Unter Industrie 4.0 versteht man die digitale Transformation und die Automatisierung traditioneller Produktionsbetriebe. Man bezeichnet Industrie 4.0 auch oft als “vierte industrielle Revolution” oder “Smart Manufacturing”. Durch die Digitalisierung von Maschinen und Anlagen unter Einbeziehung des Internet of Things (IoT), sollen traditionelle Prozesse und Abläufe intelligenter und autonomer gestaltet werden. Industrie 4.0 betrifft eine ganze Reihe von Branchen wie etwa das Baugewerbe, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie.
Industrie 4.0 erhöht die Produktivität, senkt die Kosten und verbessert die internationale Wettbewerbsfähigkeit. Lesen Sie weiter, um mehr über Industrie 4.0 zu erfahren. Lernen Sie mehr über die neuen Technologien, die traditionelle Produktionsbetriebe in intelligente Fabriken verwandeln und machen Sie sich ein Bild von den Vorteilen und Herausforderungen für Produktionsbereiche.
Unter Industrie 4.0 versteht man die Optimierung traditioneller Fertigungsindustrien durch das Internet der Dinge (IoT) und weitere Technologien. Diese neuen technologischen Möglichkeiten ermöglichen neben der Automatisierung von Fertigungen eine völlige digitale Transformation. Angestrebt wird eine optimierte und datengesteuerte Produktionsumgebung.
Der treibende Faktor von Industrie 4.0 sind durch Vernetzung gewonnene Daten. Technologien aus dem Bereich Industrie 4.0 erfassen und sammeln unabhängig von Unternehmens- oder Maschinensystemen Daten aus der Produktion. Dabei werden IoT, Cloud Computing, Data Lakes und weitere computerbasierte Technologien eingesetzt. Diese Technologien können traditionelle Fertigungsindustrien durch datengesteuerte Prozessoptimierung verbessern. Fertigungsstätten werden effizienter und flexibler und können qualitativ hochwertige Produkte zu geringeren Kosten produzieren.
Industrie 4.0 ist die nächste nach den drei bekannten und erfolgreichen industriellen Revolutionen. Die erste industrielle Revolution (um ca. 1760) entstand in Folge der Erfindung der Dampfmaschine und ermöglichte den Übergang von der manuellen zur maschinellen Produktion. Die zweite Revolution (um ca. 1870) wird auch als Technologische Revolution bezeichnet und umfasste zahlreiche technische Verbesserungen wie Elektrizität und Eisenbahnen. Die dritte Revolution (1960er Jahre) brachte die Computerisierung und war geprägt von der Nutzung von Computersystemen zur Massenproduktion und Automatisierung. Jetzt erleben wir gerade die vierte Revolution, die durch Daten und IoT getrieben ist.
Der Begriff Industrie 4.0 existiert seit dem Jahr 2011 und kam auf als Idee und strategische Initiative der deutschen Bundesregierung und der deutschen Industrie. Die deutsche Wirtschaft ist stark von traditionellen Branchen wie dem Maschinenbau oder der Elektro-, Automobil- und Pharmaindustrie abhängig. Um international wettbewerbsfähig zu bleiben, kommen in deutschen Fabriken verstärkt Industrie-4.0-Technologien zum Einsatz.
Auch wird die Digitalisierung der Fertigungsindustrie vorangetrieben. In Deutschland wird Industrie 4.0 auch mit dem Begriff “Arbeit 4.0” in Verbindung gebracht, einen konzeptionellen Rahmen für die Diskussion um die Zukunft der Arbeit.
Schauen wir uns einmal an, welche Technologien Industrie 4.0 für smarte Fertigungslinien bietet:
Industrie 4.0 kennt zwölf wesentliche industrielle Technologien und Trends.
1. Additives Manufacturing
3D-Druck und Digital Manufacturing zur Herstellung leichterer und leistungsfähigerer Teile und Systeme. Additives Manufacturing ermöglicht eine schnelle und individualisierte Umsetzung. Fertigungsbetriebe können benötigte Teile selbst herstellen, und zwar genau zum benötigten Termin und in der benötigten Ausführung.
2. Advanced Robotics
Moderne autonome Roboter, die Seite an Seite mit Menschen arbeiten werden. Roboter ermöglichen neue Formen der Zusammenarbeit, höhere Geschwindigkeit und höhere Effizienz. Zudem senken sie die Kosten und verbessern die Arbeitssicherheit.
3. Augmented Reality
Augmented Reality Technologien können zur Steuerung von Robotern, zur Wartung, Montage- und Reparaturarbeiten, für Schulungszwecke und Qualitätskontrollen oder zum Monitoring von Fertigungsprozessen und zur Auditierung von Anlagen eingesetzt werden. Durch Augmented Reality können Unternehmen Fehler reduzieren, die Sicherheit verbessern, Zeit sparen und Kosten senken.
4. Big Data und Datenanalyse
Hierunter versteht man die Erfassung und die Analyse von Daten aus verschiedenen Quellen, z.B. die Daten von herkömmlichen Maschinen und Sensoren oder aus einer Customer Relationship Management Software (CRM) oder Enterprise Ressource Planning Systemen (ERP). In den meisten Fällen können Fertigungsbetriebe durch Industrie 4.0-Lösungen erstmals überhaupt systematisch Daten aus Teilen der Lieferkette erfassen. Mit Big-Data-Analysen können Managern, datenbasierte Entscheidungen treffen, was zu einer Optimierung und Produktivitätssteigerung führt.
5. Cloud
Die Implementierung von Cloud-Computing-Technologien ermöglicht die Speicherung, Verwaltung und gemeinsame Nutzung von Daten. Für die wachsende Menge an Daten, die von intelligenten Fabriken erzeugt werden, ist die Cloud unerlässlich. Sie ermöglicht Skalierbarkeit und verbessert die Zusammenarbeit.
6. Cybersecurity
Cybersecurity sorgt für eine sichere Kommunikation zwischen Maschinen, Geräten und industriellen Anlagen, insbesondere bei Anlagen, die zum ersten Mal vernetzt werden. Ein hohes Maß an Cybersecurity ist zur Wahrung der Vertraulichkeit und des Datenschutzes unerläßlich. Cybersecurity verhindert Datenpannen, die das gesamte Werk gefährden könnten.
7. Horizontale und vertikale Systemintegration
Hier geht es um die vollständige Integration aller Daten aus allen Abteilungen, Teams, Funktionen, Fertigungen und Komponenten und das über die gesamte Wertschöpfungskette. Die vollständige Integration ist unerlässlich zur End-to-End-Überwachung und zum den Aufbau einer verlässlichen Datenbasis (engl. SSOT-Single Source of Truth). Diese Datenbasis dient als Grundlage zur Entscheidungsfindung, zur Allokation von Ressourcen und zur Organisation der Zusammenarbeit, um Lean Manufacturing zu ermöglichen. Dies ist auch eine der größten Herausforderungen von Industrie 4.0.
8. Simulation / Digitaler Zwilling
Unter einem digitalen Zwilling (Digital Twin) versteht man eine virtuelle Kopie eines realen Prozessen mit realen Daten. Bevor eine Entscheidung getroffen wird, kommen Simulationswerkzeuge zum Testen und Optimieren von Prozessen zum Einsatz. So können Fehlerquoten reduziert, Kosten gesenkt und Prozesse optimiert werden.
9. Sensoren
An Maschinen angeschlossene Sensoren ermöglichen die Erfassung von Leistungs-, Anlage- und Umgebungskenndaten. Fertigungsbetriebe können mit Sensoren Daten aus der Fertigung erfassen. Diese Daten können für Monitoring-Zwecke, für Predictive Maintenance, zur Prozessoptimierung und Verbesserung der Maschinenverfügbarkeit oder aber ganz allgemein zur Datenanalyse verwendet werden.
10. KI (Künstliche Intelligenz)
KI ermöglicht die Optimierung von Werkzeugen, Technologien und Prozessen durch intelligente Maschinenalgorithmen. KI-Technologien können grundsätzlich immer zur Verbesserung von Industrie 4.0-Lösungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Verbesserung von Monitoring, Wartung, Robotik oder Betriebsmanagement.
11. ML (Maschinelles Lernen)
Mit dem maschinellen Lernen, einem Teilgebiet der KI lassen sich Fertigungsprozessen auf der Grundlage erfasster und gesammelter Daten optimieren. Dazu gehören auch Berechnungsmodelle und Algorithmen aus dem Bereich Operational Excellence.
12. Industrielles Internet der Dinge (IIoT)
Damit ist die Digitalisierung aller in der Industrie eingesetzten Geräte und Maschinen gemeint. Auch ältere Maschinen ohne eigene Steuerung können digitalisiert werden. Das IIoT ermöglicht Zusammenarbeit, Datenerfassung und Optimierung in Echtzeit. Das industrielle Internet der Dinge bildet die Basis zur Erzeugung von Daten für die meisten anderen Industrie-4.0-Technologien.
(Erfahren Sie, wie Sie Ihre Maschinen mit 3d Signals in wenigen Stunden digitalisieren können. Wir liefern eine nicht-invasive Lösung, die die Einführung von Industrie 4.0 ermöglicht und vorantreibt. Fordern Sie für weitere Infos eine Demo an)
Industrie 4.0 ist auf vielfältige Weise für Hersteller verschiedenster Branchen nützlich, von der Lebensmittelproduktion bis zum Automobilzulieferer. Beispielhaft seien folgende Benefits genannt:
Produktivität und Effizienz
Der Hauptnutzen von Industrie 4.0 und intelligenten Fabriken besteht darin, dass die jeweiligen Branchen ihre Produktivität steigern und ihre Effizienz verbessern können. Wie geht das? Mit Industrie 4.0 Technologien können Produktionsbetriebe Daten erfassen und mit der Analyse dieser Daten ihre Geschäftskennzahlen verbessern. Die neuen Prozesse sorgen für eine datenbasierte und somit intelligentere Entscheidungsfindung. Engpässe können identifiziert und die Ressourcenzuweisung optimiert werden. Barrieren werden beseitigt und im Ergebnis die Maschinenverfügbarkeit erhöht, so dass Performance und Produktionsqualität steigen.
Kostensenkungen
Infolge der verbesserten Produktivität und Effizienz sinken die Kosten und der Gewinn steigt. Die Kosten sinken auch dank einer verbesserten Ressourcenzuweisung, durch kürzere Produktions- und weniger Stillstandszeiten, dank verbesserter Qualität und weniger Abfall bzw. Ausschuss. Darüber hinaus ermöglichen die sog. Predictive bzw. Preventive Maintenance eine optimierte Maschinenwartung. Verschleiß wird reduziert und Abschreibungen erhöht. Obgleich Industrie 4.0 natürlich eine gewisse Anfangsinvestition in neue Technologien erfordert, so ist der Return of Invest (ROI) dennoch signifikant.
Rückverfolgbarkeit und Transparenz
Die Vernetzung aller Maschinen und Anlagen ermöglicht das Sammeln von Daten. Mit diesen Informationen kann man die Leistungsfähigkeit und den Output der Maschinen transparent nachverfolgen. So können Manager betriebliche Abläufe besser überwachen und steuern. Dies ermöglicht die Optimierung von Produktionsprozessen und die Verbesserung der Produktqualität. Kennzahlen können festgelegt und überwacht werden. Zudem können die Daten auch genutzt werden, um gesetzliche Vorschriften einfacher einzuhalten.
Agilität & Innovation
Industrie 4.0 ermöglicht tiefere Einblicke in die Produktion. Man versteht dann besser, wo Engpässe sind, kann skalierbare Technologien einzuführen und bei Prozessen besser zusammenzuarbeiten. Produktionsbetriebe erhalten somit die benötigte Flexibilität und Agilität, um die Allokation ihrer Ressourcen neu zu organisieren, neue Verfahren einzuführen und Ideen umzusetzen.
Wettbewerbsfähigkeit
Viele Hersteller sind aufgrund niedrigerer Kosten und steigender Produktqualität auch ohne Einschnitte bei Löhnen oder gar Auslagerung in Billiglohnländer auch weiterhin wettbewerbsfähig.
Auch wenn Industrie 4.0 viele Vorteile bringt, es gibt auch einige Herausforderungen:
Erstinvestitionen
Industrie 4.0 bietet zwar einen sehr vorteilhaften Return on Invest (ROI), erfordert aber auch eine gewisse Investition, die möglicherweise nicht von allen Unternehmen geschultert werden kann. Dazu gehören beispielsweise Investitionen in neue Technologien, Schulungen und Maschinen. Auch bei der Anpassung von Geschäftsmodellen kann Kosten verursachen.
Datenschutz und Sicherheitsrisiken
Bei der Kommunikation zwischen Geräten (D2D – Device to Device) und Maschinen (M2M – Machine to Machine) können auch personenbezogene Daten ausgetauscht werden. Datenpannen in der eigenen Fertigung oder bei Drittanbietern könnten diese Daten Angreifern zugänglich machen und den Datenschutz im Hinblick auf PII (Personal Identifiable Information) gefährden. Des Weiteren ergeben sich grundsätzlich neue Angriffsflächen und Schwachstellen aus der Vernetzung per IoT. Diese beiden Themen erfordern entsprechende staatliche Regulierungen und auch neue Cybersecurity Technologien.
Schulung der Belegschaft
Die Bedienung einer herkömmlichen Maschine erfordert andere Fähigkeiten als die Bedienung einer herkömmlichen Maschine, die an einen Computer angeschlossen ist. Das Managen einer traditionellen Industriefertigung ist anders als das Managen einer datengesteuerten, automatisierten Fertigung. Industrie 4.0 bringt neue Technologien und Funktionen, die einen Wandel in der Denkweise der Mitarbeiter und andere Fähigkeiten erfordern. Unternehmen müssen aus diesem Grund ihre Mitarbeiter schulen und auch für eine neue Unternehmenskultur sorgen. Dies erfordert Zeit, Aufwand und Ressourcen.
Abhängigkeit von Technologien
Industrie 4.0-Technologien können ältere Prozesse zwar “befreien”, dennoch sind Unternehmen auch weiterhin durch bestehende Technologien und deren Bedienpersonal eingeschränkt. Beispielweise erfordern vernetzte Geräte und Maschinen IT-Teams in den Fabriken. Unternehmen müssen große Datenmengen analysieren und sind somit auf KI-Algorithmen und Informatiker angewiesen. Während sich Industrie 4.0 nach und nach durchsetzt, sind viele dieser Technologien noch in der Entwicklung. Von daher können nicht alle Herausforderungen der modernen Fabrik von heute durch Industrie 4.0 beantwortet werden.
Interoperabilität
Die Anbindung verschiedener Systeme und Maschinen an einen gemeinsamen Geschäftsprozess erfordert Standardisierung und Technologien, die nicht immer verfügbar sind.
Die Umstellung auf Industrie 4.0 ist nicht immer einfach. Zu Beginn ist immer eine Erstinvestition erforderlich und man muss für sich die richtigen technologischen Lösungen finden. Mitarbeiter müssen geschult werden und Vertrauen bekommen in den Prozess der Erfassung und Auswertung von Daten.
Eine einfache Möglichkeit, mit Industrie 4.0 durchzustarten, ist die Implementierung einer universellen, nicht-invasiven Technologie.
3d Signals bietet eine IoT-Lösung, die einfach und nicht-invasiv auf Ihren Maschinen (ohne Eingriff in die Maschinen) eingerichtet werden kann. Sie können damit Daten sammeln und sofort verwertbare Erkenntnisse gewinnen. Erhöhen Sie aus dem Stand heraus die Verfügbarkeit und Produktivität Ihrer Maschinen. Schauen Sie sich Daten Ihrer Maschinen in Echtzeit an, optimieren Sie damit Ihre Fertigungsprozesse und steigern Sie die Produktivität.
