Die Wirtschaft steht an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution, der Industrie 4.0. Der dafür notwendige hohe Grad an Industrieautomatisierung mit der Kopplung der Produktion an digitale Dienstleistungen ist mit enormen neuen Anforderungen an die Flexibilität der Anlagen und die Kommunikationstechnologien verbunden, die im industriellen Umfeld eingesetzt werden.
Die Wirtschaft steht an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution, der Industrie 4.0. Der dafür notwendige hohe Grad an Industrieautomatisierung mit der Kopplung der Produktion an digitale Dienstleistungen ist mit enormen neuen Anforderungen an die Flexibilität der Anlagen und die Kommunikationstechnologien verbunden, die im industriellen Umfeld eingesetzt werden. Das zentrale Nervensystem der vierten industriellen Revolution stellen dabei die lokalen Netzwerktechnologien für Industrieanlagen – das „Industrielle Internet“ – dar.
Das Zusammenwachsen der unterschiedlichen Zugangstechnologien mit dem Kern-Netz wird allgemein unter dem Akronym „5G“ diskutiert. Künftige 5G-Technologien bilden den Rahmen für das industrielle Internet mit neuen Anwendungsmöglichkeiten. Auch im industriellen Internet müssen weitaus größere Datenmengen mit minimaler Verzögerung übertragen werden, um den Anforderungen zur Einbindung einer Vielzahl an Sensoren und Aktoren nachzukommen und gleichzeitig Regelungen und Steuerungen zuverlässig zu ermöglichen. Das industrielle Internet kombiniert standortübergreifend lokale Netze mit Weitverkehrsnetzen. Der Fokus dieser Bekanntmachung liegt auf den lokalen Firmennetzen, da nur hier die Priorisierung von Verkehrsflüssen eingesetzt werden kann. In Weitverkehrsnetzen muss hingegen die Netzneutralität gewahrt bleiben.
Aufgrund der langen Lebensdauer von Industrieanlagen und den hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit lassen sich die dazugehörigen Kommunikationstechnologien nur sehr schwer aktualisieren und aufrüsten. Heutige Anlagen nutzen eine Vielzahl an Kommunikationstechnologien und –protokollen auf spezialisierter Hardware, die größtenteils nicht miteinander kompatibel sind. Das führt zu Insellösungen oder sogar zu Störungen zwischen den unterschiedlichen Kommunikationstechnologien. Dies wird durch die zunehmend verteilten und komplexen Industrieanlagen, durch den starken Anstieg der Industrieautomatisierung und durch die Anbindung einer Vielzahl von Sensoren, Aktoren, Maschinen, Steuer- und Regeleinheiten noch erheblich verstärkt. Derzeit fehlt es an Möglichkeiten, diese Vielzahl an Knoten und Protokollen zu integrieren, zu konfigurieren und zu managen.
Intelligente Netzmanagementlösungen und innovative Technologien für industrielle Kommunikationssysteme, beispielsweise Virtualisierung, bieten Möglichkeiten, um die Vielzahl vorhandener und neuer Systeme, Protokolle und Knoten zu integrieren und die Aktualisierung und Aufrüstung zu ermöglichen.
Um insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen bei der Einführung von Industrie 4.0 zu unterstützen, sind einfache, anwenderfreundliche, selbstorganisierende und gleichzeitig hochflexible Kommunikationsnetze notwendig.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) beabsichtigt daher, die Erforschung und Entwicklung innovativer Technologien und Managementlösungen für das industrielle Internet zu fördern. Ziel der Bekanntmachung ist es, einen Beitrag zu leisten, um die hohen Anforderungen der Industrieautomatisierung nach Flexibilität der Anlagen und Kommunikationstechnologien zu erfüllen und somit einen wichtigen Beitrag für Industrie 4.0 zu leisten. Deutschland als maßgebliche Industrienation muss auch in Zukunft im internationalen Wettbewerb bestehen. Mit neuen Kommunikationslösungen zum industriellen Internet kann die Marktposition weiter gestärkt werden. Die hohe Technologiekompetenz zur Gestaltung und Entwicklung des industriellen Internets muss in Deutschland gefestigt werden, auch um bei Lösungen souverän agieren zu können. Hier ergeben sich gerade für deutsche klein- und mittelständische Unternehmen neue Geschäftsmodelle und -felder.
Die Fördermaßnahme adressiert damit zentrale Ziele der neuen Hightech-Strategie und der Digitalen Agenda 2014-2017 der Bundesregierung und trägt dazu bei, durch intelligente Vernetzung von Industrieanlagen das Innovationspotential im zentralen Aktionsfeld "Industrie 4.0" auszubauen.
Gegenstand der Förderung bilden innovative Kommunikationstechnologien und intelligente Netzmanagementlösungen für die vernetzte Fabrik. Zu entwickeln und zu erforschen sind Lösungen, die auf die Anwenderfreundlichkeit, Handhabbarkeit und Flexibilität großer Kommunikationsnetze in der Industrie zielen. Nicht im Fokus der Bekanntmachung stehen Technologien für die Luftschnittstelle der fünften Mobilfunk-Generation.
Die Virtualisierung von Kommunikationsnetzen zielt auf den weitgehenden Verzicht von dedizierter Kommunikationsnetzhardware ab. Die Auslagerung in Software auf Standardserver in der so genannten Edge-Cloud ermöglicht die Anbindung der enormen Anzahl an Sensoren, Aktoren, Maschinen, Steuer- und Regeleinheiten. Durch die Auslagerung der Netzfunktionen in Software können diese flexibel aktualisiert und aufgerüstet werden, auch um Kosten zu sparen. Middleware- bzw. Schichten-übergreifende Ansätze bieten Möglichkeiten, um industrielle Kommunikationsnetze Schritt für Schritt zu migrieren bzw. neue Netzelemente hinzuzufügen.
Intelligente Netzmanagementlösungen ermöglichen die flexible Integration heterogener Kommunikationstechnologien und –protokolle, z.B. drahtlose und extrem latenzarme Zugangstechnologien (siehe Bekanntmachung "Zuverlässige drahtlose Kommunikation in der Industrie") und bieten zusätzlich die Möglichkeit, die Ressourcen entsprechend der Anforderungen zuzuweisen, Störungen zu minimieren und die Zuverlässigkeit durch Ausweichtechnologien zu erhöhen. Neue Netzelemente können sich durch eine intelligente Netzmanagementlösung selbständig in das Netz integrieren und verhindern dadurch die Neuplanung der Kommunikationsinfrastruktur.
Die Vorhaben sollten einen der beiden folgenden Themenblöcke adressieren:
Innovative Technologien für industrielle Kommunikationsnetze
Beispiele für zu adressierende Themen sind insbesondere:
Intelligentes Netzmanagement und selbstorganisierende Netze
Beispiele für zu adressierende Themen sind insbesondere:
Für alle zu erforschenden Netztechnologien ist die Sicherheit (Safety and Security) zu berücksichtigen und zu integrieren, da sich durch die zunehmende Vernetzung neue IKT-Angriffsmöglichkeiten ergeben.
Die skizzierten Lösungen sollten eine an Industrie 4.0 Szenarien angepasste Energie- und Kosteneffizienz aufweisen und in einen Anwendungsfall eingebettet sein. Dieser muss als Gesamtsystem inklusive aller kritischen Übertragungsstrecken, Schnittstellen und Verarbeitungseinheiten betrachtet werden. Dabei sind alle für das Gesamtsystem genannten Anforderungen zu erfüllen. Eine Übertragbarkeit der eingesetzten Technologie auf andere Anwendungsfälle ist sicherzustellen.
Die skizzierten Lösungen müssen deutlich über den aktuellen Stand der Technik hinausgehen.
Neben den Forschungsprojekten zu den genannten Schwerpunkten beabsichtigt das Bundesministerium für Bildung und Forschung, ein wissenschaftliches Begleitprojekt zu fördern.
Die Begleitforschung soll übergeordnete Fragestellungen zur industriellen Kommunikation bearbeiten. Dafür sollen die Einzelprojekte zusammengeführt, übergreifende Fragestellungen diskutiert und im Gesamtzusammenhang behandelt werden. Die Begleitforschung bringt einen Prozessvorschlag ein, wie und welche thematischen Aspekte im gegebenen Themenfeld der Bekanntmachung zu betrachten sind. Dazu gehören beispielsweise vorbereitende Maßnahmen zur Normierung und Standardisierung, die Abstimmung und Offenlegung der Schnittstellen und die Sicherstellung der Interoperabilität der einzelnen Lösungen. Das wissenschaftliche Begleitprojekt muss geeignete Aktivitäten wie z. B. gemeinsame Workshops für die Bearbeitung dieser Themen und zur Verbreitung der Forschungsergebnisse vorsehen. Eine übergreifende Zusammenarbeit der Begleitforschung mit anderen Themenschwerpunkten wie der zuverlässigen drahtlosen Kommunikation in der Industrie wird erwartet.
Die Zusammenarbeit von Koordinatoren der einzelnen Projekte und der Begleitforschung ist verpflichtend für diese übergeordneten Fragestellungen. Die Koordinatoren werden in die Arbeit des Begleitprojektes in Form eines Beirats eingebunden. In den Arbeitsplänen aller Projekte sind entsprechende Ressourcen vorzusehen.
Neben den Forschungsprojekten zu den genannten Schwerpunkten beabsichtigt das Bundesministerium für Bildung und Forschung, ein wissenschaftliches Begleitprojekt zu fördern.
Die Begleitforschung soll übergeordnete Fragestellungen zur industriellen Kommunikation bearbeiten. Dafür sollen die Einzelprojekte zusammengeführt, übergreifende Fragestellungen diskutiert und im Gesamtzusammenhang behandelt werden. Die Begleitforschung bringt einen Prozessvorschlag ein, wie und welche thematischen Aspekte im gegebenen Themenfeld der Bekanntmachung zu betrachten sind. Dazu gehören beispielsweise vorbereitende Maßnahmen zur Normierung und Standardisierung, die Abstimmung und Offenlegung der Schnittstellen und die Sicherstellung der Interoperabilität der einzelnen Lösungen. Das wissenschaftliche Begleitprojekt muss geeignete Aktivitäten wie z. B. gemeinsame Workshops für die Bearbeitung dieser Themen und zur Verbreitung der Forschungsergebnisse vorsehen. Eine übergreifende Zusammenarbeit der Begleitforschung mit anderen Themenschwerpunkten wie der zuverlässigen drahtlosen Kommunikation in der Industrie wird erwartet.
Die Zusammenarbeit von Koordinatoren der einzelnen Projekte und der Begleitforschung ist verpflichtend für diese übergeordneten Fragestellungen. Die Koordinatoren werden in die Arbeit des Begleitprojektes in Form eines Beirates eingebunden. In den Arbeitsplänen aller Projekte sind entsprechende Ressourcen vorzusehen.
