Bilder aus der Zukunft

Nach dem Innovationsschub, der von der PC-Technik ausgelöst wurde, sind es nun vor allem Internet-Technologien, die derzeit in die Automatisierung vordringen. Über Web-Server, Browser, TCP/IP und XML werden Standards gesetzt, die auch unabhängig von einem Internetanschluss Vorteile bringen. Unterstützt wird dies durch aktuelle Entwicklungen im Bereich der drahtlosen Kommunikation und der gemeinsamen Übertragung von Information und Energie über einen Bus. Ziel ist es, die Einsparpotenziale der Feldbustechnik, die vor allem in der Verkabelung liegen, auf die Energieseite zu übertragen. Der Schaltschrank kann so weitgehend entfallen.

„Siemens selbst hat Wireless LAN bereits im Februar 2002 in seinem Amberger Werk installiert“, gibt Wucherer ein Beispiel. „Wir produzieren dort unter anderem Simatic-Steuerungen für den unteren und mittleren Leistungsbereich.“ Via drahtloser Kommunikationstechnik werden in Amberg die Prozessdaten online an der Maschine erfasst, die Wareneingangsprüfung findet direkt an der Palette statt, und die Instandhaltungsdaten sind online an der Maschine verfügbar. Sprich: Der Mitarbeiter kann jetzt seine Daten genau dort bearbeiten wo er sie braucht, und hat mit der Wireless-LAN-Infrastruktur die absolute Bewegungsfreiheit.

Besondere Aufmerksamkeit findet derzeit auch die Erweiterung der Standard-Ethernet-Kommunikation um Echtzeitfähigkeit. Siemens setzt hier mit der Profibus Nutzerorganisation (PNO) auf die Basistechnologie Profinet, die die Vorteile von Feldbus und Internet-Technologie zusammenbringt.

E-Business ist mehr als das E-Commerce vergangener Tage. E-Business ist Supply-Chain-Management und Customer-Relationship-Management, ist E-Procurement und E-Manufacturing. Besonders wichtig ist E-Business auch für die Verbesserung interner Unternehmensprozesse. Ohne stabile, standardisierte und auf elektronische Basis überführte Prozesse gibt es kein Knowledge Sharing und keine F&E-Aktivitäten über Unternehmensgrenzen hinweg, keine Vernetzung von Produktionsstätten über den gesamten Globus. Nur mit E-Business können die individuellen Kundenbedürfnisse wirtschaftlich bedient werden. Hochwertige Produkte zu erschwinglichen Preisen in überschaubarer Zeit, und dazu noch abgestimmt auf individuelle Wünsche, das sind die Herausforderungen der Gegenwart. Dazu gehört auch ein ganz anderes Thema, das immer mehr an Bedeutung gewinnt und sich mit E-Business leichter bewältigen lässt: Verbrauchersicherheit und Produkthaftung.

Eine andere, in die Zukunft gerichtete Form der Mensch-Maschine-Interaktion ist Augmented Reality – die erweiterte Realität. Hier wird eine Datenbrille verwendet, in die man beliebige Grafiken oder Texte einblenden kann. Das reale Blickfeld des Betrachters wird so um kamera- und computergesteuerte Einblendungen erweitert. Die Anwendung dieser Technik ist sehr vielfältig. Sie reicht von der Entwicklungsunterstützung über die Produktion bis hin zur Wartung.

„Um langfristig erfolgreich zu sein, reicht es nicht aus, die aktuellen Trends zu kennen und zu gestalten. Man muss noch weiter nach vorne schauen und überlegen, was dort die Anforderungen sein könnten. Dafür gibt es bei Siemens die Pictures of the Future“, erläutert Wucherer. Die Innovationsplanung für die Pictures of the Future geht von zwei gegenläufigen Sichtweisen aus: Extrapolation aus der Welt von heute und Retropolation aus der Welt von morgen. Die Extrapolation versucht präzise abzuschätzen, zu welchem Zeitpunkt etwas verfügbar ist und gebraucht wird. Dabei lassen sich Diskontinuitäten und Entwicklungssprünge allerdings nicht vorhersagen. Die Retropolation versetzt sich in die Zukunft und entwickelt Szenarien, die in 10 oder 20 Jahren gelten könnten. Aus der Kombination von beiden sind die Pictures of the Future für die Siemens-Arbeitsgebiete Information & Communications, Transportation, Medical, Power und Automation & Control entstanden. Dabei wurden nicht nur technische Trends betrachtet, sondern auch gesellschaftliche und Markt-Entwicklungen und sich daraus ergebende Geschäftsmöglichkeiten.

Einer der Trends, der in Zukunft eine wichtige Rolle spielen wird, ist die Mikrosystemtechnik. Sie basiert auf dem Fertigungsprozess der Mikroelektronik. Über elektronische und opto-elektronische Bauelemente hinaus entstehen neuartige Produkte, zum Beispiel Mikrosensoren, Mikroaktoren und selbst Mikroreaktoren, die in der Prozesstechnik eingesetzt werden sollen. Reaktoren im Mikromaßstab könnten in modularen Einheiten realisiert und mehrfach parallel geschaltet werden – ein Vorteil etwa für Pharmazie und Feinchemie. Auch die zugehörige Automatisierung wird mittelfristig in Größe und Verteilung diesen Konzepten folgen. Sie muss integraler Bestandteil der Mikrosystemtechnik werden. Sobald das gelingt, eröffnen sich völlig neue Einsparpotenziale. Wenn ein Herstellungsprozess im Labormaßstab zertifiziert ist und dank Standardisierung nur noch mit derselben Technik vervielfältigt wird, dürften die Investitionskosten und die Time-to-Market drastisch sinken. Ebenso ergeben sich völlig neue Möglichkeiten der Erstellung auf individuelle Bedürfnisse zugeschnittener pharmazeutischer Wirkstoffe.

Eine zukunftsweisende Entwicklung, die auf Kunststoffe anstelle von Halbleitern setzt, ist die Polymerelektronik. Anders als Siliziumchips, die in aufwändigen Reinraumprozessen hergestellt werden, lassen sich Polymerchips künftig wie eine Zeitung drucken. Sie sind biegsam und können auch auf flexible Untergründe wie etwa Kleidung aufgebracht werden. Kunststoff-Chips werden die Halbleiterchips aber sicherlich nicht verdrängen, sondern neue Märkte im Low-Cost-Bereich erschließen.

Standards, die sich im Büroumfeld etablieren, fließen – wenn auch oft mit zeitlichem Verzug – in die industriellen Anwendungen ein. Dies gilt auch für die Mensch-Maschine-Kommunikation. Szenarien, die das künftige Büro ganz anders aussehen lassen werden als heute, sind zum Beispiel Sprache und Gestik oder virtuelle Screens. In industriellen Anwendungen werden viele solcher Techniken dann in abgewandelter Form einsetzbar sein. Ein Bespiel dafür, wie sich das heute Gewohnte in Zukunft sichtbar ändern kann, ist die Fish-Eye-Technik: Mobile Geräte haben häufig nur kleine Bildschirme. Dies erschwert den Zugriff auf Bedien- und Beobachtungsdaten bei Inbetriebnahme und Wartung. Eine interessante Lösung für dieses Problem bietet die Fish-Eye-Technik. Sie verbindet eine hohe Detailliertheit des gerade betrachteten Bildausschnittes nahtlos mit einem gestauchten Überblick über die restlichen Bildbereiche. Die Position des detaillierten Ausschnittes kann vom Betrachter dynamisch verändert werden. „Die Bedientechnik über Sprache und Gestik wird noch einiges mehr an Entwickler-Schweiß erfordern, aber noch viel bessere und einfachere Einsatzmöglichkeiten für Betrieb und Wartung hervorbringen“, meint Wucherer.

Der Traum aller Fabrikplaner und Automatisierer ist die digitale Fabrik. In der gleichen Art, wie das Produkt als CAD-Modell in all seinen Komponenten digital und virtuell dargestellt und simuliert wird, soll auch die digitale Fabrik im Computer entstehen und simuliert werden. Trendsetter ist hier die Automobilindustrie. Sie möchte in Zukunft ein neues Fahrzeugmodell erst freigeben, wenn das digitale Fahrzeug die digitale Fabrik erfolgreich durchlaufen hat und alle Optimierungsmöglichkeiten im Produkt-Design und in der Produktion ausgeschöpft sind.

Im Jahr 2010 sollen dann Entwicklungs- und Anlagenplaner gemeinsam vor einem Bildschirm sitzen und beobachten, wie das virtuelle Fahrzeug in der virtuellen Fabrik entsteht. Sollte jemand Änderungswünsche haben, werden diese online und per Sprachsteuerung eingegeben. Das System überarbeitet bei jeder Änderung automatisch das gesamte Fahrzeug- und Anlagenkonzept.

Die Hochlaufzeit der Anlage wird aufgrund der hervorragenden Planung mit automatischer Erstellung von Steuerungsprogrammen nur noch einen Bruchteil der heute nötigen Zeit betragen. Ansätze dazu gibt es schon, zum Beispiel mit dem Engineering-Tool eM-PLC – einer Gemeinschaftsentwicklung von Tecnomatix und Siemens –, das den Workflow zwischen Entwurf, Simulation und SPS-Programmierung von Anlagenteilen und Fertigungszellen optimiert.

Die Maschinen in der Anlage werden aufgrund ihrer modularen Architektur, ihrer Ausstattung mit leistungsfähiger Mikrosensorik und ihrer großen Kommunikationsfähigkeit einen deutlichen Fortschritt hinsichtlich ihrer Flexibilität gemacht haben. Sie sind plug-and-play-fähig. Damit lässt sich die Inbetriebnahme einer Fertigung ebenfalls beschleunigen, und die spätere Umstellung auf ein neues Produkt erfolgt wesentlich schneller als heute.

Das Thema Dienstleistung wird eine völlig neue Dimension erhalten. Betrieb und Wartung sind optimiert auf der Basis leistungsfähiger Tools. Predicitive und condition-based Maintenance sind die Regel. Wartungsaktivitäten können vor dem Bau der Anlage virtuell geplant werden. Sekundärprozesse, IT-Netzwerke oder auch das Energiemanagement werden von spezialisierten Dienstleistern betrieben und fügen sich trotzdem perfekt in den gesamten Ablauf ein.