Systeme integrieren

Wo die klassische Systemintegration nicht mehr ausreicht, gilt es diese zur »evolutionären Systemintegration« weiterzuentwickeln. So kommen Industrieunternehmen aufgrund der komplexen Produktionszusammenhänge von heute nicht daran vorbei, alle entlang der Prozesskette beteiligten Systeme integrativ zu vernetzen. Es genügt bei Weitem nicht, dass die Akteure Mensch, Maschine und Informationstechnik miteinander kommunizieren. Denn es werden längst nicht mehr nur zentral geplante Abläufe in der Wertschöpfungskette ausgeführt, sondern auch situationsbedingt dezentrale Entscheidungen getroffen – und zwar zwischen rein technischen Systemen aber auch zwischen Menschen und Maschinen. Dazu müssen Produktionstechniken und -technologien mit Informationstechnik und -infrastruktur auf ganz neue Arten miteinander verbunden werden.

Die Entwicklung der Systemintegration in der Industrie ist eng mit technologischen Fortschritten und sich wandelnden Produktionsparadigmen verknüpft. Die Systemintegration ging dabei von einer mechanischen, starr verketteten Organisation der Produktionsprozesse zu einer zunehmend vernetzten und automatisierten Struktur über.

In der zweiten industriellen Revolution, geprägt durch Taylor und Ford, wurde die Arbeitsteilung systematisch in Produktionslinien umgesetzt. Diese Phase der System­integration war primär mechanischer Natur: Maschinen und Arbeitsstationen wurden starr miteinander verknüpft, um eine hohe Effizienz in standardisierten Produktionsprozessen zu erreichen. Mit der dritten industriellen Revolution, als Informationstechnologie und Automatisierung in den 1970er Jahren weiter Einzug hielten, veränderte sich das Bild der Systemintegration. Die damalige Vision der Computer Integrated Manufacturing (CIM) bedeutete einen großen Fortschritt: Erstmals sollten verschiedene Systeme innerhalb eines Unternehmens miteinander kommunizieren, wodurch die Planung, Steuerung und Durchführung von Produktionsprozessen erheblich verbessert werden sollten. Dennoch blieb auch hier die Flexibilität begrenzt, da die Systemintegration auf festgelegten, oft starren Strukturen basierte.

In der heutigen Ära der Industrie 4.0 treiben Cyber-Physische Systeme (CPS), das Industrial Internet of Things (IIoT) und Künstliche Intelligenz (KI) die Integration voran, indem sie tiefgreifende Verbindungen von physischen und digitalen Systemen ermöglichen. Diese Technologien streben nach einer völlig flexiblen, selbstorganisierenden Produktion, bei der Maschinen, Produkte und IT-Systeme in Echtzeit miteinander kommunizieren und sich dynamisch an wechselnde Bedingungen anpassen können.

Noch ist die mechanische und digitale Integration aber häufig in ihrer Flexibilität begrenzt und beschränkt sich, wenn überhaupt, auf einzelne Ökosysteme. Viele Produktionssysteme sind nach wie vor starr strukturiert, was es erschwert, mit agilen Produktionsprozessen auf Veränderungen im Markt oder in der Nachfrage zu reagieren. Nur durch eine wirklich flexible, vernetzte und adaptive Systemintegration können Unternehmen wettbewerbsfähig bleiben. Das erfordert nicht nur technologische Innovationen, sondern auch ein Umdenken in der Gestaltung von Produktionssystemen. 

Der Mensch wird weiterhin eine zentrale Rolle bei der Systemintegration spielen, insbesondere in Zeiten des demografischen Wandels und des Fachkräftemangels. Während Maschinen und computerunterstützte Systeme zunehmend autonom agieren, ist der Mensch nach wie vor unerlässlich für die Gestaltung, Überwachung und kontinuierliche Anpassung dieser Systeme. Menschen sind in der Lage, komplexe Produktionsprozesse zu durchdringen und Systeme so zu integrieren, dass sie flexibel und anpassungsfähig bleiben. Diese menschliche Intelligenz ist entscheidend, um Daten sinnvoll zu interpretieren, strategische Entscheidungen zu treffen und unvorhergesehene Probleme zu lösen. Gerade in einer Zeit, in der Maschinen immer mehr Aufgaben übernehmen, ist es entscheidend, dass Menschen die Integration dieser Systeme verantwortungsvoll steuern, sodass technologische Fortschritte auch im Einklang mit sozialen Werten stehen. 

Unter diesem Gesichtspunkt stellt der demo-grafische Wandel eine wachsende Herausforderung dar: Mit einer alternden Belegschaft und einem Rückgang der verfügbaren Fachkräfte wird es schwieriger, qualifizierte Mitarbeitende zu finden, die in der Lage sind, hochkomplexe Prozesse zu verwalten und zu steuern. Diese Entwicklung verstärkt den Druck, Systeme so zu gestalten, dass sie auch mit geringer qualifiziertem Personal effizient betrieben werden können, unterstützt durch digitale Assistenzsysteme und Künstliche Intelligenz.

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden eine Schlüsselrolle in der evolutionären Systemintegration spielen. Diese Technologien ermöglichen es, aus den entlang der Wertschöpfungskette erfassten Datenmengen wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen, die zu einer kontinuierlichen Optimierung beitragen können. KI-gesteuerte Algorithmen werden in der Lage sein, die laufende Produktion nicht nur zu überwachen, sondern auch proaktiv Anpassungen vorzuschlagen, die zu effizienteren Abläufen bei gleichzeitig besserer Qualität führen. So entsteht eine adaptive Produktion, die dynamisch auf Veränderungen in der Nachfrage oder unerwartete Störungen reagiert.

Die evolutionäre Systemintegration wird von den Prinzipien der Nachhaltigkeit geprägt sein. Die digitale und mechanische Integration entlang der Wertschöpfungskette muss so gestaltet sein, dass eine ressourcenschonende, abfallminimierende Produktion möglich wird. Dabei werden Kreislaufwirtschaftskonzepte sicherstellen, dass Materialien und Energie in geschlossenen Kreisläufen geführt werden, wodurch Rohmaterialien effizienter einsetzbar sind. Die Umwelt wird weniger belastet, einerseits durch die sparsamere Nutzung von Ressourcen, andererseits durch die Vermeidung von Abfällen. 

Digitale Zwillinge, virtuelle Abbilder physischer Objekte und Prozesse, stellen die Basis dar, um den gesamten Lebenszyklus von Produkten anhand von realen Daten zu überwachen und zu optimieren. Für eine nahtlose Integration aller an der Wertschöpfung beteiligter Ökosysteme müssen Standards geschaffen werden, die von allen Stakeholdern verbindlich eingesetzt werden. Konkurrenzdenken und das bewusste Abstecken von Systemgrenzen müssen vom Streben nach dem gemeinsamen Erreichen höherer, nicht mehr rein ökonomischer Ziele abgelöst werden. Aktuelle Ansätze wie die Bemühungen eines internationalen Standards für Digitale Zwillinge durch die International Digital Twin Foundation (IDTA), die Verwaltungsschale sowie Gaia-X sind begrüßenswert, können aber nur erfolgreich sein, wenn sie durchgängig und allumfassend von der Produktionsindustrie unterstützt werden.