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Industrie 4.0: Die Zukunft der Produktion

Mit Industrie 4.0 wird die Vernetzung von Menschen, Maschinen, Produkten und Prozessen umschrieben. Wie genau funktioniert das? Welche Rolle spielt dabei das Internet der Dinge (IoT), und welche Vorteile ergeben sich daraus? Wir geben dir einen Überblick.

Bild: Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 bezeichnet die intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Produkten mit dem Ziel, industrielle Prozesse schneller, sicherer und effizienter zu machen.

Eine tragende Rolle spielen dabei der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI), des Industrial Internet of Things (IIoT) und anderer digitaler Errungenschaften wie beispielsweise Digitale Zwillinge oder Maschine Learning.

In diesem Artikel zeigen wir euch, wie die Industrie 4.0 funktioniert, welche Prozesse und Geschäftsmodelle sie möglich macht, und was Unternehmen bei der Umstellung beachten sollten.

Key Takeaways:

  • Die vierte Industrielle Revolution: Die Industrie 4.0 wird auch als die vierte industrielle Revolution bezeichnet. Hier ist nicht mehr der Computer als Endgerät, sondern der Datentransfer (meist per Internet) und die Daten selbst tragende Elemente. Durch die Möglichkeit der weltweiten Vernetzung von Echtzeitdaten, können neue, ortsunabhängige Produktionsprozesse umgesetzt werden.
  • Intelligente, vernetzte Fertigung: Industrie 4.0 ermöglicht eine intelligente, vernetzte Fertigung durch die Integration fortschrittlicher Technologien. Die Verbindung von Künstlicher Intelligenz (KI), Industrial Internet of Things (IIoT) und spezialisierten Datenanalyse-Tools macht eine genaue Überwachung und Steuerung von Geräten, Anlagen und Prozessen möglich.
  • Moderne Anlagenüberwachung in Echtzeit: Wartungs- und Instandhaltungsprozesse haben sich vor dem Hintergrund der Industrie 4.0 stark verändert. Durch den Einsatz von IoT-Sensoren können Maschinen- und Anlagendaten in Echtzeit erhoben, analysiert und ausgewertet werden. Das macht eine präzisere Anlagenüberwachung und damit auch neue Geschäftsmodelle möglich.

Was ist Industrie 4.0?

Die Industrie 4.0 beschreibt den Prozess der digitalen Transformation in der Industriebranche. Umgesetzt wird dieser Prozess mittels einer Technologie, die die physische Welt der Maschinen und Geräte mit der virtuellen Welt der Daten und Netzwerke vereint.

Eine der wichtigsten Grundlagen dafür ist das IoT (Internet of Things). Hierbei werden Daten (zum Beispiel Temperatur oder Windgeschwindigkeit) von realen Geräten oder Anlagen mittels Sensoren erfasst, und per Internet oder lokalem Netzwerk an andere intelligente Geräte und/oder zentrale Datenbanken übertragen. Dort werden die Daten analysiert und weiterverarbeitet, dienen als Basis für intelligente Steuerungssysteme oder lösen automatisierte Prozesse aus.

Auf Grundlage dieses ständigen Datentransfers entsteht ein intelligentes Netzwerk, das in Echtzeit arbeitet und für eine hohe Effizienz und Flexibilität in der Produktion sorgen kann.

IIoT in der Industrie 4.0

Kommen IoT-Systeme im industriellen Sektor zum Einsatz, spricht man üblicherweise von IIoT (Industrial Internet of Things). Der Unterschied zwischen IoT und IIoT liegt also im Anwendungsfeld begründet. Während IoT-Systeme einen weiteren Bereich - wozu auch Smart-Citys oder Smart-Home-Konzepte gehören - abdeckt, beschränkt sich IIoT auf die Implementierung von IoT-Sensoren in Geräten, Anlagen oder anderen Betriebsmittel.

Industrie 4.0: Ein Beispiel

Schauen wir uns anhand eines einfaches Beispiels an, wie die Prozesse in der Industrie 4.0 ablaufen. Stellen wir uns dazu eine Windkraftanlage vor, in der IIoT-Sensoren implementiert sind. Die Sensoren erheben permanent Echtzeitdaten zum Betriebslauf, messen beispielsweise Vibration, Windgeschwindigkeit und Temperatur.

Diese Daten können nun an eine Plattform übertragen und dort weiterverarbeitet, d.h. von spezialisierten Software-Tools analysiert und ausgewertet werden. Da Datenerhebung, Datenübertragung und die Auswertung der Daten permanent und in Echtzeit passieren, kann die Windkraftanlage auch permanent und in Echtzeit überwacht werden.

Auf Grundlage der eingehenden Daten kann darüber hinaus ein Muster gebildet werden, das den optimalen Betriebsverlauf anzeigt. Abweichungen (z.B. plötzlich erhöhte Temperatur oder ungewöhnlich starke Vibration) können dann sofort erkannt, geprüft und - falls notwendig - angegangen werden. In diesem Kontext kommen auch Konzepte wie Digitale Zwillinge oder Maschine Learning zur Anwendung.

Somit wird in der Industrie 4.0 mit Hilfe von IIoT-Systemen eine Fernüberwachung und ein modernen Asset-Management möglich, bei dem Wartungsbedarfe vorausgesagt werden können (Predictive Maintenance), lange bevor es zu Verschleiß oder Ausfällen kommt.

Missverständnisse über die Industrie 4.0

Über die Industrie 4.0 ist viel Halbwissen im Umlauf. Im Folgenden klären wir über einige Missverständnisse auf:

  • Industrie 4.0 bedeutet nur die Einführung neuer Technologien: Häufig wird Industrie 4.0 auf die Einführung neuer Technologien wie IoT, künstlicher Intelligenz und Robotik reduziert. Tatsächlich geht es bei Industrie 4.0 um die intelligente Vernetzung von Prozessen und Maschinen mithilfe moderner Kommunikations- und Informationstechnologie.
  • Industrie 4.0 wird Arbeitsplätze kosten: Ein weiteres Missverständnis lautet: Industrie 4.0 führt zu einem massiven Verlust von Arbeitsplätzen. Tatsächlich kann die Einführung von Industrie 4.0-Technologien auch neue Arbeitsplätze schaffen, beispielsweise in den Bereichen Datenanalyse, Prozessoptimierung und Wartung.
  • Industrie 4.0 ist nur für große Unternehmen relevant: Auch das ist falsch. Auch kleine und mittelständische Unternehmen von Industrie 4.0 profitieren, beispielsweise indem sie in intelligente Maschinen investieren und so ihre Prozesse digitalisieren.
  • Industrie 4.0 ist eine rein technische Angelegenheit: Dass Industrie 4.0 eine rein technische Angelegenheit ist und keine Auswirkungen auf andere Aspekte der Produktion hat, ist ein weiteres Missversändnis. Tatsächlich setzt Industrie 4.0 eine Anpassung der Unternehmenskultur und der Arbeitsorganisation voraus. Nur so können die Vorteile dieser Technologien voll ausgeschöpft werden.
  • Industrie 4.0 ist nur ein Hype: Industrie 4.0 ist alles andere als ein vorübergehenden Trend oder Hype. Die digitale Transformation bedeutet einen tiefgreifenden Wandel der industriellen Produktion, der bereits begonnen hat und in den nächsten Jahren weiter an Bedeutung gewinnen wird.

Welche Vorteile bietet die Industrie 4.0?

Die Industrie 4.0 bietet Unternehmen zahlreiche Vorteile hinsichtlich ihrer Fertigungs- und Prozessabläufe. Produktionen können effizienter, schneller, fehlerfreier und nahtloser gestaltet werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit zur weltweiten Vernetzung, die ortsunabhängige Kooperationen möglich machen und somit starke Wettbewerbsvorteile einbringen.

Zudem ergeben sich vor dem Hintergrund der Industrie 4.0 neue Geschäftsmodelle wie beispielsweise Asset-as-a-Service und andere Ansätze, die aktuell unter dem Begriff Servitization zusammengefasst werden. Dazu später mehr. Hier zunächst die wichtigsten Vorteile, die die Industrie 4.0 direkt in der Produktion mit sich bringt:

  • Effizienzsteigerung: Die Automatisierung von Produktionsprozessen und der Einsatz intelligenter Systeme beschleunigt Betriebsabläufe und steigert deren Effizienz. Maschinen und Anlagen können ohne Unterbrechung laufen.
  • Flexibilität: Industrie 4.0 ermöglicht eine Produktion, in der Anlagen schnell auf neue Produkte und auf Kundenanforderungen umgestellt werden können.
  • Höhere Produktqualität: Eine bessere Produktion steigert die Qualität der Produkte. Der Einsatz von Sensoren und Echtzeit-Datenanalyse erlauben es, Qualitätskontrollen während des gesamten Herstellungsprozesses durchzuführen.
  • Kostenreduktion: Im Zuge der Industrie 4.0 können Herstellungskosten dadurch reduziert werden, dass Maschinenausfälle und Verschleißt frühzeitig erkannt und dadurch nahezu ausgeschlossen werden können. Teure Notfallreparaturen sind nicht mehr notwendig.
  • Höhere Sicherheit: Durch stetige Kontrollen der Maschinen und Anlagen können auch die Sicherheitsstandarts in der Herstellung erhöht werden. Automatisierte Systeme und Robotik können dort eingesetzt werden, wo Einsätze für Menschen gefährlich wären.
  • Strategische Planung: In der Industrie 4.0 werden enorme Datenmengen erhoben, analysiert, gesammelt und gespeichert. Unternehmen können auf die Datenauswertungen zurückgreifen, und fundierte Entscheidungen zu treffen. Datenanalyse kann außerdem tiefe Einblicke in Marktbedürfnisse gewährleisten und Geschäftschancen offenlegen.
  • Personalisierte Produkte: Industrie 4.0 erlaubt eine auf spezifische Kundenbedürfnisse zugeschnittene Fertigung.
  • Nachhaltigkeit: Durch die kontinuierliche Optimierung von Produktionsprozessen und einen effizienten Einsatz von Ressourcen wird eine nachhaltige Fertigung möglich.

Neue Geschäftsmodelle in der Industrie 4.0

Im Zuge der mit der Industrie 4.0 einhergehenden Transformationen werden neue, serviceorientierte Geschäftsmodelle möglich, die derzeit unter dem Begriff Servitization zusammengefasst werden.

Bei diesen Modellen handelt es sich um Ansätze, die sich von dem einfachen Verkauf einzelner Endprodukte entfernen, und stattdessen Dienstleistungen in den Mittelpunkt ihres Angebotes stellen.

Unternehmen, die auf Servitization-Modelle setzen, profitieren von einer stärkeren Kundenbindung, schützen sich vor Konkurrenzangeboten aus Niedriglohnländern und können sich durch mehr Flexibilität und einer individuellen Angebotsgestaltung Marktvorteile verschaffen. Hier die wichtigsten Vorteile auf der Geschäftsebene im Überblick:

  • Stärkere Kundenbindung: Durch das Anbieten von Dienstleistungen werden langfristige, engere Beziehungen ausgebaut.
  • Schutz vor Konkurrenz aus Niedriglohnländern: Da der Fokus des Angebotes nicht länger auf dem Produkt, sondern auf dem Service liegt, haben es Wettbewerber aus Niedriglohnländern, die ihren Vorteil oft aus billigeren Angeboten ziehen, schwieriger, zu konkurrieren.
  • Individuelle Angebotsgestaltung: Im Rahmen der Servitization können auf die Kunden zugeschnittene Angebote erstellt werden und auf individuelle Bedürfnisse besser eingegangen werden.
  • Zusätzliche Einnahmequelle: Durch das Anbieten von Dienstleistungen können Unternehmen neue Einnahmequellen erschließen und ihre Geschäftsmodelle diversifizieren.
  • Wettbewerbsvorteile: Im Rahmen der Servitization können sich Unternehmen durch innovative Dienstleistungen und Mehrwertangebote von der Konkurrenz abzuheben.
  • Kontinuierliche Verbesserung: Durch die fortlaufende Interaktion mit Kunden ergeben sich wertvolle Rückmeldungen, die zur kontinuierlichen Verbesserung von Produkten und Services genutzt werden können.

Wie kann Industrie 4.0 in Unternehmen umgesetzt werden?

Die Implementierung von moderner Technologie im Sinne der Industrie 4.0 erfordert eine umfassende Planung und Vorbereitung. Zunächst müssen die vorhandenen Maschinen und Anlagen vernetzt und digitalisiert werden. Hierbei kommen unterschiedliche Assets wie zum Beispiel Sensoren und Aktoren zum Einsatz, die in die entsprechenden Geräte integriert werden und Daten zum Betriebslauf oder unmittelbaren Umfeld erheben.

Ein nächster wichtiger Punkt ist die Beschaffung und Installation von Datenübertragungstechnologien sowie Datenverarbeitungsplattformen, an die die erhobenen Informationen weitergegeben und in denen diese entsprechend verwerten werden zu können. Hier spielen, je nach Unternehmen, unterschiedliche Analyse-Tools eine tragende Rolle.

IoT-Daten richtig ausschöpfen

Wichtig ist, sich klar zu machen, dass die erhobenen Daten nicht nur bloße Informationen, sondern wichtige Ressourcen sind, die in mehrfacher Hinsicht Anwendung finden können. Im Smart-Field-Service beispielsweise, sind die IoT-Daten nicht nur wichtige Grundlage für die unmittelbaren Echtzeitüberwachung von Anlagen, sondern auch wichtige Ressourcen für den Außendienst, der Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten umsetzen soll.

Die Herausforderung “Big Data”

Auch die Bedeutung von Big Data ist nicht zu unterschätzen, wenn man Teil der Industrie 4.0 werden will. Mit Big Data werden quasi die Qualität und Quantität von Daten umschrieben, die mittels IoT-Sensoren erhoben und versendet werden. Neu ist hierbei die Komplexität und Vielfältigkeit der Daten, sowie die kurzen Zeitabstände, in denen diese transferiert werden. Das setzte eine robuste digitale Infrastruktur voraus, die mit der Daten-Verarbeitung nicht überfordert ist.

Mitarbeiter auf den Umstieg vorbereiten

Ein weitere, nicht zu unterschätzender Faktor bei der Umsetzung von Industrie 4.0 ist auch die Schulung der Mitarbeiter. Denn eine erfolgreiche Umsetzung erfordert nicht nur technisches Know-how, sondern auch eine Veränderung der Arbeitsprozesse und eine Umstellung auf neue Technologien.

Herausforderungen der Industrie 4.0

  • Investitionskosten

    Die Umsetzung von Industrie 4.0 erfordert Investitionen in neue Technologien und Schulungen für Mitarbeiter. Dies kann für kleinere Unternehmen eine finanzielle Belastung darstellen.

  • Datensicherheit

    Mit der Vernetzung und dem Austausch von Daten in Echtzeit steigt auch das Risiko von Datenmissbrauch und Cyber-Angriffen. Unternehmen müssen daher geeignete Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, um ihre Daten zu schützen.

  • Fachkräftemangel

    Der Erfolg von Industrie 4.0 hängt auch von qualifizierten Mitarbeitern ab, die in der Lage sind, die neuen Technologien zu implementieren und zu nutzen. Derzeit besteht jedoch ein Fachkräftemangel in diesem Bereich.

  • Komplexität der Prozesse

    Die Implementierung von Industrie 4.0 erfordert eine Umstrukturierung von Geschäftsprozessen und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Abteilungen im Unternehmen.

Die Zukunft der Industrie 4.0

Werfen wir einen Blick in Zukunft auf die möglichen zukünftigen Entwicklungen in der Industrie 4.0, so können wir davon ausgehen, dass bereits umgesetzte Prozesse und Technologien weiter optimiert und in breiteren Feldern Anwendung finden werden. Damit steigt nicht nur die Qualität industrieller Fertigungsprozesse, sondern auch die Notwendigkeit robuster Cybersecurity-Maßnahmen. Hier einige Punkte, die das Voranschreiten der Industrie 4.0 begleiten könnten:

  • Emerging Technologies: Neue Technologien werden in Zukunft immer häufiger in industrielle Systeme integriert werden, wodurch sich Analysefähigkeiten und Automatisierungsoptionen verbessern. Dadurch werden noch präzisere Vorhersagen über Wartungszeiten und Produktionskapazitäten gemacht werden können.
  • Cybersecurity: Desto mehr Geräte und Systeme im Zuge der Industrie 4.0 miteinander vernetzt sind, desto höher ist auch die Gefahr, die von Cyberangriffen ausgeht. Daher müssen robuste Cybersecurity-Maßnahmen implementiert werden.
  • Nachhaltigkeit und Effizienz: Die Industrie 4.0 legt einen starken Fokus auf die Themen Nachhaltigkeit und Effizienz. Durch optimierte Ressourcennutzung und reduzierte Energieverbräuche kann die Umweltbelastung zunehmend minimiert werden.
  • Globale Perspektive: Auch wenn die Industrie 4.0 weltweit voranschreitet, gibt es doch regionale Unterschiede hinsichtlich Entwicklung, Adaption und Implementierung. Das führt unmittelbar zu einer vielfältigen globalen Landschaft, die internationalen Austausch und Kooperationen verlangt.
  • Einsatz von Blockchain-Technologie: Die Blockchain-Technologie könnte zunehmend zur Gewährleistung von Transparenz und Sicherheit in Lieferketten und bei der Datenspeicherung genutzt werden. Sie bietet eine unveränderliche Aufzeichnung von Transaktionen und Produktionsprozessen, die Manipulationen vorbeugt und die Nachverfolgbarkeit verbessert.
  • Welche Branchen sind von der Ausbreitung der Industrie 4.0 betroffen?

    Industrie 4.0 hat Auswirkungen auf verschiedene Branchen, nicht nur auf die traditionell industriellen wie Fertigung und Produktion, sondern auch auf Bereiche wie Gesundheitswesen, Logistik, Energie, Landwirtschaft und sogar das öffentliche Verkehrswesen.

  • Was für Auswirkungen hat Industrie 4.0 auf die Arbeitswelt?

    Industrie 4.0 verändert die Arbeitswelt erheblich. Neue Berufsbilder wie Datenanalysten, IoT-Spezialisten und Robotikexperten entstehen. Gleichzeitig verändern sich auch bestehende Berufe, da Mitarbeiter zunehmend mit digitalen Technologien arbeiten und Fähigkeiten wie Datenanalyse und Problemlösung gefragt sind.

  • Wie beeinflusst Industrie 4.0 die nachhaltige Produktion?

    Industrie 4.0 kann zur Förderung der Nachhaltigkeit beitragen, indem es Energieeffizienz verbessert, Ressourcenverbrauch reduziert und die Nutzung erneuerbarer Energien optimiert. Durch Echtzeitüberwachung und -steuerung können Abfall reduziert und Umweltauswirkungen minimiert werden.

  • Wie wichtig ist die Cybersicherheit in Industrie 4.0?

    Cybersicherheit ist ein entscheidender Aspekt von Industrie 4.0. Durch die zunehmende Vernetzung von Systemen und den Zugriff auf Daten besteht das Risiko von Cyberangriffen und Datenverlust. Daher ist es wichtig, robuste Sicherheitsmaßnahmen zu implementieren, um die Integrität und Vertraulichkeit der Daten zu schützen.

Fazit:

Die Industrie 4.0 ist zugleich eine Chance wie eine Herausforderung. Durch die Kombination von fortschrittlicher Datenanalyse, Künstlicher Intelligenz, Maschinenlernen, Automatisierung, IoT oder auch mobiler Software mit dazugehöriger App ermöglicht Industrie 4.0 eine intelligente, vernetzte Fertigung, die schnellere Reaktionszeiten, höhere Produktivität und höhere Qualität in Aussicht stellt. Auch wenn eine so gewaltige technologische Umstellung nicht einfach ist, dürfte schon jetzt klar sein: Es lohnt sich, der Industrie 4.0 mehr Beachtung zu schenken.

Wenn du mehr wissen willst, dann lese hier weiter zur sogenannten Instandhaltung 4.0.

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