Industrie 4.0: Die Zukunft Ihrer Produktion
08.05.2023
Industrie 4.0: Die digitale Verknüpfung von Menschen, Maschinen und Produkten setzt den Startpunkt für die vierte industrielle Revolution.
Hier lesen Sie, wie Sie und Ihr Unternehmen von der Digitalisierung Ihrer Produktionsprozesse profitieren. Verschaffen Sie sich einen Überblick über die Vorteile, Herausforderungen und worauf Sie achten sollten, wenn Sie digitale Vernetzung in Ihrem Unternehmen einführen.
Was ist Industrie 4.0?
Die Industrie 4.0 wird auch als die vierte industrielle Revolution bezeichnet und umfasst die Digitalisierung der Produktion und die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) in industrielle Prozesse. Sie ist von einer engen Abstimmung und intelligenten Kommunikation zwischen Maschinen, Anlagen, Produkten und Menschen geprägt.
Diese Entwicklung ermöglicht es Ihrem Unternehmen, die Produktivität und Flexibilität zu steigern, die Qualität zu verbessern und die Effizienz zu erhöhen. Mithilfe von Daten und Automatisierung können beispielsweise Abfall, Produktionskosten und Stillstandszeiten reduziert und eine engmaschige Kontrolle von Produktionsprozessen ermöglicht werden.
Um diese Ziele zu erreichen, setzt die Industrie 4.0 auf eine Vielzahl neuer Technologien, die es ermöglichen, Daten in Echtzeit zu sammeln, zu analysieren und auf dieser Basis Entscheidungen zur Prozessoptimierung zu treffen:
Internet der Dinge (IoT)
Industrial Internet of Things (IIoT)
Robotik
Virtualisierung
Augmented Reality (AR)
Blockchain-Technologie
Spezialisierte Business-Software (wie z. B. ERP, MES oder APS)
Big Data (und entsprechende Analysetools)
Additive Produktionsverfahren (z. B.: 3D-Druck)
Die Technologien sollten horizontal und vertikal integriert werden: Die horizontale Integration ermöglicht hierbei eine nahtlose Kommunikation zwischen den verschiedenen Elementen einer Produktionsstufe. Die vertikale Integration hingegen bezieht sich darauf, verschiedene Produktionseinheiten oder -stufen zu vernetzen. Das bedeutet, dass Unternehmen Daten und Informationen von der Produktionsplanung bis zur Auslieferung des fertigen Produkts verfolgen können.
Die Vor- und Nachteile der Industrie 4.0
Wie bereits die industriellen Revolutionen zuvor birgt auch die Industrie 4.0 Vorteile und Herausforderungen für Unternehmen und Beschäftigte. Oft besteht hier eine Wechselwirkung. Einzelne Vorteile und Herausforderungen können sich auf die verschiedenen Stakeholder unterschiedlich auswirken. So stellt beispielsweise der Abbau von Arbeitsplätzen durch gestiegene Effizienz für die Beschäftigten zunächst eine gefühlte Bedrohung dar. Für Firmen hingegen geht dieser mit einer Kostenersparnis einher und es entstehen an anderer Stelle gleichzeitig neue, häufig höherqualifizierte Jobs.
Vorteile der Industrie 4.0
Neue Technologien vereinfachen Prozesse: von der Bestellung über die Produktion bis hin zur Lieferung.
Optimierte Produktionsprozesse steigern die Produktivität und führen zu einer höheren Wirtschaftlichkeit.
Lieferketten werden transparenter, was vor allem angesichts anspruchsvoller Kunden und aktueller gesetzlicher Vorgaben für Unternehmen wichtig ist.
Die Automatisierung von Prozessen minimiert Fehlerquellen.
Eine zielgenaue Analyse gewonnener Datenmengen (Big Data), aus der die richtigen Schlüsse gezogen werden, optimiert Bestände und Lieferketten.
Firmen können flexibel auf Marktänderungen reagieren.
Mögliche Nachteile der Industrie 4.0
Durch die Vernetzung und Automatisierung von Produktionsprozessen steigt auch das Risiko von Cyberangriffen.
Gerade für kleinere und mittlere Unternehmen stellen die hohen notwendigen Investitionen oft eine Hürde dar.
Es kann zu einem Abbau von Arbeitsplätzen kommen. Gleichzeitig haben die vorangegangenen industriellen Revolutionen gezeigt, dass immer auch neue Arbeitsplätze entstehen – allerdings mit anderen Jobprofilen, sodass Umschulungen notwendig werden.
Aufgrund von Umwälzungen am Arbeitsmarkt kann es zu Unsicherheiten bei den Beschäftigten kommen, wodurch die Akzeptanz für neu eingeführte Technologien sinken kann.
Hohe Erwartungen an die Industrie 4.0 können dazu führen, dass Unternehmen das Potenzial zu hoch einschätzen und zu ambitionierte Projekte scheitern.
Beispiele für die Industrie 4.0 in der praktischen Anwendung
Laut dem Researchdepartments des Portals Statista gaben in 2022 90% derneun von zehn befragten Führungskräften in Umfragenaus Industrieunternehmen in Umfragen an, bereits spezielle Anwendungen zu nutzen (65%) bzw. den Einsatz dieser zu planen (25%). Aktuell fallen also manche Lösungen der Industrie 4.0 noch in den Bereich Forschung und Entwicklung. Andere Projekte konzentrieren sich vor allem auf die Produktion und lassen noch einen ganzheitlichen Ansatz vermissen. Dennoch gibt es bereits praktische Anwendungen und konkrete Beispiele für Auswirkungen der Industrie 4.0.
Im Rahmen der vierten industriellen Revolution haben sich vier grundsätzliche Geschäftsfelder herauskristallisiert:
Smart Factory (intelligente Fabriken)
Smart Product (intelligente Erzeugnisse)
Smart Logistics (intelligente Lieferprozesse)
Smart Grid (intelligente Versorgungsnetze)
Die Smart Factory ist ein zentraler Baustein der Industrie 4.0. Hierbei werden verschiedene Technologien miteinander verknüpft, um die gesamte Produktion zu vernetzen. Im Bereich Smart Product sind einzelne Produkte und Halbzeuge mit Sensoren ausgestattet, um deren Lebenszyklus zu überwachen und zu verbessern. Bei all diesen Technologien spielt die Konnektivität eine entscheidende Rolle.
Im Rahmen von Smart Logistics geht es um die intelligente Steuerung der Lieferkette. Dabei kommen Technologien wie RFID (Nahbereichsfunkübertragung), GPS (Ortungssysteme) und Sensorik zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe werden der Standort, der Zustand und der Transportweg von Gütern verfolgt und optimiert. Ein Smart Grid wiederum beschreibt ein intelligentes Stromnetz, das durch den Einsatz von digitalen Technologien, Sensoren und Echtzeitdatenmanagement eine effiziente und nachhaltige Energieversorgung ermöglicht. Smart Grids sollen die Integration erneuerbarer Energiequellen, eine bessere Lastverteilung und Energiespeicherung ermöglichen.
Der digitale Zwilling („Digital Twin“) ist ein konkretes Anwendungsbeispiel für die Industrie 4.0 im Bereich der Produktion, beispielsweise in der Automobilindustrie. Ein digitaler Zwilling ist eine dreidimensionale, digitale Simulation eines Produkts oder einer Maschine. Kontrolldaten erlauben den Zugriff auf eine laufende Fertigungsstraße. Dabei können einzelne Bauteile simuliert und Wartungsarbeiten geplant werden. Diese Technologie lässt sich auch in der Entwicklung einsetzen. Teams können in einer simulierten 3D-Umgebung an einem Prototyp arbeiten.
Cobots ist die Abkürzung für „Collaborative Robots“. Es handelt sich um Leichtbauroboter mit geringem Platzbedarf, die in der Industrie 4.0 gemeinsam mit Menschen an einem einzelnen Werkstück arbeiten. Es geht also um eine Mensch-Roboter-Kollaboration. Wo zuvor ein Mensch allein gearbeitet hat, übernimmt ein Roboter einzelne, vor allem repetitive, Aufgaben und entlastet so Beschäftigte. Die Roboter können beispielsweise auf einer rollbaren Insel montiert und in verschiedenen Stationen angedockt und eingesetzt werden.
So setzen Sie Industrie 4.0 in Ihrem Unternehmen um
Die Erkenntnis, dass die Digitalisierung und die Industrie 4.0 die Zukunft von Unternehmen sichern können, hat sich mittlerweile branchenübergreifend durchgesetzt. Neun von zehn Unternehmen sehen die Digitalisierung laut einer Anfang 2022 veröffentlichten Umfrage des Digitalverbands Bitkom als Chance an. Acht von zehn haben bereits konkrete Digitalisierungsstrategien. Doch große Konzerne sind hier oft schon weiter als kleine und mittlere Unternehmen. Letzteren fehlt es teils an wichtigen Ressourcen wie Zeit oder Geld, um sich dem Thema zu widmen.
Daher sind Vorüberlegungen aus der Wissenschaft willkommen. In ihrem Fachbeitrag „Systematische Einführung von Industrie 4.0 für den Mittelstand“ haben Alexander Fay, Feras El Sakka und Timo Busert von der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg ein Anwendungsbeispiel erarbeitet, wie vor allem KMU bei der Einführung der Industrie 4.0 vorgehen können.
Schritt 1: Prozess- und Informationsflussanalyse: Hierbei geht es darum, dass die Verantwortlichen geeignete Start- und Zielwerte definieren und mögliche Schwachstellen bei den Informationsflüssen und Prozessen analysieren.
Schritt 2: Technologieneutrales Grobkonzept: Auf Basis der Analyse müssen Unternehmen einen digitalen Soll-Prozess erstellen.
Schritt 3: Technologiespezifisches Grobkonzept: In diesem Schritt analysieren Unternehmen geeignete Technologien und Möglichkeiten zur Verknüpfung bereits vorhandener Informationsflüsse. Hier werden bereits Feinkonzepte erstellt und verglichen und technologiespezifische Modelle auf die Soll-Prozesse übertragen.
Schritt 4: Implementierung: Der Roll-out sollte zunächst in einem vordefinierten Teilbereich erfolgen. Die gewonnene Erfahrung hilft bei der Umsetzung der Industrie-4.0-Strategie in den restlichen Bereichen.
Industrie 4.0 im Überblick
Die Industrie 4.0 hilft Unternehmen, die eigenen Prozesse entlang der Liefer- und Wertschöpfungskette zu optimieren.
Durch umfangreiche Digitalisierung wird die Kommunikation, Datenerhebung und Analyse verbessert. Unternehmen meistern so die vierte industrielle Revolution.
Die Vorteile überwiegen: mehr Transparenz, Vereinfachung der Prozesse, Fehlervermeidung durch Automatisierung, gestiegene Effizienz.
Herausforderungen können Anfälligkeit für Cyberattacken, Investitionskosten, fehlende Akzeptanz bei Mitarbeitenden sein.
Wichtig: Bei der Industrie 4.0 handelt es sich um eine ganzheitliche Strategie. Einzelne Forschungsprojekte und Insellösungen, die nicht mit allen Prozessen im Betrieb verknüpft sind, lassen Vorteile dieser vierten Industriellen Revolution ungenutzt.
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Häufig gestellte Fragen
Industrie 4.0 bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre gesamte Wertschöpfungskette effizienter und flexibler zu gestalten, indem sie modernste Technologien wie Internet of Things, künstliche Intelligenz und Robotik integrieren. Durch die Vernetzung von Maschinen und Systemen können Daten in Echtzeit erfasst und analysiert werden, um bessere Entscheidungen zu treffen und Prozesse zu optimieren. Dies kann zu höherer Produktivität, Qualität und Kosteneffizienz führen.
Die Einführung von Industrie 4.0 in einem Unternehmen birgt auch einige Herausforderungen. Dazu gehört die zunehmende Gefahr von Cyberangriffen, die oft hohen Investitionskosten, der Abbau von Arbeitsplätzen, überhöhte Erwartungen und mangelnde Akzeptanz.
Das Konzept der Industrie 4.0 wird durch den Einsatz verschiedener moderner Technologien umgesetzt. Dazu gehören Cyber-Physical-Systeme (CPS), bei denen Hochtechnologie mit menschlichem Denken und Handeln kombiniert wird, das Internet der Dinge (IoT), Cloud-Computing, Künstliche Intelligenz (KI) und Big Data, also die Auswertung riesiger Datenmenge mithilfe KI-gestützter Verfahren. Gemeinsamer Zweck dieser Bestandteile ist es, die Kommunikation zwischen Maschinen, Robotern, Produkten und Menschen zu verbessern.
Beispiele für Industrie-4.0-Anwendungen sind intelligente Fabriken (Smart Factories), autonome Logistik (Smart Logistics), vernetzte Produkte (Smart Products), automatisierte Fertigungsprozesse und Echtzeit-Datenanalyse zur Optimierung von Produktionsprozessen.
Das Prinzip der Industrie 4.0 kann in beinahe allen Sektoren und Branchen eingesetzt werden. Viele Anwendungsbeispiele finden sich in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektronikindustrie, dem Maschinenbau und der chemischen Industrie. Aber auch Logistik, Landwirtschaft und Gesundheitswesen können von der Einführung der voll vernetzten Industrie 4.0 profitieren.
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