen zunehmend auf neue Formen der Zusammenarbeit. Wurde früher verkürzt über die eigene oder fremde Wertschöpfung gesprochen, zielen neue Konzepte auf eine verteilte Wertschöpfung in digitalen Ökosystemen ab. In diesen zeitgemäßen Modellen bringen erfolgreiche Industrieunternehmen ihr Domänenwissen und ihre langjährige industrielle IT-Expertise ein.

Gleichzeitig fließen die Kompetenzen der Technologiepartner entlang der IoT-Wertschöpfung (von den Geräten über die Plattformen bis in intelligente softwarebasierte Dienste) ein. In der Realisierung bringen sich Projektpartner von der Strategie bis in die Lieferung ein. Im Idealfall können sich Maschinen- und Anlagenbauer damit auf ihre industrielle Kernkompetenz konzentrieren, Aufwendungen und Investitionen optimieren sowie neue Geschäftsmodelle erfolgreich umsetzen.

Um sich in der digitalisierten Globalisierung erfolgreich behaupten zu können, müssen diese neuen Formen der Zusammenarbeit realisiert werden. „Im KI-Zeitalter ist die Zeit der Alleingänge definitiv vorbei“, sagt zum Beispiel Sabine Bendiek (CVP Microsoft). Sie forderte zuletzt auf der Hannover Messe 2019 den „Schulterschluss von Industrie und Technologie – für eine Allianz des digitalen Fortschritts“.

In der Fertigungsindustrie scheint diese Botschaft angekommen zu sein. Entlang der Wertkette werden unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ Anwendungen partnerschaftlich pilotiert und erfolgversprechende Lösungen realisiert und angeboten. Heraus sticht dabei die technologische Verknüpfung von Geräten, Internet und Intelligenz hin zu einem „intelligenten  digitalen Ökosystem“.

In Forschung und Entwicklung sind komplexe Simulationen und 3D-Modellansätze wegweisend für neue Designansätze. 3D-Druck liefert Impulse, Prototypenbau und Entwicklung neu zu denken. Neue Ansätze im Bereich „Augmented, Mixed, oder Virtual Reality“ ermöglichen über Geräte, wie z. B. Microsofts HoloLens, innovative Formen der vernetzten globalen Zusammenarbeit.

Die Bereiche Einkauf, Logistik und Produktion werden durch Roboter, Konnektivität, Analytik und zukunftsweisende Technologien wie „Blockchain“ ganzheitlich neu aufgestellt. Zugrunde liegt das Bemühen, die industrielle Wertschöpfung von den Sensoren bis in die Analysen großer Datenmengen vollständig zu erfassen. Weiterführende Lösungen ermöglichen es, durch Vorhersagemodelle z. B. Sicherheit und Instandhaltung von Maschinen neu zu realisieren. Mitarbeiter werden durch sogenannte „Wearables“ in ihrer Arbeit unterstützt und abgesichert. Fertigungsnetzwerke werden digital abgebildet („Digital Twin“) und in den Werken, bis auf die Ebene von Fertigungszellen, Ansätze von Simulation und optimierter Produktion unterstützt. Blockchain-Technologien erlauben eine durchgängige Optimierung von Einkauf und Logistik, von der Planung und Verfolgung von Stücklisten bis in die Analyse und Überwachung von Einkaufsdaten und -beständen sowie deren Bezahlung.

Marketing, Vertrieb und Service werden durch diese Verknüpfung ganzheitlich anders angegangen. Daten bilden den Ausgangspunkt für genauere Kundenanalysen (von der Identifikation über die Ansprache bis in die Preisstrategien) im Marketing. Hier setzen vertriebliche Ansätze an, die von der neuen Kundenbeziehung bis in die digital ausgestattete Vertriebsmannschaft reichen.

Ein solches intelligentes digitales Ökosystem weist vier grundlegende erfolgsrelevante Elemente auf: flexible Wertkettennetzwerke, datenbasierte Interaktionen, virtualisierte Prozesse, digitale Kompetenzen. Das digitale Ökosystem führt dann zu signifikanten Wettbewerbsvorteilen für alle Beteiligten.

Zwei Einsätze industrieller Intelligenz

Wie sehen Lösungsansätze in der Praxis aus? Zu unterscheiden sind zwei Einsätze industrieller Intelligenz:

• Internet: Hier werden skalierbare, leistungsfähige und sichere Infrastrukturen, cloudbasierte Plattformen und softwarebasierte Dienstleistungen für IoT und KI angeboten.
• Edge: Diese Geräte und Anwendungen können, auch ohne dauerhafte Verbindung in das Netz, auf der Basis operativer Daten Entscheidungen kontextbezogen und in Echtzeit treffen. Um Algorithmen und KI-Modelle zu nutzen, werden diese im Internet über maschinenbasiertes Lernen mittels großer Datenmengen trainiert und dann dem jeweiligen Gerät vor Ort zur Verfügung gestellt.

In der Praxis ergänzen sich beide Einsätze. Datenspeicher, Rechenleistungen und Training sorgen für kontinuierliche Weiterentwicklung der Modelle im Netz. Diese nutzt das Edge für geräte- und einsatznahe Echtzeiterkenntnisse in Szenarien, in denen es auf Entscheidungen in Echtzeit ankommt.

Beide Modelle sind – nach den Szenarien, in denen Entscheidungen getroffen und Funktionen liegen sollen – unterschiedlich einzusetzen. Edge erweitert zentralisierte IoT-Plattformen und bringt die Datenanalyse wieder an den Rand des Netzwerks. Weitere zu berücksichtigende Kriterien sind: Transaktionszeiten, (stabile) Internetverbindungen, Compliance-Vorgaben und Kosten. Erste Studien zeigen, das 40 Prozent der initialen Datenanalysen bis 2022 am Edge durchgeführt werden (IDC, Industrial IoT in Deutschland, 2019).

Der Weg nach vorn

Neuen technologiezentrierten Formen der Fertigung („Advanced Manufacturing“, AM)
werden langfristig enorme Potentiale zugesprochen, die Wettbewerbsfähigkeit und Wertschöpfung von Unternehmen, Industrien und Volkswirtschaften zu steigern. Entsprechend wird AM gerade in Deutschland als eines der relevantesten technologischen Innovations- und Investitionsfelder gesehen.

Allerdings zeigen aktuelle Studien, das der Weg dorthin noch lang ist. So planen zwar bis 2025 etwa 84 Prozent aller deutschen Industrie unternehmen in Summe mehr als 100 Milliarden Euro pro Jahr in dieses Technologiefeld zu investieren. Allerdings tätigen aktuell weniger als 20 Prozent diese Ausgaben.

Die technologische Verknüpfung von Geräten, Internet und Intelligenz hin zu einem „intelligenten, digitalen Ökosystem“ stellt im deutschen Maschinen- und Anlagenbau einen zentralen Erfolgsfaktor dar. Unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ sollten diese Ansätze gerade in Deutschland über Wertketten (horizontal) und Unternehmen (vertikal) hinweg neu gedacht und ausgerichtet werden.

Der Autor:  Sebastian Daniel Seutter, Industry Lead Manufacturing (Director) bei Microsoft, betreut Führungskräfte deutscher Industrieunternehmen und begleitet Transformationsprogramme in der Zusammenarbeit mit Microsoft. Sein zentraler Fokus liegt auf strategischen Technologiefeldern (KI und (I)IoT), Partnerschaften und intelligenten digitalen Ökosystemen. Vor seinem Start bei Microsoft war Herr Seutter Vice President bei thyssenkrupp (tk) und verantwortete alle Digital-­ und IT-­Programme auf Gesamtunternehmensebene. Er startete seine Karriere als Managementberater bei strategy& und KPMG. Herr Seutter freut sich auf Ihre Fragen, Anregungen und Impulse zum Artikel und gerne eine weiterführende, gemeinsame Diskussion unter: https://www.linkedin.com/in/sebastian­seutter/