Die Digitalisierung der Produktion hat einen umfassenden Wandel in der Automatisierung in Gang gesetzt, von dem viele Experten als vierte industrielle Revolution sprechen. Werden Anlagen in der Lebensmittelindustrie heute noch zentral gesteuert, sollen künftig cyberphysische Systeme das Kommando übernehmen und die Produktion selbst organisieren. Wie real das Zusammenwachsen von Produktions- und Unternehmens-IT bereits ist und welche Herausforderungen damit für die Automatisierung verbunden sind, können Besucher der Anuga FoodTec vom 24. bis 27. März 2015 in Köln erfahren.

Auf der internationalen Leitmesse für die Zulieferer für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie wird Industrie 4.0 an vielen Ständen das Schlagwort sein. Fast 200 Unternehmen von insgesamt über 1.400 Ausstellern der Anuga FoodTec 2015 stellen Lösungen aus dem Bereich Automatisierung auf der Messe vor. Darunter sind z.B. Größen wie Siemens, Rockwell, B&R, Endress + Hauser, Festo, Mitsubishi oder CSB, aber auch viele kleinere und mittlere Unternehmen mit Speziallösungen.

Nach Mechanisierung mit Dampfkraft, Massenfertigung auf Fließbändern und Digitalisierung steht die vierte industrielle Revolution vor der Tür: Industrie 4.0. Damit die Produktion flexibler und effizienter wird, sollen Maschinen und Produkte wie in einem sozialen Netzwerk miteinander kommunizieren. Die Fabrik der Zukunft wird intelligent und vernetzt sein. Maschinen und Werkstücke mutieren zu cyberphysischen Systemen, die dank Sensoren, Aktoren und kleinen eingebetteten Rechnern die Produktion selbst organisieren – und das über Unternehmensgrenzen hinweg. Ein Beispiel für den Wandel in der Denkweise ist die Robotik. Während Industrieroboter heute noch hinter Sicherheitsbarrieren ihre Arbeit verrichten, sollen Leichtbauroboter bald ohne Zaun und starre Steuerung dem Menschen zur Hand gehen.

Gebt den Maschinen das Kommando

Noch liegt die selbstständig arbeitende Lebensmittelfabrik in weiter Ferne. Doch der Einzug der Internettechnologien und die damit einhergehende Vernetzung der Maschinen sind nicht zu stoppen. Das Internet Protocol IPv6 hat die Voraussetzung für das "Internet der Dinge" geschaffen, bei dem theoretisch jeder Gegenstand eine eigene IP-Adresse bekommen könnte. Bei Industrie 4.0 geht es allerdings um weit mehr, als nur um die Ausstattung von Maschinen mit IP-Adressen. Es geht um das Zusammenwachsen von Produktions- und Unternehmens-IT, Synchronisierung von Industrieprozessen und um Entscheidungen, die Maschinen autonom in Echtzeit treffen. Der theoretische Unterbau ist die Annahme einer anpassungsfähigen Produktion, die, so die Vision, zwischen Werkstücken und Maschinen frei ausgehandelt wird. In Zukunft fragen autonome Shuttles direkt bei den Silos an, ob noch Rohstoffe vorrätig sind. Geht der Inhalt zur Neige, bestellen sie automatisch Nachschub beim Warenwirtschaftssystem.

Bausteine

Im Zentrum von Industrie 4.0 steht Equipment, das zur Selbstorganisation fähig ist. Dessen Kern bilden mechatronische Produktionseinheiten, die Cyber Physical Systems (CPS). Für Prof. Dr. Wolfgang Wahlster vom Deutschen Zentrum für Künstliche Intelligenz ist die Abkehr von den heute vorherrschenden zentral gesteuerten Systemen so radikal, dass er von einer vierten industriellen Revolution spricht. Andere, wie etwa Prof. Dr. Dieter Wegener von Siemens, sehen im Internet der Dinge keinen Big Bang, sondern eine Evolution, die Schritt für Schritt von der Vision zur Realität führt. Auf dem Weg dahin arbeiten die Automatisierer an praktischen Dingen, die im Alltag gebraucht werden, wie z.B. die Bildverarbeitungstechnik. Mit ihrer Hilfe lassen sich Muffins nach Bräunungsgrad sortieren oder Salamischeiben dreidimensional vermessen, was anschließend eine optimale Stapelhöhe der Scheiben in der Verpackung erlaubt.

Der bodenständige Teil von Industrie 4.0 ist bereits Realität: Die Kommunikation von Maschine zu Maschine (M2M). Bei M2M geht es darum, Prozesse zu überwachen, zu steuern und zu dokumentieren. Schon heute spicken Anlagenbauer die Maschinen für die Lebensmittelverarbeitung mit Sensoren, Messgeräten und Funkmodulen. Deren Daten helfen nicht nur, die Produktion zu überwachen und Energie zu sparen. Sie warnen auch rechtzeitig, bevor Pumpen oder Motoren ausfallen. Denn fällt eine Maschine ohne Vorankündigung aus, ist häufig die komplette Charge zu entsorgen – und das ist teuer.

Digitales Kochbuch

Der Traum von der Smart Factory geht einher mit einem Umbruch in den Produktionstechnologien. Er führt so weit, dass die Produzenten wieder über die Losgröße 1 nachdenken. Weltweit arbeiten Forscher daran, die als Rapid Prototyping bekannten dreidimensionalen Druckverfahren auf eine Ebene für die Lebensmittelproduktion zu bringen. So tüftelt der italienische Nahrungsmittelhersteller Barilla Medienberichten zufolge an Teigpatronen, mit denen Restaurants individuelle Pasta für ihre Gäste produzieren können – frisch gedruckt, statt frisch gekocht.

Das europäische Forschungsprojekt "PERFORMANCE" zeigt die Richtung, in welche die Reise geht. Ziel sind personalisierte Lebensmittel, angepasst an die Bedürfnisse von Konsumenten mit Schluckbeschwerden. Anfang Juni hat die Hochschule Weihenstephan-Triesdorf dafür das erste 3D-Druckverfahren für die Lebensmittelindustrie vorgestellt. Denkbar sind Lebensmittel, die neue Rohstoffquellen für Kohlenhydrate, Fette und Proteine nutzen. Das zumindest lässt ein Blick ins das digitale Kochbuch von Modern Meadow ahnen. Mittels Bioprinting will das Unternehmen aus den USA Fleischprodukte herstellen, ethisch vertretbar und klimafreundlich.

Zukunftsthemen werden auch im Fachprogramm der Anuga FoodTec thematisiert. So wird die DLG in 27 kurzen Fachforen aktuelle Fragestellungen aufgreifen. Dazu gehören auch Technologien, die an der Schwelle von Forschung/ Entwicklung und dem Einsatz in der industriellen Praxis stehen. So etwa der Einsatz elektronischer Nasen und Zungen, das Thema Industrie 4.0 oder Ausblicke in Richtung zukünftiger Einsatzmöglichkeiten der Plasmatechnologie und des Ultraschalls oder aber das Thema der 3D-Drucker.