Autor: Frank Möller

Ohne zuverlässige Messdaten kann eine Gesellschaft nicht in Sicherheit leben, sind faktenbasierte Entscheidungen nicht möglich. Die Qualität von Alltagsprodukten und industrieller Produktion, die Sicherheit beim Autofahren und Fliegen, gesunde Ernährung, Medizin und Umweltschutz – alles hängt davon ab, dass zuverlässig getestet, gemessen und geprüft wird. Mess- und Prüftechnik ist daher ein Kernbestandteil von „Made in Germany“. Maschinenbauer sind Anbieter und Anwender gleichermaßen. Die neue Zukunftsstudie „Progressive Mess- und Prüftechnik 2030“ des VDMA Competence Center Future Business zeigt Trends und Disruptionen, die sich auf die Fähigkeit auswirken, weiterhin anwendungsorientiert Spitzenqualität in der Mess- und Prüftechnik anzubieten.

Fortschrittsmotor für die Industrie

„Von Reisen über die Weltmeere bis zur Erforschung des Weltalls, von den Pyramiden bis zum Quantencomputer – schon seit jeher waren neue Messtechniken eng verknüpft mit Erkenntnisgewinn und Fortschritt für die Menschheit“, erklärt Hartmut Rauen, stellvertretender VDMA-Hauptgeschäftsführer. „Mess- und Prüftechnik ist ein wahrer Fortschrittsmotor für unsere gesamte Industrie.“ Die VDMA-Studie, bei der das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI als Partner mitwirkte, ist breit gefächert: Sie beschreibt nicht nur im Detail neue Messprinzipien und Sensortechnik, sondern thematisiert insbesondere Digitalisierung, Virtualisierung und Simulation, sowie welche neuen Player zu erwarten sind und welche Rolle Fachkräfte wie Messtechnik-Spezialisten und Datenkuratoren künftig spielen.

Revolution in der Metrologie im 21. Jahrhundert

Aktuelle Schlüsselthemen der Messtechnik sind weltweite Standardisierung und Digitalisierung, die in Zukunft noch weiter an Bedeutung gewinnen. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt PTB, nationale Metrologiebehörde, die das Zeitnormal der Caesium-Atomuhr betreibt und die damit ermittelte Zeit öffentlich zur Verfügung stellt, leistet hier bahnbrechende Arbeit. So war die PTB maßgeblich beteiligt an der Neufestlegung des internationalen Einheitensystems SI – fundamental für jede Messung. „Das neue SI ist ein Meilenstein der Technikgeschichte. Maßeinheiten wie das Kilogramm sind nicht mehr über Artefakte wie das Urkilogramm festgelegt, sondern werden anhand von Naturkonstanten ausgerechnet. Es gibt damit keinerlei technische Barrieren mehr gegenüber allen zukünftigen Genauigkeitsfortschritten“, erklärt PTB-Experte Dr. Daniel Hutzschenreuter, Ko-Autor des einführenden Kapitels der Studie. Zudem treibt die PTB die Digitalisierung im Messwesen wesentlich voran, mit dem digitalen Kalibrierschein, der European Metrology Cloud und dem messtechnischen digitalen Zwilling. „Die Digitalisierung ermöglicht revolutionäre Fortschritte für die Messtechnik-Unternehmen, insbesondere für völlig neue Geschäftsmodelle wie den Handel mit Messdaten und der Möglichkeit, neue Dienstleistungen mit Daten zu schaffen – zum Beispiel durch Nutzung von Künstlicher Intelligenz (KI)“, erläutert Hutzschenreuter.

Daten-Interpretation und neue Wirkprinzipien braucht Spezialisten

Neue Hard- und Software und perfekte Vernetzung allein reichen aber nicht aus. „Es braucht neben Sensoren und Messprinzipien aus unterschiedlichsten Disziplinen auch Methoden und Technologien, um die Datenflut zu verarbeiten, gepaart mit dem Wissen von Spezialisten, diese zu interpretieren. In Zeiten von hoch komplexen Fragestellungen wie dem Klimawandel oder der Coronavirus-Pandemie und neuen, komplizierten Werkzeugen wie KI, Biosensoren oder Quantenmetrologie ist dies alles andere als trivial“, sagt Dr. Eric Maiser, Leiter von VDMA Future Business. „In den Handlungsempfehlungen der Studie legen wir ein besonderes Augenmerk auf zusätzliches und neues Know-how, das sich Unternehmen aneignen müssen. In Zukunft sind neben Datenanalysten möglicherweise vermehrt Biologen, Chemiker und Physiker im Maschinenbau gefragt“, mahnt Maiser.

Vier Zukunfts-Szenarien für die Messtechnik-Welt im Jahr 2030

Der Einfluss der Digitalisierung zieht sich als roter Faden durch alle vier Szenarien, die mit Experten aus Metrologie, Maschinenbau, Forschung und Anwenderindustrien erarbeitet wurden.

• Im Szenario „Big Data, Bright Future“ ist die Messtechnik allgegenwärtig, kostengünstig und vollständig vernetzt. Das High-Tech El Dorado lässt Kunden zunehmend selbst in Design und sogar Bau von Messtechnik aktiv werden.
• Im Szenario „Smart Data, Systematic Future“ komprimieren fortgeschrittene Simulationen den Messbedarf auf Schlüsselprozesse. Hier brauchen die Unternehmen verstärkt Kenntnisse im Umgang mit Künstlicher Intelligenz und die entsprechenden Fachleute.
• Das Szenario „Analog Data, Ambivalent Future“ verknüpft High-Tech in neuen Wirkprinzipien wie Bio- und Chemiesensoren mit der weitgehenden Skepsis gegenüber datenbasierten Verfahren. Messtechnik-Anbieter bleiben stark in ihrem Kerngeschäft verhaftet.
• Das Szenario „No Future for more Data“ beschreibt ein Aufbäumen gegen den Fortschritt: Keine Standards, kein Austausch, kaum Veränderung. „Game Changer“ wie neue Messprinzipien oder neue Player werden der Messtechnik-Branche hier schnell zur Gefahr.

Wichtige Voraussetzungen, um die Digitalisierung als zentralen Treiber bedienen zu können, sind eine sichere und leistungsfähige IT-Infrastruktur, verbindliche gesetzliche Rahmenbedingungen und einheitliche Standards. Als weiterer Schlüsselfaktor haben sich neue Wirkprinzipien herauskristallisiert. „Bio- und chemiebasierte Sensoren bieten völlig neue Möglichkeiten für Messtechnik in unterschiedlichen Branchen wie Medizin, Nahrungsmittel oder im Bereich Umwelt Monitoring. Hochverteilte, gedruckte, organische Sensoren schaffen Redundanz und Präzision bei extrem niedrigen Kosten. Commodity-Sensoren, wie sie heute in jedem Smartphone eingebaut sind oder standardisierte Microcontroller sind Beispiele für neue Ansätze, die auch neue Player auf den Plan rufen“, erklärt Dr. Björn Moller vom Fraunhofer ISI. „Quantentechnologie ist sowohl für die Datenverarbeitung und -sicherheit (Quantencomputer, Quantenkryptographie), als auch als neues Wirkprinzip (Quantenmetrologie) von zunehmendem Interesse.“

VDMA Future Business denkt Zukunft für den Maschinenbau vor

14 VDMA Fachverbände waren an der Studie direkt oder indirekt beteiligt, als Hauptpartner engagierte sich VDMA Mess- und Prüftechnik. „Präzision, Effizienz, Langlebigkeit und Kosten von Mess- und Prüfgeräten müssen mit den stets steigenden Anforderungen der Anwender Schritt halten. Fortschritte wirken sich direkt auf unsere Industrie aus – das gilt aber auch für viele Bereiche der Wissenschaft, Ökologie, Gesellschaft, Wirtschaft und Politik“, resümiert Rauen. „Im VDMA sind wir sehr gut aufgestellt und vernetzt. Wir arbeiten bereits fachverbandsübergreifend mit unseren Mitgliedern daran die großen Potenziale, die Biologie und Quantentechnologie bieten, zu erschließen. Mit unserem Future-Business-Prozess denken wir Zukunft vor“, sagt Rauen.


Haben Sie noch Fragen? Dr. Eric Maiser, Leiter VDMA Competence Center Future Business, Telefon 069 6603 1433, eric.maiser@vdma.org, beantwortet sie gerne.