Was bedeutet Industrie 4.0?

Industrie 4.0 - ein gar nicht so abstraktes Konzept

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung definiert die Industrie 4.0 als „die dauerhafte Verknüpfung von Maschinen und maschinell betriebenen Abläufen in der Industrie mithilfe von intelligenter Informations- und Kommunikationstechnologie“.

Von der Logistik über Produktion und Marketing bis hin zum Service- und Qualitätsmanagement: In der Industrie 4.0 organisieren sich intelligente Maschinen, Produkte, Lagersysteme und Online-Plattformen eines Unternehmens selbstständig dank des Informationsaustausches über IT-Systeme. Diese Prozessoptimierung entlang der gesamten Wertschöpfungskette wird in Zukunft entscheidend zur Effizienzsteigerung und Kostensenkung in Unternehmen beitragen.

Die Industrie 4.0 steigert aber nicht nur die Produktivität. Sie bietet auch vielfältige Chancen für die Entwicklung neuer Produkte und Geschäftsmodelle, die Erschließung neuer Kundensegmente und hat alles in allem das Potenzial Branchen oder sogar ganze Märkte auf den Kopf zu stellen.

Entstehung der Bezeichnung Industrie 4.0

Die Art und Weise wie Güter produziert werden, verändert sich seit jeher. Innovationen haben Prozesse weiterentwickelt oder verändert und haben ihrerseits neue Entwicklungen inspiriert. Bis hin zur Etablierung der Industrie und dem Einsetzen der industriellen Revolution.

Nach der Mechanisierung durch Wasser- und Dampfkraft (erste industrielle Revolution), folgte die Massenfertigung mit elektrischer Energie und Fließbänder (zweite industrielle Revolution) und daraufhin die dritte industrielle Revolution, die durch den Einsatz von Elektronik und IT zur Automatisierung der Produktion verhalf. Die intelligente Vernetzung aller Unternehmensbestandteile soll nun die vierte industrielle Revolution, die Industrie 4.0, einleiten.

Der Begriff „Industrie 4.0“ geht auf das gleichnamige Forschungsprojekt zur umfassenden Digitalisierung der industriellen Produktion zurück, welches unter der Schirmherrschaft der Hightech-Strategie der Bundesregierung auf der CeBit 2011 vorgestellt wurde.

Im April 2013 hatte dann der Arbeitskreis Industrie 4.0 unter dem Vorsitz von Siegfried Dais (Robert Bosch GmbH) und Henning Kagermann (acatech – die Deutsche Akademie für Technikwirtschaften) seinen Abschlussbericht mit dem Titel „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ vorgelegt.

Auf Veranlassung des Bundesforschungsministeriums (BMBF) sollte dieser im Dialog mit Wirtschaftsverbänden, Gewerkschaften, Unternehmen, Wissenschaft und Politik weiter ausgearbeitet werden. Die Plattform Industrie 4.0 unterstützte dabei. Auf ihr wurde auch im Anschluss daran das Konzept der Industrie 4.0 beständig weiterentwickelt. Heute hat sich der Begriff Industrie 4.0 international etabliert.

Der Ausdruck „4.0“ nimmt dabei Bezug auf die bei Softwareprodukten übliche Versionsnummerierung. Werden bei einer Softwarelösungen grundlegenden Neuerungen eingeführt, wird die Sofware als neue Version veröffentlicht, die erste Ziffer wird also erhöht und die Nachkommazahl startet wieder bei Null. Die Wahl eines Ausdrucks aus der Softwareentwicklung betont die Bedeutung der Digitalisierung für diese nächste industrielle Revolution.

Grundprinzipien Industrie 4.0

Digitale Revolution

Industrie 4.0 wird oft mit einer digitalen Revolution in der Wirtschaft gleichgesetzt. Im Gegensatz zur dritten industriellen Revolution, die ab den 70er Jahren durch den Einsatz von Informationstechnologie wie PCs, Office-Software und der Entwicklung erster computergestützter Automatisierungen eingeleitet wurde, ist für die Industrie 4.0 aber nicht der Computer die zentrale Technologie, sondern vielmehr das Internet.

Und genau das ist es auch, was die Industrie 4.0 so revolutionär macht. Denn dank der intelligenten Vernetzung über Unternehmens- und Ländergrenzen hinweg, können Prozesse immer effizienter und autarker gestaltet werden. Die Digitalisierung von Produktionsabläufen hat so eine noch nie dagewesenen Qualität erhalten.

Die drei zentralen Technologien der Industrie 4.0 sind dabei die folgenden:

Internet der Dinge - Internet of Things - IoT

Das Internet der Dinge ist die Grundlage für die Industrie 4.0 und die Produktion in einer intelligenten Fabrik. Durch IoT können Produkte über das Internet intelligent mit digitalen Lösungen vernetzt und dadurch steuerbar gemacht werden. Diese Technologie hat sich bereits heute in Teilen der Industrie etabliert, wird aber auch in Zukunft weiter starkes Wachstum erleben.

Industrial Internet of Things - IIoT

Cloud-Computing ist inzwischen essenziell für beinahe jedes Unternehmen, da es ihnen und der Industrie im Speziellen ermöglicht, viele Dienste und Services unabhängig vom Standort und flexibel zu nutzen. Big Data geht damit Hand in Hand und wird von vielen als der Schlüssel zur erfolgreichen Digitalisierung der industriellen Fertigung angesehen. Denn dadurch dass immer mehr Geräte und Sensoren miteinander vernetzt werden, entstehen riesige Datenmengen, die nach geeigneter Analyse und Auswertung dafür genutzt werden können, Produktionsbereiche und Prozesse nachhaltig zu optimieren.

Ein Beispiel hierfür ist das digitale Access Management System "Easysecure". Wir haben mit CEO Werner Roest gesprochen, um die Vorteile einer Kombination von Workforce Management und Access Management in der Logistik zu erörtern. Sehen Sie sich die Aufzeichnung hier an:

Cloud-Computing

Cloud-Computing ist inzwischen essenziell für beinahe jedes Unternehmen, da es ihnen und der Industrie im Speziellen ermöglicht, viele Dienste und Services unabhängig vom Standort und flexibel zu nutzen. Big Data geht damit Hand in Hand und wird von vielen als der Schlüssel zur erfolgreichen Digitalisierung der industriellen Fertigung angesehen. Denn dadurch dass immer mehr Geräte und Sensoren miteinander vernetzt werden, entstehen riesige Datenmengen, die nach geeigneter Analyse und Auswertung dafür genutzt werden können, Produktionsbereiche und Prozesse nachhaltig zu optimieren.

Fabrik 4.0 - Die Fabrik von morgen

Das Herzstück der Industrie 4.0 bildet die intelligente Fabrik (auch Smart Factory genannt). In ihr tauschen intelligente und miteinander vernetzte Maschinen Informationen über digitale Schnittstellen miteinander aus. Produktionsanlagen organisieren sich selbstständig und koordinieren Abläufe und Termine untereinander, können aber auch mit anderen IT-Systemen und Mitarbeitern kommunizieren. Dies macht die Produktion nicht nur flexibler, effizienter und dynamischer, sondern garantiert auch gleichzeitig einen durchgängigen Informationsfluss in Echtzeit.

In der „Fabrik von morgen“ werden Produktionsstraßen modular aufgebaut und sind somit vielseitiger einsetzbar als ihre Vorgänger. So kann ein Produkt in vielen verschiedenen Variationen über eine einzige Produktionsstraße hergestellt werden. Individualisierte Produkte werden so auch in kleiner Stückzahl zu bezahlbaren Preisen produziert. Die Wirtschaftlichkeit und Produktivität des Unternehmens steigt.

Flexible Produktion

Unter dem Begriff der „flexiblen Produktion“, versteht man die digitale Vernetzung der verschiedenen Unternehmen, die an der Herstellung eines Produktes beteiligt sind.

Die digitale Vernetzung aller Akteure entlang der Wertschöpfungskette ermöglicht eine optimale Koordination der einzelnen Produktionsschritte und eine bessere Auslastung der Maschinen. Dadurch kann die Produktivität eines Unternehmens erheblich gesteigert werden und Kosten werden gesenkt.

Gleichzeitig werden die Produktionsstrukturen innerhalb der intelligenten Fabriken durch Verknüpfung von Menschen, Werkstücken, Maschinen und Werkzeugen mittels Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) anpassungsfähiger gemacht. Die intelligent vernetzten Fertigungsinstanzen können untereinander kommunizieren und produktbezogene Informationen können jederzeit in Echtzeit und von überall aus abgerufen und für den Austausch bereitgestellt werden.

So können einerseits kleine und kleinste Losgrößen produziert werden, ohne dass die Produktionskosten explodieren und andererseits Mitarbeiter auf der gesamten Unternehmensebene auf dem laufenden bleiben und sich jederzeit über Auftragsdaten und Prozesspläne umfassend informieren. Auch die Steuerung des Fertigungsprozesses kann jederzeit eingesehen werden.

Kundenzentrierte Lösungen

Im Rahmen der Industrie 4.0 rücken Konsumenten und Produzenten immer näher zusammen. Der Kunde steht im Mittelpunkt der Produktentwicklung: Was wünscht er sich? Und wie kann Digitalisierung helfen, diesen Wunsch zu erfüllen? Mittels der Verknüpfung durch modernste IKT können Maschinen, Werkstücke und Produktionsmitarbeiter in der Fabrik von morgen untereinander kommunizieren und kooperieren. Das ermöglicht neue Formen der Produktionsorganisation und hilft starre Fertigungsstrukturen aufzubrechen. So können Produkte teilweise individuell vom Kunden mitgestaltet und kostengünstig umgesetzt werden (z.B. Design von Turnschuhelementen). Gleichzeitig können smarte Produkte, die schon beim Kunden sind, durch das Senden von Daten den Herstellern das Erkennen von Wünsche, die die Zielgruppen haben könnten, erleichtern. Produkte werden schneller optimiert und Kunden können neuartige Services angeboten werden (z.B. automatisches Nachbestellen von Waschmittel für Waschmaschinen).

Logistik 4.0: intelligente Logistiklösungen

Logistik 4.0 beschreibt wiederum die intelligente Vernetzung und Digitalisierung von logistischen Prozessen, Lieferkettenpartnern und Kunden durch moderne Informations- bzw. Kommunikationstechnologien.

Logistik 4.0 arbeitet interdisziplinär: Durch die unternehmensübergreifende Verfügbarkeit von Daten über standardisierte Schnittstellen können alle Mitglieder einer Wertschöpfungskette (vertikal) und mehrere Wertschöpfungsketten (horizontal) miteinander verbunden werden.

Primäre Ziele der Logistik 4.0 sind zum einen die Effizienzsteigerung durch Transparenz, Automatisierung, Fehlerreduktion, Bündelung und Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit. Zum anderen die Effektivitätssteigerung durch Flexibilität und individualisierte Dienstleistungen, Prozesse und Produkte.

Um die Logistik 4.0 Realität werden zu lassen, werden Technologien wie GPS, Barcode, Sensoren zur Identifikation, Internet, Electronic Data Interchange (EDI), On-Premise und Cloud-Computing sowie Algorithmen und Apps eingesetzt, die Prozesse eigenständig steuern und organisieren. Durch die Verbindung über ein einheitliches Informationssystem, können smarte Objekte und Prozesse untereinander kommunizieren, voneinander lernen und selbstständig Entscheidungen treffen. Sie melden z.B. fehlendes Produktionsmaterial (Beschaffungs-, Produktions- und Distributionslogistik), berechnen ideale Lieferwege und optimieren die Beladung von Logistikfahrzeugen (Transportlogistik), geben Echtzeitinformationen über den Aufenthalt von Waren (Informationslogistik) oder verwalten Produkte voll automatisiert im virtuellen Warenlager (Lagerlogistik).

Chancen und Herausforderungen

Die Industrie 4.0 bietet Wachstumschancen und Wettbewerbsvorteile für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Dank der intelligenten Vernetzung und der Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette, kann die Produktion individualisiert und effizienter gemacht werden. So prognostizieren Experten Produktivitätssteigerungen von bis zu 30 Prozent bis 2025. Außerdem entstehen durch die Digitalisierung der Industrie neue Geschäftsmodelle und neue Perspektiven für Beschäftigte.

Doch die tiefgreifenden technischen Änderungen, die mit der Industrie 4.0 einhergehen, stellen Unternehmen (vor allem kleine und mittlere) gleichzeitig vor enorme Herausforderungen.

Standardisierung von Schnittstellen

Mit der fortschreitenden Digitalisierung und Vernetzung der Industrie entstehen immer mehr Schnittstellen. In so gut wie jedem Unternehmen sind verschiedene Softwarelösungen im Einsatz, welche nur selten untereinander kompatibel sind. Da im Rahmen der Industrie 4.0 jedoch alle Systeme untereinander vernetzbar sein müssen, ist die Standardisierung von Schnittstellen essenziell und stellt gleichzeitig eine der größten Herausforderungen dar.

IT-Sicherheit

Eine weitere Herausforderung der Industrie 4.0 liegt im Bereich der IT-Sicherheit. Denn mit einer umfassenden Vernetzung und dem zunehmenden Datenfluss steigen auch die Risiken für Hacker-Angriffe. Die können in der Industrie 4.0 schnell erhebliche wirtschaftliche Folgen haben. Daher muss für sichere Lösungen im Bereich der Vernetzung und Digitalisierung gesorgt werden und es braucht einheitliche branchenübergreifende Sicherheitsstandards.

Big Data und KI

Die Sensoren und Chips, die eine intelligente Vernetzung aller Maschinen der Produktionskette möglich machen, sammeln gigantische Datenmengen. Um Prozesse wirklich nachhaltig zu optimieren und dauerhaft wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen diese Datenmengen von Experten aufbereitet und ausgewertet werden.

Qualifizierung der Mitarbeiter

Die Digitalisierung wird die Anforderungen die an Unternehmen, aber auch an die einzelnen Arbeitnehmer gestellt werden verändern, weshalb eine zukunftsfeste Qualifizierung der Mitarbeiter schon heute von zentraler Bedeutung ist.

Hoher Investitionsbedarf

Zwar verspricht die Industrie 4.0 die Produktivität von Unternehmen erheblich zu steigern, jedoch erfordert die Anschaffung von Industrie 4.0 Lösungen erst mal einen erheblichen Investitionsaufwand, welcher gerade für kleine und mittlere Unternehmen oft schwer zu stemmen ist.