Was ist Industrie 4.0?

Industrie-4.0-Technologien revolutionieren die Automatisierung, Überwachung und Analyse von Lieferketten durch intelligente Technologien.

Industrie 4.0 im Überblick

Industrie 4.0 hat die Art und Weise, wie Unternehmen ihre Produkte konzipieren, herstellen und vertreiben, neu definiert. Technologien wie das industrielle Internet der Dinge (IIoT), Cloud-Konnektivität, künstliche Intelligenz und Machine Learning sind heute tief in den Fertigungsprozess verwoben. Dieser einheitliche und integrierte Ansatz für die Fertigung führt zu vernetzten und intelligenten Produkten, Fabriken und Anlagen.

 

Die heutigen Industrie-4.0-Initiativen zielen auch darauf ab, symbiotische und lohnende Kooperationen zwischen Menschen und Technologie zu entwickeln. Wenn die Genauigkeit und Geschwindigkeit von 4.0-Tools mit der Kreativität, den Talenten und der Innovation Ihrer Mitarbeiter einhergeht, erzielen Sie sowohl für Ihre Mitarbeiter als auch für Ihr Geschäftsergebnis einen Gewinn. Ihre Fertigungsabläufe werden effizienter und produktiver, und Ihre Teams werden von vielen Routine- und Routineaufgaben entlastet. So haben sie die Möglichkeit, mit intelligenten Technologien zusammenzuarbeiten und sich besser für die sich entwickelnde technologische Landschaft und die KI-gestützte Arbeitswelt zu rüsten.

Industrie 4.0 wird allgemein als der Einzug der digitalen Industrietechnologie verstanden … Die mit Industrie 4.0 einhergehenden Transformationen ermöglichen es uns, Maschinen und Prozesse auf neue, äußerst produktive Weise zu nutzen.

– Daniel Burrus

Definition von Industrie 4.0

Industrie 4.0 kann als die Integration intelligenter digitaler Technologien in Fertigungs- und Industrieprozesse definiert werden. Es umfasst eine Reihe von Technologien, die industrielle IoT-Netzwerke, KI, Big Data, Robotik und Automatisierung umfassen. Industrie 4.0 ermöglicht eine intelligente Fertigung und die Schaffung intelligenter Fabriken. Ziel ist es, die Produktivität, Effizienz und Flexibilität zu steigern und gleichzeitig eine intelligentere Entscheidungsfindung und Anpassung in Fertigungs- und Lieferkettenabläufen zu ermöglichen.

 

Und jede Definition von Industrie 4.0 müsste auch ihren Ursprung aus dem Begriff Vierte industrielle Revolution enthalten. Seit den 1800er Jahren haben wir drei industrielle Revolutionen erlebt. Sie wurden als „Revolutionen“ bezeichnet, weil die Innovationen, die sie vorangetrieben haben, nicht nur die Produktivität und Effizienz leicht verbesserten – sie revolutionierten völlig, wie Waren produziert und wie die Arbeit erledigt wurde. Wir befinden uns jetzt in der vierten industriellen Revolution, auch Industrie 4.0 genannt.

 

Erste industrielle Revolution

Die erste industrielle Revolution fand zu Beginn des 19. Jahrhunderts statt. Die Erfindung der Dampfmaschine reduzierte die Abhängigkeit der Industrie von tierischer und menschlicher Arbeit und läutete ein neues Zeitalter der Fertigung und Präzisionstechnik ein.

 

Zweite industrielle Revolution

Ein Jahrhundert später führte der zunehmende Einsatz von Erdöl und elektrischer Energie dazu, dass Maschinen schlanker und weniger umständlich sein konnten. Die Zweite Industrielle Revolution wurde von der Montagelinie und den Massenproduktionsprozessen angetrieben, von denen viele noch heute im Einsatz sind.

 

Dritte industrielle Revolution

Um die Mitte des20. Jahrhunderts trafen Computer die Szene. Die Dritte industrielle Revolution sah die frühe Entwicklung der Fabrikautomatisierung und Robotik. In dieser Ära wurden auch die ersten computergestützten Geschäftssysteme eingesetzt, die für die Verwaltung und Analyse von Daten entwickelt wurden.

 

Vierte industrielle Revolution

Heutzutage wird die Fertigung zunehmend von Informationen angetrieben. Riesige Datenmengen kommen aus dem gesamten Unternehmen und aus aller Welt, in Echtzeit und rund um die Uhr. KI ist das Herzstück der vierten industriellen Revolution und ermöglicht es den Herstellern, all diese Daten nicht nur zu sammeln, sondern auch zu nutzen – für Analysen, Vorhersagen, Erkenntnisse und Berichte. Industrie 4.0 lässt sich nicht auf eine singuläre Technologie herunterbrechen, sondern zeichnet sich vielmehr durch die nahtlose Integration einer Reihe von Systemen, Tools und Innovationen aus.

Technologien von Industrie 4.0

Industrie 4.0 stützt sich auf neun technologische Säulen. Diese Innovationen schlagen eine Brücke zwischen der physischen und der digitalen Welt und ermöglichen intelligente und autonome Systeme. Unternehmen und Lieferketten nutzen bereits einige dieser fortschrittlichen Technologien, aber das volle Potenzial von Industrie 4.0 kommt erst dann zum Tragen, wenn sie gemeinsam genutzt werden.

Technologien von Industrie 4.0

  1. Big-Data- und KI-Analysen: In einer Industrie-4.0-Landschaft werden Big Data aus einer Vielzahl von Quellen gesammelt. Dazu gehört natürlich auch die Erfassung von Daten von Anlagen, Equipment und IoT-fähigen Geräten. Datenquellen erstrecken sich auch außerhalb der Produktionsstätte, in andere Bereiche des Unternehmens und der Welt. Sie können alles umfassen, von Kundenrezensionen und Markttrends, die F&E und Design informieren, bis hin zu Wetter- und Verkehrs-Apps, die für eine reibungslosere Logistik sorgen. KI-gestützte Analysen und maschinelles Lernen werden in Echtzeit auf die Daten angewendet, und Erkenntnisse werden genutzt, um die Entscheidungsfindung und Automatisierung in allen Bereichen der Fertigung und des Lieferkettenmanagements zu verbessern.
  2. Horizontale und vertikale Integration: Ein wesentliches Rahmenwerk von Industrie 4.0 ist die horizontale und vertikale Integration. Durch die horizontale Integration werden Prozesse auf „Feldebene“ eng integriert – im Produktionsbereich, über mehrere Produktionsstätten und über die gesamte Lieferkette hinweg. Bei der vertikalen Integration sind alle Ebenen eines Unternehmens miteinander verbunden – und die Daten fließen frei vom Fertigungsbereich in den oberen Stockwerk und wieder zurück. Mit anderen Worten: Die Produktion ist eng mit Geschäftsprozessen wie F&E, Qualitätssicherung, Vertrieb und Marketing und anderen Abteilungen integriert, wodurch Daten- und Wissenssilos reduziert und Abläufe optimiert werden.
  3. Cloud Computing: Cloud Computing ist der „großartige Wegbereiter“ von Industrie 4.0 und der digitalen Transformation. Die heutige Cloud-Technologie bildet die Grundlage für modernste Technologien – von KI und maschinellem Lernen bis hin zur IoT-Integration – und bietet Unternehmen die Möglichkeit, Innovationen zu entwickeln. Die Daten, die Industrie-4.0-Technologien fördern, liegen in der Cloud, und die Cyber-Physischen Systeme im Kern von Industrie 4.0 nutzen die Cloud, um in Echtzeit zu kommunizieren und zu koordinieren.
  4. Augmented Reality (AR): Augmented Reality überlagert in der Regel digitale Inhalte in einer realen Umgebung. Mit einem AR-System können Mitarbeiter mithilfe von Datenbrillen oder mobilen Geräten IoT-Daten, digitalisierte Teile, Reparatur- oder Montageanweisungen, Schulungsinhalte und vieles mehr in Echtzeit visualisieren – und zwar bei der Betrachtung einer physischen Sache wie einem Equipment oder einem Produkt. AR zeichnet sich nach wie vor ab, hat jedoch erhebliche Auswirkungen auf Wartung, Service und Qualitätssicherung sowie auf die Ausbildung und Sicherheit von Technikern.
  5. Industrial Internet of Things (IIoT): Das Internet der Dinge (IoT) – genauer gesagt das Industrial Internet of Things – ist so zentral für Industrie 4.0, dass die beiden Begriffe oft austauschbar verwendet werden. Die meisten physischen Dinge in Industrie 4.0 – Geräte, Roboter, Maschinen, Geräte, Produkte – verwenden Sensoren und RFID-Tags, um Echtzeitdaten über ihren Zustand, ihre Leistung oder ihren Standort bereitzustellen. Mit dieser Technologie können Unternehmen reibungslosere Lieferketten betreiben, Produkte schnell entwerfen und ändern, Anlagenausfälle verhindern, die Präferenzen der Verbraucher im Blick behalten, Produkte und Bestände verfolgen und vieles mehr.
  6. Additive Fertigung/3D-Druck: Die additive Fertigung oder der 3D-Druck wurde zunächst als Rapid-Prototyping-Tool verwendet, bietet jedoch nun ein breiteres Anwendungsspektrum, von der Massenanpassung bis zur verteilten Fertigung. Mit dem 3D-Druck können Teile und Produkte als Konstruktionsdateien in virtuellen Beständen gespeichert und bei Bedarf bei Bedarf gedruckt werden – sowohl Kosten als auch der Bedarf an Offshore-/Offshore-Fertigung reduzieren. Jedes Jahr wächst das Ausmaß des 3D-Drucks vielfältiger und umfasst zunehmend Basisfilamente wie Metalle, Hochleistungspolymere, Keramiken und sogar Biomaterialien.
  7. Autonome Roboter: Mit Industrie 4.0 entsteht eine neue Generation autonomer Roboter. Für die Ausführung von Aufgaben mit minimalem menschlichen Eingriff programmiert, variieren autonome Roboter stark in Größe und Funktion, von Drohnen für das Scannen von Beständen bis hin zu autonomen mobilen Robotern für Kommissionier- und Platzvorgänge. Ausgestattet mit modernster Software, KI, Sensoren und maschinellem Sehen sind diese Roboter in der Lage, schwierige und heikle Aufgaben auszuführen – und können Informationen, die sie aus ihrer Umgebung erhalten, erkennen, analysieren und darauf reagieren.
  8. Simulation/digitale Zwillinge: Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Simulation einer realen Maschine, eines Produkts, eines Prozesses oder eines Systems basierend auf IoT-Sensordaten. Diese Kernkomponente von Industrie 4.0 ermöglicht es Unternehmen, die Leistung und Wartung von Industriesystemen und Produkten besser zu verstehen, zu analysieren und zu verbessern. Ein Anlagenbetreiber kann beispielsweise einen digitalen Zwilling verwenden, um einen bestimmten störenden Teil zu identifizieren, potenzielle Probleme vorherzusagen und die Produktivzeit zu verbessern.
  9. Cybersicherheit: Mit der zunehmenden Vernetzung und Nutzung von Big Data in Industrie 4.0 ist effektive Cybersicherheit von entscheidender Bedeutung. Durch die Implementierung einer Zero-Trust-Architektur und Technologien wie maschinelles Lernen und Blockchain können Unternehmen die Erkennung, Prävention und Reaktion von Bedrohungen automatisieren und das Risiko von Datenschutzverletzungen und Produktionsverzögerungen in ihren Netzwerken minimieren.

Lösungen für die Fertigung 4.0 in der Praxis

Die digitale Transformation im Zusammenhang mit Industrie 4.0 bringt sowohl die kulturelle als auch die operative Entwicklung mit sich. Durch die Vereinheitlichung und Verbindung von Personen, Daten und Assets schaffen Sie eine nahezu unbegrenzte Bandbreite an Optimierungspotenzialen. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele dafür, wie Industrie-4.0-Lösungen die Effizienz, Transparenz und Nachhaltigkeit in der Fertigung und in Lieferketten verbessern.

  • Kollaborative Design-Plattformen: Industrie 4.0 unterstützt die Schaffung von kollaborativen Design-Plattformen, auf denen F&E-Teams, Produktdesigner und Stakeholder aus dem gesamten Unternehmen auf Designdaten und ‑erkenntnisse zugreifen und ihren Beitrag dazu leisten können. Dieser offene Ansatz fördert den Wissens- und Ideenaustausch und die funktionsübergreifende Zusammenarbeit, was den Entscheidungsprozess in der Designphase optimiert und die Entwicklung innovativer, kundenorientierter Produkte beschleunigt.

  • Vorausschauende Instandhaltung: Durch die Integration von IoT-Sensoren und Datenanalysen können Fertigungsunternehmen den Zustand ihrer Anlagen in Echtzeit überwachen. Vorausschauende Algorithmen erkennen die Gefahr eines potenziellen Ausfalls und ermöglichen die Einführung proaktiver Prozesse, welche Ausfallzeiten um bis zu 50 % reduzieren und die Lebensdauer von Anlagen um bis zu 40 % verlängern können.

  • Optimierung der Lieferkette: Industrie 4.0 unterstützt durchgängige Transparenz in Ihrer globalen Supply Chain. Mit Echtzeitdaten von Lieferanten, Lagerbeständen, Produktionsplänen, Kundennachfrage, internen Teams und vielem mehr können Sie die Logistik optimieren, Angebot und Nachfrage ausgleichen, die Auftragsabwicklung verbessern und die Effizienz Ihrer Lieferkette und Fertigung insgesamt steigern.

  • Agile Fertigung: KI und fortschrittliche Analysen ermöglichen es Ihnen, Kundeneinblicke und ‑feedback in Echtzeit aus Quellen wie sozialen Medien, Online-Rezensionen und Interaktionen mit dem Kundensupport zu sammeln und zu analysieren. Ihre F&E-Teams und Produktdesigner können diese Daten nutzen, um Verbraucherpräferenzen, Problembereiche und aufkommende Trends zu identifizieren. Indem Sie dieses Feedback in den Designprozess einbeziehen, können Ihre Teams schnell Produkte entwickeln, die den Marktanforderungen entsprechen, die Zufriedenheit und Loyalität verbessern und Innovationen vorantreiben.

  • Qualitätskontrolle und Fehlererkennung: Durch den Einsatz von IoT-Geräten und Machine-Learning-Algorithmen können Sie Echtzeitdaten von all Ihren Produktionslinien erfassen. Durch die kontinuierliche Überwachung des Fertigungs- und Produktionsprozesses erkennen Sie Anomalien, identifizieren Qualitätsprobleme und ergreifen schnell Korrekturmaßnahmen, um die Produktqualität zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen.

  • Kreislaufwirtschaftspraktiken: Industrie 4.0 unterstützt die Implementierung von Kreislaufwirtschaften und konzentriert sich auf die Reduzierung von Abfällen und die Maximierung der Wiederverwendung, Aufarbeitung und Wiederverwertung von Materialien. Mithilfe von Big-Data-Analysen und IoT-Netzwerken können Sie Produktlebenszyklen verfolgen, Rückwärtslogistik für Produktrückgaben implementieren und die Wiederherstellung wertvoller Ressourcen optimieren. Darüber hinaus können KI-gestützte, fortschrittliche Analysen Ihren Produktdesignern auch dabei helfen, Produkte – direkt vom Zeichenbrett aus – zu entwickeln, die nachhaltiger sind, weniger Ressourcen verschwenden und einfacher recycelt oder wiederverwendet werden können.

  • Überwachung und Optimierung des CO2-Fußabdrucks: Industrie-4.0-Technologien erleichtern die Erfassung und Analyse von Echtzeitdaten über Energieverbrauch, Transportemissionen und andere Faktoren, die zum ökologischen Fußabdruck eines Unternehmens beitragen. Durch die genaue Messung und Überwachung der Emissionen können Sie Bereiche mit Verbesserungspotenzial identifizieren, energieeffiziente Maßnahmen umsetzen und Strategien zur Verringerung Ihres Fußabdrucks entwickeln, um Ihre zunehmend ehrgeizigen Nachhaltigkeitsziele in die Tat umzusetzen.

Zusammenfassung der Vorteile von Industrie 4.0

Industrie 4.0 ist mehr als nur ein technologisches Upgrade. Durch den Abbau von Silos und die Vernetzung von Teams und Abläufen in Ihrer gesamten Fertigungslandschaft beginnen Sie, eine transparentere und ganzheitlichere Art der Geschäftsabwicklung zu etablieren – die sich schließlich auf alle Bereiche Ihres Unternehmens ausweiten kann.

 

Die betriebliche Effizienz wird durch eine bessere Ressourcenzuweisung, geringere Ausfallzeiten und eine höhere Produktivität gesteigert. Diese Effizienz erstreckt sich auch auf Nachhaltigkeitsinitiativen, bei denen Analysen und intelligente Automatisierungen Ihnen helfen können, den Energieverbrauch weiter zu optimieren, Abfälle zu reduzieren, Innovationen zu entwickeln und sogar Produkte mit einem besonders nachhaltigen Lebenszyklus zu entwerfen.

 

Die Tatsache, dass Sie mit Industrie-4.0-Lösungen und ‑Tools riesige Datenmengen in Echtzeit erfassen, analysieren und interpretieren können, bedeutet, dass Sie sehr schnell handlungsrelevante Erkenntnisse gewinnen und so in der Lage sind, zuverlässige und präzise Entscheidungen zu treffen. Das gilt auch für Ihre Kunden, deren Anforderungen und Erwartungen sich ebenso rasant verändern. Datenanalysen in Echtzeit können Ihnen also helfen, sich schnell anzupassen, Produkte zu personalisieren und maßgeschneiderte Lösungen nach Bedarf anzubieten.

 

Wir leben in wettbewerbsfähigen und volatilen Zeiten. Industrie-4.0-Tools und -Strategien helfen dabei, nicht nur die Effizienz und Produktivität zu verbessern, sondern auch die Fähigkeit, um Ecken zu sehen und einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil zu erzielen.

Häufig gestellte Fragen zu Industrie 4.0

Bevor Sie eine Route ermitteln können, müssen Sie Ihren Ausgangspunkt kennen. Ein guter erster Schritt besteht darin, vorhandene Prozesse, Anlagen und Business-Systeme zu prüfen und zu analysieren. Auf diese Weise erfahren Sie, wo Sie sich befinden, helfen Ihnen, Prioritäten festzulegen und sogar schnelle Erfolge zu identifizieren. Industrie-4.0-Lösungen werden in allen Bereichen Ihres Unternehmens zu erheblichen Vorteilen und Auswirkungen führen. Da es sich nicht nur um ein IT-Upgrade handelt, sollten Sie auch sicherstellen, dass Sie von der Führungsebene unterstützt und eingebunden werden.

Die einfache Antwort lautet „Ja“. IoT-Gateway-Geräte können für ältere Maschinen oft nachgerüstet werden. Mit diesen Geräten können IoT-Sensoren Leistungsdaten übertragen. In einigen Fällen können auch Videokameras und Wärmesensoren angebracht werden, um ein noch umfassenderes Bild zu erhalten. Das Alter und die Funktion der Maschinen bestimmen die beste Lösung – und eine Prüfung und Analyse kann helfen, den langfristigen Wert einer Nachrüstung im Vergleich zum Ersatz von Altanlagen zu bestimmen.

Ein robustes ERP-System ist das „Gehirn“ eines Industrie-4.0-Technologie-Stacks. Ein herkömmliches ERP-System führte weitgehend bürobasierte Prozesse durch, während heute ein intelligentes ERP-System die Drehscheibe für vernetzte Prozesse in Fertigung, Logistik, Engineering und vielen anderen Geschäftsbereichen ist. Ein Teil Ihrer digitalen Transformation wird darin bestehen, festzustellen, ob Ihr vorhandenes ERP-System der Aufgabe gewachsen ist.  

Ältere ERP-Systeme, die auf veralteten, festplattenbasierten Datenbanken laufen, werden an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit stoßen. Die Möglichkeit der Nutzung der von den vernetzten Fabriken, Anlagen, Produkten und Beschäftigten übermittelten Daten hängt von den Fähigkeiten Ihres ERP-Systems ab. Ist es intelligent? Bietet es integrierte Technologien wie KI, Machine Learning und Analysen an? Wie schnell ist die Datenbank? Wenn Sie ein älteres System verwenden, ist es vielleicht an der Zeit, ein Upgrade durchzuführen, um die Vorteile von Industrie 4.0 nutzen zu können.

Mit welchen Technologien Sie beginnen, hängt davon ab, welche Prozesse für Ihr Kerngeschäftsmodell am wichtigsten sind – und welche Bereiche Ihres Unternehmens am meisten von der Transformation profitieren können. Oft konzentrieren sich Unternehmen beim Einstieg auf jeweils eine Kerntechnologie. Aufgrund ihres Designs liefern Industrie-4.0-Lösungen eine Menge zuverlässiger Big Data und Erkenntnisse, mit denen Sie den ROI und die Vorteile genau einschätzen können. Dadurch wird die Integration nachfolgender Unternehmensbereiche zunehmend einfacher.

Im Gegensatz zu vielen größeren grundlegenden Änderungen kann die digitale Transformation schrittweise und ohne wesentliche Unterbrechung des Geschäftsbetriebs durchgeführt werden. Ausgehend von einem robusten ERP-System und einer Roadmap für die digitale Transformation können viele Industrie-4.0-Lösungen nahezu sofort eingeführt werden.

Veränderungen sind immer schwierig. Das ist uns bewusst. Als Unternehmen von Schreibmaschinen auf Computer umstiegen, stieß dies auf großen Widerstand bei der Belegschaft, die sich von deren Komplexität überfordert fühlte. Aber im Gegensatz zu diesen frühen technologischen Transformationen reduzieren Industrie-4.0-Lösungen die Komplexität für den Nutzer, anstatt sie zu erhöhen. Arbeitsabläufe werden gestrafft, manuelle und sich wiederholende Aufgaben werden automatisiert, und die Schnittstellen sind transparenter und intuitiver. Darüber hinaus erleichtern viele 4.0-Technologien die Schulung – denken Sie nur an AR-Wearables und Angebote, die für die mobile Nutzung optimiert sind.

Das Jahr 2020 hat uns eine Sache ganz sicher gelehrt: Wir können nicht immer voraussehen, was auf uns zukommt. Wir können jedoch Maßnahmen ergreifen, um sicherzustellen, dass wir widerstandsfähiger und besser auf die Zukunft vorbereitet sind. Die führenden In-Memory-ERP-Systeme sind skalierbar und unterstützen unbegrenzte Arbeitslasten. Die Industrie-4.0-Technologien wurden speziell für diese Anpassbarkeit entwickelt, um zukünftiges Wachstum zu unterstützen und sich an unerwartete Veränderungen anzupassen.

Zu den grundlegendsten Elementen der Softwarelösungen von Industrie 4.0 gehören die integrierte Skalierbarkeit und die Fähigkeit zu Agilität und Resilienz. Wenn sich Ihr Geschäfts- oder Produktionsmodell aufgrund von Marktanforderungen radikal ändern muss, bieten Ihnen Ihre Industrie-4.0-Systeme die nötigen Einblicke und das Vertrauen, um Veränderungen schnell vorzunehmen und unternehmensweit umzusetzen.

Es steht außer Frage, dass die vierte industrielle Revolution die Belegschaft verändern wird. Aber es ist nicht die sich wiederholende Arbeit, die zu Innovationen führt – es sind Ideen und kreatives Denken. Eine durch digitale Technologien unterstützte Belegschaft kann nun ihren Kopf statt nur ihre Muskeln einsetzen. Im Jahr 1980 gab es auf der ganzen Welt nur ein paar tausend Computerprogrammierer. Heute sind es über 20 Millionen. Während zahlreiche körperlich anstrengende Aufgaben von Robotern übernommen werden, entstehen weitaus mehr neue Aufgaben, die das Fundament für ein fortschrittliches, digitales Unternehmen bilden.

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