- Was ist Industrie 4.0?
- Warum Industrie 4.0?
- Charakterisierung der Industrie 4.0
- Ziele der Industrie 4.0
- So funktioniert die Industrie 4.0
- Vorteile der Industrie 4.0
- Nachteile der Industrie 4.0
- Industrie 4.0 und Digitalisierung
- Einsatz der Industrie 4.0
- Industrie 4.0 in Produktion
- Industrie 4.0 in Logistik
- Industrie 4.0 und Arbeitswelt
- Industrie 4.0 und die Zukunft
- Schulungen und Seminare für die Industrie 4.0
- Umsetzung der Industrie 4.0
Was ist Industrie 4.0?
In der Produktionswirtschaft ist unter Industrie 4.0 insbesondere die Produktion auf der Basis cyber-physischer Systeme zu verstehen, die vor allem die echtzeit-basierte Vernetzung technischer Systeme innehat. Als Kern ist hier das Internet der Dinge zu nennen, das die horizontale Vernetzung aller Entitäten in der Produktion ermöglicht. Einer der Kernvorteile der Industrie 4.0 stellt die Echtzeitoptimierung von Produktionssystemen dar, die insbesondere auf der Verarbeitung von produktionsspezifischen Massendaten und der Prognose von Zukunftsszenarien basiert. Prognosen und die Verarbeitung von Echtzeitdaten aus der Produktion basieren auf einem virtuellen Echtzeitabbild der Realität, der auch mit dem Begriff „Digitaler Schatten“ bezeichnet werden kann. Analytik, die sich auf Big Data und das maschinelle Lernen stützt, stellen hier wesentliche Grundlagen zur Nutzung der Echtzeitdaten dar.
Warum Industrie 4.0?
Insbesondere die ansteigende Komplexität industrieller Wertschöpfungssysteme bedingt die Notwendigkeit fortschrittlicher Technologien und Vernetzungslogiken wie die der Industrie 4.0. Das Aufrechterhalten des Produktionssystems durch rein mitarbeiter-basierte Planung und Steuerung reicht zumeist aufgrund steigender Komplexität nicht zur Erreichung logistischer Ziele aus. Dynamisches Systemverhalten ist in Echtzeit zu überblicken. Aufgrund vielfältiger und komplexer Wirkbeziehungen ist dies ohne die Technologien der Industrie 4.0 nicht möglich.
© IFA
In Anlehnung an R. Obermaier in „Handbuch Industrie 4.0 und Digitale Transformation“
Charakterisierung der Industrie 4.0
Im Zuge der dritten industriellen Revolution, dessen Start grob auf das Ende der 1960er Jahre festgelegt werden kann, ist der vermehrte Einsatz von Elektronik und IT zur Automatisierung der Produktion ersichtlich. Gekennzeichnet sind die Entwicklungen insbesondere durch den Einsatz erster speicherprogrammierbarer Steuerungen in den Produktionssystemen.
Die Industrie 4.0 geht über die klassische Automatisierung der Produktion hinaus: Produktionsentitäten werden durch cyber-physische Systeme sowohl horizontal als auch vertikal miteinander verknüpft. Als Grundannahme der horizontalen Vernetzung ist die Nutzung des Internets der Dinge und Dienste in Wertschöpfungssystemen zu sehen. Die vertikale Integration hingegen bezeichnet die grundlegenden Veränderungen der Maschinenarchitekturen vom mechatronischen System hin zu cyber-physischen Systemen.
Wesentliche Technologien zur Ermöglichung der Vernetzung und Integration in der Industrie 4.0 stellen folglich Netzwerksysteme, Sensorik sowie Rückmeldetechnologien für die Produktion dar.
Ziele der Industrie 4.0
Die Komplexität moderner Wertschöpfungssysteme, die insbesondere durch jährlich ansteigende Variantenkomplexität gekennzeichnet ist, erfordert hochflexible und wandlungsfähige Produktionsprinzipien. Die Beherrschung der Komplexität, insbesondere der Komplexitätskosten wird hierbei durch eine Selbststeuerung von Systemen sowie durch die anwendergerechte Aufbereitung von Produktionsinformationen möglich. Ohne die Vernetzung der Produktion wie bei der Industrie 4.0, die die flexible Reaktion auf dynamische Systemzustände ermöglicht, ist die Beherrschung der komplexen, individualisierten Produktion nicht möglich.
So funktioniert die Industrie 4.0
Wesentliche Voraussetzung zur erfolgreichen Nutzung datengetriebener Ansätze zur Produktionsplanung und -steuerung sowie des Produktionscontrolling in der Industrie 4.0 ist die Etablierung funktionierender cyber-physischer Systeme. Die Etablierung von cyber-physischen Systemen baut dabei auf der Weiterentwicklung mechatronischer Systeme auf, die bspw. durch die detaillierte Erfassung von Zustandsdaten einer Werkzeugmaschine basieren kann. Softwaredienste auf Plattformen ermöglichen die Verarbeitung entstehender Daten. Die Auflösung und Korrektheit der aufgenommenen Daten entscheidet wesentlich über den Erfolg des Einsatzes von bspw. Prognosemodellen, die eine Prognose zukünftiger Systemzustände oder logistischer Kenngrößen ermöglichen sollen. Ein Beispiel hierfür stellt die Prognose auftragsindividueller Liefer- bzw. Durchlaufzeiten dar: Die Planbarkeit vernetzter unternehmensinterner und -externer Lieferketten kann durch solche Prognosen enorm erhöht werden.
Vorteile der Industrie 4.0
- Situative Produktionsplanung und -steuerung durch stetig aktualisierte Echtzeitinformationen ermöglicht die Hebung wesentlicher Flexibilitätspotenziale
- Die genaue Kenntnis von Systemkenngrößen wie Auslastung oder Rückstand ermöglicht eine starke Anhebung der Planstabilität
- Insbesondere im Bereich der kundenindividuellen Fertigung ermöglicht die hohe Auflösung der Produktionsdaten eine exakte Einschätzung der Produktionszeit und wesentlicher Parameter der Produkte
Nachteile der Industrie 4.0
- Die Komplexität von Wertschöpfungssystemen kann durch die Etablierung von cyber-physischen Systemen (noch) weiter erhöht werden
- Die Etablierung funktionierender und stabiler cyber-physischer Systeme erfordert informationstechnisches Fachwissen, dass insbesondere in Zeiten des Fachkräftemangels nur unter erheblichem monetärem Aufwand beschaffbar ist
- Datenschutzbedenken können neben Akzeptanzproblemen Hindernisse in der Etablierung der Industrie 4.0-Prinzipien sein
Industrie 4.0 und Digitalisierung
Industrie 4.0 und KI
Cyber-physische Systeme setzen wesentliche Rahmenbedingungen für den erfolgreichen Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz. Prognosemethoden (bspw. mittels neuronaler Netze) verfügen über ein enormes Potenzial zur Vorhersage zukünftiger Systemzustände und verschiedener Produktionsszenarien. Der Aufbau eines digitalen Schattens der Produktion stellt im Rahmen der Industrie 4.0 die datentechnische Grundlage für solche und weitere datenbasierte Verfahren dar. Der Aufbau eines digitalen Schattens sowie die Erstellung von Prognosen erfordern jedoch hohes Prozess- und Expertenwissen.
Industrie 4.0 und Digitalisierung / digitale Wirtschaft
Die Verknüpfung der eigenen Produktion mit der digitalen Wirtschaft, insbesondere mit Consumer- sowie B2B-Märkten befähigt Wertschöpfungssysteme zu verschwendungsarmen und gut prognostizierbaren Produktionsprozessen.
Industrie 4.0 und Smart Factory
Smart Factories, die insbesondere durch weitläufig eingesetzte Verfahren zur Selbststeuerung gekennzeichnet sind, stellen bei der Industrie 4.0 eine Antwort auf die ansteigende Komplexität moderner Wertschöpfungssysteme dar. Hierbei stehen nicht ausschließlich fabrikinterne Selbststeuerungsmechanismen im Fokus. Insbesondere die Kommunikation der eigenen Fabrik mit Kunden- sowie Zulieferersystemen befähigen die Produktion zu neuen Leistungsniveaus.
Einsatz der Industrie 4.0
Industrie 4.0. ist relevant für alle Branchen und Unternehmen. Insbesondere in dynamischen Märkten, die durch hohen Wettbewerbs- und damit Preisdruck gekennzeichnet sind, ist der Einsatz fortschrittlicher Methoden zur permanenten Kostensenkung sowie zur Beherrschung der Komplexität, die sich vor allem aus den unterschiedlichsten Kundenanforderungen ergibt, unerlässlich. Industrie 4.0 erstreckt sich auf alle Fachbereiche eines Unternehmens, von der Absatzplanung bis hin zur Maschinensteuerung auf dem Shop Floor.
Industrie 4.0 in Produktion
Wesentliche produktionsseitige Einflüsse der Industrie 4.0 schlagen sich kostenseitig nieder. Das betrifft insbesondere Bestands-, Fertigungs- Komplexitäts- ebenso wie Qualitäts- und Instandhaltungskosten. Neben OEE-Verbesserungen, der Reduzierung von Sicherheitsbeständen und der Einführung intelligenter Prozessregelkreise ist eine Vermeidung oder zumindest eine Reduzierung des Bullwhip-Effekts zu erwarten.
Industrie 4.0 in Logistik
Die unternehmensinterne technische Logistik lässt sich durch den hohen Vernetzungsgrad, den cyber-physische Systeme mit sich bringen, enorm optimieren. Klassische Produktionsversorgungsprinzipien wie „milk runs“ werden hinsichtlich der Informationsgenauigkeit stark verbessert. Materialflussabrisse werden hierdurch vermieden. Automatisierte Logistiksysteme, die bspw. auf der Basis von AGV´s (Automated Guided Vehicles) etabliert werden, erhalten durch den hohen Vernetzungsgrad eine erweiterte Bedeutung.
Industrie 4.0 und Arbeitswelt
Industrie 4.0 sorgt für eine Ablösung des tayloristischen Prinzips. So werden bspw. Band- und Taktprinzipien abgelöst durch flexible Takte, die eine wesentliche Folge bzw. Anforderungen einer hohen Variantenvielfalt an die Produktion darstellen. Wissens- und ausführende Arbeit unterliegen weiterhin keiner Trennung: Wissen wird direkt an die Linie gebracht, Mitarbeiter werden somit befähigt, ihre Entscheidungskompetenz deutlich zu erhöhen.
Industrie 4.0 und die Zukunft
Industrie 4.0 legt wesentliche Grundlagen zur Erreichung einer ökologisch, ökonomisch sowie sozial nachhaltigen Produktion. Zukünftige rechtliche sowie gesellschaftliche Anforderungen an moderne Wertschöpfungssysteme äußern sich insbesondere in Ansprüchen an die Flexibilität und Wandlungsfähigkeit. Die Vernetzung, die durch cyber-physische Systeme gewährleistet wird, ist somit als Grundbaustein zur Erreichung zukünftiger Nachhaltigkeits- ebenso wie bereits jetzt gültigen Logistikzielen zu sehen.
Schulungen und Seminare für die Industrie 4.0
Industrie 4.0 stellt neue Anforderungen an die Entscheidungskompetenz der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter industrieller Unternehmen. Das Verständnis wesentlicher produktionslogistischer Wirkzusammenhänge in Verbindung mit Technologien und Prinzipien der Industrie 4.0 stellt eine wesentliche Voraussetzung zur Etablierung wettbewerbsfähiger, moderner Produktionssysteme dar. Dieses Wissen und diese Fähigkeiten können im Rahmen von Weiterbildungen, Schulungen und Seminaren zu Industrie 4.0 vermittelt werden.
Die Schulung „Produktionsplanung und -steuerung im Zeitalter von Industrie 4.0“ des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik findet in einer interaktiven, mit Technologien der Industrie 4.0 ausgestatteten Lernfabrik statt. Sie befähigt die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zur Umsetzung einer modernen PPS, die den Anforderungen an industrielle Unternehmen gerecht wird.
Hier finden Sie das Seminar zur PPS im Zeitalter von Industrie 4.0 der WGP-Produktionsakademie.
Umsetzung der Industrie 4.0
Die Umsetzung von Industrie 4.0 erfordert ein umfangreiches Fachwissen auf verschiedenen Ebenen. Dazu gehört z.B. die Definition einer Referenzarchitektur, die ein standardisiertes Senden und Empfangen von Daten aus den verschiedenen Produktions- und Fachbereichen ermöglicht und den Aufbau eines cyber-physischen Systems erlaubt.
Neben technischen Dienstleistungen, die die Entwicklung und Wartung derartiger Systeme, z.B. auf Basis einer Cloud-Architektur, unterstützen, ist vor allem die konzeptuelle Auswahl der notwendigen Industrie 4.0.-Technologien auf Basis individueller Leistungs- und Kostenziele zu Beginn eines Digitalisierungsvorhabens von großer Bedeutung.
Hier finden Sie das Seminar zur PPS im Zeitalter von Industrie 4.0 der WGP-Produktionsakademie.