Industrie 4.0 – Der Wandel der Produktion

Wie die Digitalisierung von Wertschöpfungsprozessen die Industrie vorantreibt

Smart Factory, Mass Customization und cyber-physische-Systeme bilden das Konzept der Industrie 4.0. Es besagt, dass Maschinen in Zukunft selbstständig unter- und miteinander kommunizieren, während Produktionsabläufe vom Menschen flexibel verändert werden können. Individuelle Produkte mit den niedrigen Preisen einer Massenfertigung stellen keine Unmöglichkeit mehr dar, sondern bestimmen die Industrie der Zukunft.

Unter der Industrie 4.0 versteht man ein Konzept, welches die Bundesregierung und die Industrie Deutschlands ins Leben gerufen haben. Der Name rührt daher, dass das Zukunftsprojekt die vierte industrielle Revolution einleitet.

Ziel der vierten Revolution ist das Gestalten einer intelligenten Fabrik der Zukunft, einer sogenannten Smart Factory. In dieser sollen Maschinen und Logistiksysteme sich selbst organisieren, indem sie miteinander vernetzt werden und untereinander kommunizieren. Dafür erhalten physische Gegenstände eine virtuelle Repräsentation im Internet, an die sie regelmäßig Daten senden. Die Verschmelzung der realen und virtuellen Welt bringt den Vorteil einer flexiblen, günstigen und variablen Produktion mit sich, in der Arbeitsabläufe problemlos verändert werden können.

Datenaustausch einzelner Instanzen
Um eine Vernetzung der beiden Welten zu gewährleisten, müssen Produktionsprozesse mit modernen Informations- und Kommunikationsnetzwerken verknüpft werden, um einen automatischen Datenaustausch  zu erreichen. Die Kommunikation der einzelnen Teile eines Produktionsablaufs erfolgt über Sensoren und Netzwerke. Auch unterschiedliche Unternehmen werden hierbei miteinander verknüpft, um für einen reibungslosen Informationsaustausch und einen optimalen Materialfluss zu sorgen. Für diesen Transfer müssen Informationen aller am Produktionsprozess beteiligten Instanzen in Echtzeit verfügbar sein.

Aufgrund großer Datenmengen online sollen Maschinen auf die Informationen zurückgreifen können, die für ihren Arbeitsprozess von besonderer Bedeutung sind. Dadurch werden Selbstoptimierung, Selbstkonfiguration sowie Selbstdiagnosen eigenständig durchgeführt. Zur Digitalisierung von Wertschöpfungsprozessen und dem weltweiten Zugriff auf Informationen benötigt es bestimmte Voraussetzungen, wie z.B., dass Investitionen schrittweise eingeführt werden müssen und dabei die bestehende Produktion nicht gefährden dürfen.

Die Basis der Industrie 4.0
Grundlage für die Industrie 4.0 bilden cyber-physische Systeme und das Internet der Dinge. Cyber-physische Systeme, kurz CPS, charakterisieren sich durch eine integrierte Software mit Sensoren. Diese Kombination ermöglicht es, Daten zu erfassen, zu speichern und an den Menschen zu kommunizieren. CPS stellen somit eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine dar.

Das Internet der Dinge wiederum besagt, dass industrielle Geräte eine zweite Identität im Netz besitzen, wohin das physische Gerät Informationen sendet. Aufgrund eines Austauschs an Informationen können intelligente Objekte eigenständig agieren. Computer, die in kleine Geräte eingepflegt werden, begreifen und entscheiden selbstständig und können somit unabhängig vom Menschen reagieren und ihren Servicebedarf mitteilen. Eine Entwicklung, die der deutschen Industrie auf dem Weltmarkt einen großen Vorteil einbringen wird.  

Die Entstehung intelligenter Objekte
Durch die Industrie 4.0 werden somit Prozesse miteinander vernetzt und selbstregulierend. Maschinen können über verknüpfte Endgeräte aus aller Welt gelenkt werden. Es erfolgt eine Neuorganisierung der Steuerung bei Produktionsketten.

Wie ein Produkt verarbeitet werden muss, sollen diese in Zukunft selbstständig über Sensoren an die Maschinen weitergeben. Barcodes oder RFID-Chips tragen die Anweisungen in sich und geben sie an die verarbeitenden Geräte weiter. So entstehen intelligente Objekte.

Individuelle Massenfertigung und weitere Ziele
Weitere Ziele der Industrie 4.0 stellen Wirtschaftlichkeit und eine umweltorientierte Fertigung sowie die Einführung der sogenannten Mass Customization dar. Das Prinzip der Mass Customization dient der Variabilität von Produktionsprozessen. Hierbei soll die Massenproduktion weiterhin aufrecht erhalten bleiben, dem Kunden jedoch mit kleinen Veränderungen eine Vielfalt an individuellen Produkten geboten werden. Dadurch können hochqualitative Produkte in vielen Kombinationen kostengünstig gefertigt werden.

Mithilfe der Industrie 4.0 können Geräte am Computer entworfen und virtuell auf ihre Funktionalität und Kompatibilität zu anderen Maschinen getestet werden. Sofern Probleme erkannt werden, können diese im Entwurf behoben und optimiert werden, sodass die Geräte nicht unkorrekt gebaut werden. Dies spart nicht nur Produktions- und Korrekturkosen, sondern auch Zeit und Ressourcen. Dieses Verfahren soll auch auf Produktionsabläufe übertragen werden.

Fazit
Viele Unternehmen investieren in die Forschung und Entwicklung im Bereich Fertigungstechnik, um ihren Beitrag zur Fabrik der Zukunft zu leisten. Dies verdeutlicht die wachsende Bedeutung des Zukunftsprojektes. Denn mithilfe der Industrie 4.0 sollen Arbeitsprozesse nicht nur flexibilisiert, optimiert und verselbstständigt werden. Es soll zudem zu einer Steigerung der Produktivität um ca. 30% und zu einer Ressourceneinsparung von ca. 25% kommen.

Das Projekt Industrie 4.0 ist somit gekennzeichnet durch eine Flexibilisierung der Produktion und einer Individualisierung der Produkte.  Intelligente Objekte sollen von Endgeräten von überall in Echtzeit gesteuert werden und eigenständig untereinander und mit dem Menschen kommunizieren. Ein neuer Meilenstein der Industrie wird mit diesem Projekt erreicht.  

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