BericHt der PromotorengruPPe KommuniKAtion · abb. 2 – IKt als Innovationsmotor für alle...

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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:ulrike.findeklee@stifterverband.de

Auslieferung und Vertrieb Büro der Forschungsunion im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e. V. pariser platz 6, 10117 Berlin E-Mail: bueroderforschungsunion@stifterverband.de

Im Internet unter www.forschungsunion.de

Erscheinungstermin: März 2012

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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 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

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

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),

• 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

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

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.

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

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

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

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.

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.

1. industrielle revolutiondurcheinführungmechanischerProduktionsanlagenmitHilfevonWasser-unddampfkraft

2. industrielle revolution durcheinführungarbeitsteiligermassenproduktionmithilfevonelektrischerenergie

3. industrielle revolutiondurcheinsatzvonelektronikundItzurweiterenautomatisierungderProduktion

4. industrielle revolutionaufderBasisvonCyber-Physischensystemen

exitä

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

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

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«

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:

• 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«

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)

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.

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

dereinsatzvonCPsinProduktionssystemenführtzursmartfactory,derenProdukte,ressourcenundProzessedurchCPscharakterisiertsindunddiedurchderenspezifischeeigenschaf-tenVorteileinBezugaufProduktivität,ressourceneffizienzundWandlungsfähigkeitgegenüberklassischenProduktionssystemenbietet.dereinsatzvonCPsinderindustriellenProduktionbe-inhaltetfolgendePotenziale:

• KomplexitätsbeherrschungdurchdietechnologieunabhängigeKapselungvonfunktionalitäteninabstraktbeschreibbarendiensten,

• Wandlungsfähigkeitundflexibilitätdurchdynamischezu-sammenstellungabstraktbeschriebenerProzessabläufezurlaufzeit,

• BeschleunigungvonInnovationszyklendurchad-hoc-Vernet-zungvonintelligentenProduktionsressourcenundProdukten,

umsetZungdesZuKunftsProjeKtes:dIeagendaIndustrIe4.0

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.

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.

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

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Business Web

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.

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

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.

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.

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.

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:

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).

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.

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.

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.

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

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

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).

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.

derarbeitskreis»Industrie4.0«

aKIndustrie4.0–aufteilungnacharbeitsgruppen

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.

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

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

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«)

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/

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

lIteratur

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autoren

Promotoren deS BedArFSFeldeS KommuniKAtion

Prof. Henning Kagermann,acatech(sprecher)

Prof. Wolfgang Wahlster,dfKI

dr. johannes Helbig,deutschePostdHl

redAKtion/KontAKt

Ariane Hellinger,m.a. Wissenschaftlichereferentin acatech-deutscheakademiedertechnikwissenschaftenunterdenlinden14 d-10117Berlin tel.:+49302063096-62email:Hellinger@acatech.de

reinhard Karger,m.a.unternehmenssprecherdeutschesforschungszentrumfürKünstlicheIntelligenzdfKICampusd3-2d-66123saarbrückentel.:+4968185775-5253e-mail:reinhard.karger@dfki.de

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)

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dr. Harald Schöning (softwareag)

Prof. Bernd Scholz-reiter (BIBauniversitätBremen)

dr. manfred Wittenstein (Wittensteinag)

Prof. Birgit vogel-Heuser (tumünchen)

dr. volker Zimmermann (Im-C)

Forschungsunion

BericHt der PromotorengruPPe KommuniKAtion · abb. 2 – IKt als Innovationsmotor für alle...

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