Industrie 4.0 – Unternehmen zukunftsfähig machen

Industrie 4.0 ist in aller Munde.

Die zunehmende Digitalisierung ermöglicht es, die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0) umzusetzen. Die Fabrik der Zukunft, IoT , Smart Factory oder Smart Production werden in diesem Zusammenhang oft als Schlagwörter genannt, und sollen ein abstraktes Bild geben welche Potentiale für die Fertigung und Produktion entstehen.

Industrie 4.0, – Die Fabrik der Zukunft

Mit Industrie 4.0 soll eine neue Ebene für Produktion und Fertigung erreicht werden.

Es wird die vierte Revolution für Produktions- und Fertigungsumfeld sein und erhebliche Vorteile für Produktion und Fertigung bieten. Um ein besseres Bild der Meilensteine und Entwicklungsstufen zu bekommen wird der industrielle Wandel rückwärtsbetrachtet grob in vier verschiedene Phasen unterteilt.

Industrie 1.0 – (Dampf-)Maschinen

Durch die ersten Maschinen, und maßgeblich vorangetrieben durch Erfindung und Verbesserung der Dampfmaschine, war es zu Beginn des 19. Jahrhunderts (ab ca. 1800) möglich, schneller und einfacher Güter und Waren herstellen zu können.

4Weben, Spinnen, Lastentransport oder Eisenschmieden wurde durch Dampf – oder Wassergetriebene Antriebe ermöglicht. Zuvor waren Textilien und Kleidergarnituren für die Durchschnittsbevölkerung noch Luxus, und wurde in Heimarbeit von Hand hergestellt.

Webstuhl um 1800  Industrie 1.0
Webstuhl

Mit Einzug und Verbesserung der Dampfmaschine (u.a. James Watt) begann die Industrialisierung und die Güter wurden zentral (um die Dampfmaschine herum) hergestellt. Die ersten Fabriken entstanden und die Massenproduktionen von Gütern wurde ermöglicht. Es entstanden neuartige Arbeitsplätze als „Fabrikarbeiter“ und Siedlungen für die Industriearbeiter.

Dampfmaschine Industrie 1.0
Dampfmaschine

Mit Einzug und Verbesserung der Dampfmaschine (u.a. James Watt) begann die Industrialisierung und die Güter wurden zentral (um die Dampfmaschine herum) hergestellt. Die ersten Fabriken entstanden und die Massenproduktionen von Gütern wurde ermöglicht. Es entstanden neuartige Arbeitsplätze als „Fabrikarbeiter“ und Siedlungen für die Industriearbeiter.

Industrie 2.0  Elektrizität und Telekommunikation

Zum Ende des 19. Jahrhunderts kam die Verbreitung der Elektrizität als Antriebskraft und es entstand die 2. industrielle Revolution (Industrie 2.0). Somit wurden ersten Automobile im frühen 20. Jahrhundert bereits am Fließband hergestellt. Auch bereits zu dieser Zeit wurden die ersten Produktionsschritte automatisiert.

 Industrie 2.0 Telefon
Erste Telefone

Auch die Kommunikationsmöglichkeiten durch Telegramme und Telefone war ein entscheidender Fortschritt, weil dadurch viele Prozesse beschleunigt werden konnten durch den schnelleren Informationsaustausch und die vereinfachte Kommunikation. Dadurch entstanden auch vermehrt Büroarbeitsplätze. Die Telekommunikation wie wir sie heute kennen hatte damals ihren Anfang.

Fleißbandfertigung Industrie 2.0
erste Fließbandmontage

Weitere Erfolgsfaktoren kam mit Ausbau der Verkehrswege und erster Luftfahrt hinzu, sodass bereits erste Schritte der Globalisierung möglich waren und Waren und Güter zu transportieren.

Industrie 3.0  – Der Computer in der Produktion

Der deutsche Bauingenieur Konrad Zuse entwickelte 1941 den ersten Computer der Welt, und legte mit seinem Modell „Z3“, einem individuell programmierbare Computer den Grundstein für die dritte industrielle Revolution. Ab den 1970er Jahren war es möglich, mit Computern weitere Automatisierungs-  und Steuerungsaufgaben in der Produktion und Fertigung durchführen zu können. Daneben entstand ein neuer Industriezweig für Büro und Haushalt mit den Personal-Computern (PC).

 Industrie 3.0 "Z3"
Konrad Zuse’s Z3

Industrie 4.0 – Digitalisierung in der Fertigung und Produktion

Industrie 4.0 ist die Bezeichnung für eine umfassende Digitalisierung in der Industriellen Produktion. In der jetzigen Phase ist es bemerkenswert, dass erstmals eine industrielle Revolution ausgerufen wird noch bevor sie durchgängig stattgefunden hat.

Rein von der Begrifflichkeit her ist die etablierte und oft genannte „Digitalisierung“ umstritten. Sämtliche Informationen der Produktionsanlagen und Fertigung werden wie bereits in der dritten industriellen Revolution durch Mikroelektronik gewonnen und ebenso die Kommunikation und der Datenaustausch findet darüber statt. Damit ist die technologische Grundlage der vierten industriellen identisch mit der dritten.

Es ist eher die Abwandlung und Facettierung des Begriffes welche in dem Kontext als digitaler Wandel verstanden werden kann. Damit sollen industrielle Produktionsanlagen mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik verzahnt werden, und es sollen durchgängig digital vernetzte Systeme entstehen. Durch die Vernetzung können Menschen und Maschinen sowie Logistik und Produkte miteinander interagieren und es ermöglicht eine durchgängige Optimierung der Wertschöpfungskette über alle Phasen des Produkt–Lebenszyklus.

Übersicht industrielle Revolution

Industrie 4.0  – Digitale Transformation

Gestaltungsprinzipien der Industrie 4.0

Vier Grundlegende Bausteine und Gestaltungsprinzipien werden bei der Umsetzung und Implementierung von Industrie 4.0 – Szenarien herangezogen.

  1. Vernetzung von heterogenen Datenquellen und -empfänger wie Maschinen, Sensoren, Geräten, Anlagen, Produkten und dem Menschen. Alle können über das Internet der Dinge (engl. Internet of Things / IoT) kommunizieren und interagieren.
  1. Informationstransparentz wird durch zusätzliche Sensordaten (IoT vernetzt) erreicht, und erweitern die Informationen der digital Factory ( smart Factory ) um ein virtuelles Abbild der realen Welt zu erstellen.
  1. Assistenz und Analyse. Durch Assistenzsysteme werden Informationen aggregiert und visualisiert und in verständliche Informationen für den Menschen aufbereitet. Der Mensch wird unterstützt, um Entscheidungen treffen zu können und Probleme schneller zu lösen. Wechselwirkungen und Zusammenhänge sowie Korrelationen und weitreichende Statistik ermöglicht das Entwickeln von Modellen und Algorithmen als Basis für autonome Lösungen.
  1. Dezentrale Entscheidungen. Cyberphysische Systeme (CPS) sind in der Lage Aufgaben autonom zu erledigen und eigenständige Entscheidungen zu treffen. Bei Störungen und Problemen, also nur in Ausnahmefällen, übertragen sie Aufgaben an eine höhere Instanz. Eine Ausbaustufe auf dieser Ebene ist der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) zur Entscheidungsfindung. Die KI kann anfänglich vordefinierte Algorithmen variieren und skalieren um aus veränderten Eingangsdaten zu lernen (Machine Learning).

Digitaler Wandel – Chancen und Risiken bei Industrie 4.0 Umsetzungen

Durch die Vernetzung und Kommunikation von und zu unterschiedlichen Systemen werden umfangreiche Informationen und Daten gewonnen welche z.B. für die Auswertung und Visualisierung benötigt werden. So unterschiedlich wie die Datenquellen sind, kann auch die Anzahl und die Frequenz der eingehenden Informationen sein. Die Form und Güte der Nachrichten spielen ebenso eine Rolle wie der jeweilige Informationsgehalt. Es

müssen meist komplexe Herausforderungen der Digitalisierung gemeistert werden.

Wenn sowohl in vertikaler (Fertigungstiefe) als auch in horizontaler Richtung (Fertigungsbreite, Varianten) mehrere hundert, vielleicht auch tausend Teilnehmer (Maschinen / Sensoren) im Einsatz sind, wird klar, wie umfangreich das Sammeln und Verwalten der Informationen werden kann.

Umso wichtiger ist es von Anfang an auf Skalierbarkeit und die richtige Performance der einzelnen Komponenten zu achten. Die Auswahl geeigneter Protokolle, passender Datenbanken und der einzelnen Schnittstellen untereinander ist von Anfang an wichtig, um die Transparenz der Informationen zu erhalten und einen echten Mehrwert für Fertigung und Produktion, und letztlich für die Unternehmensziele zu gewinnen. Nicht nur Softwareprogramme treffen aufeinander, sondern auch Hardware muss zusammen passen.

Mit ideal aufeinander abgestimmten Schnittstellen entsteht auch aus riesigen Datenmengen (Big-Data) ein enormes Potential welches sich für verschiedene Zwecke einsetzen lässt. Implementierung und virtuose Beherrschung von ERP-Lösungen in Eintracht mit BI (Business Intelligence), MES (Manufacturing Execution Systems) und ECM (Enterprise Content Management) schaffen das agile Unternehmen der Zukunft.

Nach unserer Erfahrung sind Chancen die durch Digitalisierung und Vernetzung entstehen bei feinfühliger Planung und Implementierung enorm, und Übersteigen die Risiken um längen.

Gerne beraten wir Sie dazu und helfen Ihnen bei der Umsetzung Ihrer Projekte.

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Vernetzung

Plattformen für die intelligente Verbindung von Geräten und Maschinen über das Internet of Things sowie der Analyse von Daten entwickeln sich zu Schlüsselfaktoren der Industrie 4.0.

Process Mining

Um Produktionen noch effizienter zu gestalten, werden im Rahmen einer Prozess-Analyse Daten identifiziert und transparent gemacht, die innerhalb eines Produktionsrozesses entehen. Interpretation dieser Spuren und ein Vergleich vom Ist – zum Sollzustand führt zur Optimierung.

Produktionstechnik

Für die smarte Fabrik stehen immer mehr intelligente Lösungen bereit, von leistungsfähigen MES-Systemen bis hin zu Möglichkeiten zum maschinellen Lernen.

Big Data und Cloud Computing

Das Analysieren von Daten und das bedarfsgerechte Nutzen von IT-Ressourcen über Netzwerke können die Produktivität steigern und Kosten senken. Nötig ist aber eine gute Planung.

IT-Sicherheit in IoT und IIoT Netzen

Mit der Vernetzung in der Produktion entstehen neue Angriffspunkte auf die Unternehmens-IT. Wirkungsvolle Security-Lösungen sind daher eine der wichtigsten Voraussetzungen für den Erfolg der digitalen Fabrik.

Künstliche Intelligenz – KI – machine learning

Mithilfe des maschinellen Lernens (machine learning) werden aus riesigen Datenmengen (Big-Data) nützliche Informationen, die wichtige Vorhersagen im industriellen Fertigungsprozess ermöglichen. Das senkt die Wahrscheinlichkeit von Produktionsausfällen und steigert die Produktivität.

Welche Hemmnisse müssen bei Industrie-4.0-Anwendungen überwunden werden?

Die Grafik zeigt das Ergebnis einer im Jahr 2019 und 2020 in Deutschland unter Führungskräften in Industrieunternehmen durchgeführten Umfrage hinsichtlich der Hemmnisse beim Einsatz von Industrie-4.0-Anwendungen. 73 Prozent der Befragten sehen hohe Investitionskosten als Hemmnis beim Einsatz von Industrie-4.0-Anwendungen.

Hmenisse bei Industrie 4.0

Gerade für Klein- und Mittelständige-Unternehmen kommt noch erschwerend hinzu, dass kein oder nur wenig Personal für die Umsetzung der Industrie 4.0 Projekte im eigenen Unternehmen zu finden ist.

An Stelle 2 und 3 wird auch Datenschutz und Datensicherheit bei Industrie 4.0 als Hemmnis genannt. Die Sorge, dass sensible Daten in falsche Hände geraten könnte und Spionage betrieben wird oder sogar Hackerangriffe ermöglicht werden dämpft die Euphorie vieler Unternehmen.

Über viele Jahre Hinweg haben wir umfassende Erfahrungen gesammelt und Lösungen erarbeitet, die genau diesen anfänglichen Befürchtungen entgegenwirken. Mit einem passenden Konzept und der schrittweisen Implementierungen bleiben die Daten sicher und die Kosten überschaubar. Je nach Anforderung kann eine Industrie 4.0 Umsetzung mit einer geringen Einmalinvestition umgesetzt werden, welche sich in kürzester Zeit selbst bezahlt macht. Der Umfang und die Fähigkeiten der Industrie 4.0 Anwendung kann Schritt für Schritt ausgebaut und vertieft werden. Das gibt Ihnen die Sicherheit und minimiert das Risiko.

Maschinenanbindungen von CNC-Steuerungen (z.B. SIEMENS Sinumerik) an Industrie 4.0 fähige Datenerfassungs-Systeme und spezielle Zusatz-Sensorik in Verbindung mit zugeschnittenen Dashboards bieten den optimalen Einstieg für Infomationsgewinn und Analyse.

Mit unserem Wissen und den Erfahrungen können wir Sie als Industrie 4.0 Berater unterstützen und Ihnen ihr zugeschnittenes Industrie 4.0 Konzept erstellen, oder wir setzten Ihre Bedürfnisse in die Tat um und kümmern uns um Dinge wie Maschinenanbindung zur Cloud und die Datenbanken und Datenanalyse nach Ihren Vorgaben.

Wir stehen ihnen mit Rat und Tat zur Beratung oder mit Dienstleistung zur Seite bei der Umsetzung Ihrer Industrie 4.0 Aufgaben oder Teilprojekten.

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