Was ist Industrie 4.0?

© Christian Kruppa

Der Begriff „Industrie 4.0“ ist in aller Munde. Der digitale Wandel hält Einzug in die industrielle Produktion. Doch was genau verbirgt sich hinter dem Begriff und was war vor dem Internet der Dinge, dem Internet of Things?

Die industrielle Produktion ist seit Jahrhunderten geprägt durch Revolutionen. Nach der Mechanisierung (Industrie 1.0), der Massenproduktion (Industrie 2.0) und der Automatisierung (Industrie 3.0) hält seit einigen Jahren mit Industrie 4.0 das Internet der Dinge und Dienste, auch Internet of Things (kurz IoT) Einzug in die Produktion, die dank zunehmender Digitalisierung immer individueller und effizienter wird. Industrie 4.0 steht deshalb für die vierte industrielle Revolution.

Industrie 4.0 in der Produktion

Die dahinter stehenden Technologien bringen dem Wirtschaftsstandort Deutschland enorme Wachstumschancen und Wettbewerbsvorteile. Denn dank neuer Formen der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette, die Industrie 4.0 mit sich bringt, prognostizieren Experten bis 2025 Produktivitätssteigerungen von bis zu 30 Prozent für smart ausgerichtete Unternehmen. Doch gehen damit hohe Anforderungen an Industrie 4.0 einher.

Smart Factory

Vernetzung und Austausch sind wichtige Elemente des digitalen Wandels innerhalb der Automatisierungstechnik. Denn die intelligenten und miteinander vernetzten Maschinen tauschen – ähnlich wie in sozialen Netzwerken – Informationen direkt untereinander in Echtzeit aus. In der „Smart Factory“ organisieren sich die Produktionsanlagen selbstständig und koordinieren Abläufe und Termine untereinander. Dadurch wird die Produktion flexibler, dynamischer und effizienter. Zudem kommunizieren die Maschinen direkt mit allen IT-Systemen des Unternehmens und damit direkt mit den Mitarbeitern. So ist etwa der Informationsfluss beispielsweise zum Vertrieb oder der Entwicklungsabteilung durchgängig gegeben.

Industrie 4.0 weltweit

Der Austausch unter den Maschinen funktioniert nicht nur innerhalb eines Produktionsstandortes. Auch weltweit können sich Maschinen vernetzen, egal ob innerhalb des Unternehmens oder mit den Systemen von Zulieferern oder Kunden. Große Lagerhaltungen werden damit vermieden, da Lieferanten direkt nach Bedarf und jederzeit zuliefern können. Auch auf Abweichungen oder Ausfälle reagieren die intelligenten Fabriken schnell. Fällt ein Lieferant aus, analysieren die smarten Technologien in Echtzeit Alternativen hinsichtlich Kapazitätsauslastung oder Kosten und beauftragen den Lieferanten automatisch.

Industrie 4.0 verändert die Arbeitswelt

Auch wenn vieles digitalisiert wird: Der Mensch bleibt in der „Smart Factory“ weiterhin zentraler Bestandteil der Produktion. Er steuert und überwacht als „Augmented Operator“ die Fertigungsabläufe des Produktionsnetzwerks. Mit Hilfe von IT-basierten Assistenzsystemen wie etwa einer Datenbrille kann der „Augmented Operator“ seine Sicht auf die reale Fabrik „virtuell“ erweitern (augmented reality = erweiterte Realitätswahrnehmung). Auch mittels mobiler Endgeräte, 3D-Druck und -Scan sowie Simulationen der Produktion und Produkte stellen Assistenzsysteme dem Mitarbeiter die gerade benötigten Informationen möglichst einfach, schnell, jederzeit und überall zur Verfügung. Auf diese Weise unterstützen sie den Menschen in der Interaktion mit der Maschine, gehen auf die individuellen Möglichkeiten und Bedürfnisse der Mitarbeiter ein und bieten das Potenzial, ältere Menschen länger in das Berufsleben einzubinden.

Smart Products

Bei der Entwicklung von Industrie 4.0-Technologien setzen Unternehmen stark auf sogenannte „Smart Products“. Die intelligenten Produkte führen etwa mit Hilfe von winzigen RFID-Chips Daten über Betriebs- und Produktzustände für sein eigenes virtuelles Abbild mit sich. Sie speichern die Informationen über ihre eigene Herstellung während ihrer gesamten Lebensdauer – vom ersten Produktionsschritt über die Nutzung beim Kunden bis hin zum Recycling. Schon der Rohling eines Produktes kennt seinen Auftraggeber wie Auftragsdaten, seinen aktuellen Zustand und kann über Produktionsschritte, die ihm zum fertigen Produkt noch fehlen, mit dem Unternehmen kommunizieren. Zum Beispiel kann er den Maschinen selbständig mitteilen, welche Form er haben muss oder ob er rot oder blau lackiert werden soll. Auf diese Weise kann ein Kunde sein Produkt viel individueller gestalten, und das bei gleichbleibenden oder sogar geringeren Kosten. Inzwischen erprobt beinahe jedes zweite Unternehmen mindestens ein Smart Produkt und jedes dritte Unternehmen verfügt bereits über marktfähige intelligente Produkte.

Produktion 4.0: Digitale Transformation

In der Produktionsarbeit der Zukunft wird neben der realen Produktionsstätte ein digitaler Zwilling der „Smart Factory“ samt aller Produkte und Ressourcen existieren. Er sorgt für die digitale Transformation der Produktion. Mit dem digitalen Abbild können sämtliche Produktionsprozesse, Produkte und Dienstleistungen virtuell simuliert werden. Der Bildschirm zeigt dann alternative Fertigungsabläufe und das Optimierungspotenzial der Produktionslinien, was wiederum zu Produktivitätssteigerungen führen kann. Zusätzlich ist es möglich, die Produktion in Echtzeit aus der Ferne zu steuern und zu überwachen. Zwar gibt es schon heute virtuelle Abbilder realer Fabriken, sie sind allerdings noch nicht in Echtzeit gekoppelt – Veränderungen im virtuellen Abbild führen nicht unmittelbar zu Veränderungen in der realen Fabrik und umgekehrt. Dennoch wird digitale Transformation bereits in der Produktion eingesetzt, etwa wenn die Produktion nicht erst nach Abarbeitung aller Prozesse die Fertigstellung meldet, sondern jeder aktuelle Bearbeitungsstand an die Produktions- und Planungssysteme rückgemeldet wird. So haben Mitarbeiter die Möglichkeit, auf mobilen Endgeräten überall und jederzeit Feinplanungsinformationen zu Fertigungsaufträgen abzurufen.

Intelligente Dienstleistungen: Smart Services

Aus den Smart Products lassen sich innovative Dienstleistungen entwickeln. Denn Industrie 4.0 endet nicht an den Fabriktoren. Intelligente Produkte steuern nicht nur aktiv ihren eigenen Produktionsprozess. Nach Auslieferung an den Kunden sind sie auch Plattform für neue Geschäftsmodelle, etwa innovative Dienstleistungen wie As-a-Service-Modelle. Diese Smart Services generieren sich aus intelligenten Produkten, die während ihrer Nutzungsdauer mit dem Internet verbunden sind und riesige Datenmengen (Big Data) über den eigenen Betriebs- und Produktzustand in einer Datencloud abspeichern. Dank der gewonnenen Daten werden aber nicht nur die Produkte optimiert, lernende Algorithmen verknüpfen die gelieferten Daten auch zu neuen Informationen (Smart Data). Sie sind die Grundlage, um dem Kunden neben dem physischen Produkt, individuelle datenbasierte Dienstleistungen (Smart Services) anzubieten. Beispielsweise kann ein Betreiber von Diagnosegeräten Daten über den gesamten Bestand der in seiner Verantwortung betriebenen Geräte sammeln und auswerten und daraus neue Services, etwa einen Diagnosevorschlag, generieren. Im Vergleich zu gegenwärtigen Geschäftsmodellen wird die zugrundeliegende Datenbasis um ein Vielfaches höher sein.