Was sind die Gestaltungsprinzipien von Industrie 4.0? Angesichts des scheinbar grenzenlosen Potenzials vernetzter cyber-physischer Systeme, Maschinen und Menschen kann es schwierig sein, die Grundpfeiler dieser schnell wachsenden Revolution zu bestimmen. Wenn Sie sich auf den Weg der digitalen Transformation begeben, ist es hilfreich, die Technologien und Grundpfeiler zu verstehen, die die Digitalisierung Ihres Unternehmens möglich machen.
Lassen Sie uns untersuchen, wie diese Revolution entstanden ist, und die grundlegenden Gestaltungsprinzipien von Industrie 4.0 kennenlernen.
Was ist die Bedeutung von Industrie 4.0?
Was ist die Bedeutung der vierten industriellen Revolution? Bei Revolutionen denkt man in der Regel an mächtige soziale Bewegungen, bei denen eine bestehende Regierungsform zugunsten von etwas Erstrebenswerterem umgestürzt wird. Industrielle Revolutionen funktionieren jedoch nicht auf diese Weise. Stattdessen ist jede industrielle Revolution ein Durchbruch in ein neues Reich der Möglichkeiten, wobei die Grundsätze der vorangegangenen Revolutionen beibehalten werden.
Wie wir bereits in Was ist IoT, IIoT & Industrie 4.0? erörtert haben, geht es bei der 4. industriellen Revolution darum, alle Hardware, Software und Menschen miteinander zu verbinden, um eine Reihe von kontinuierlich einströmenden Live-Daten aus dem gesamten Fabriknetzwerk zu erzeugen. Auf diese Weise verbessern die Hersteller die Praktiken vergangener Revolutionen und schaffen gleichzeitig neue und verbesserte Abläufe, die dem aktuellen Markt und der Wirtschaft entsprechen.
Revolutionen bedeuten Veränderungen, und Veränderungen sind mit Risiken, Schwierigkeiten und Opfern verbunden. Aber dies ist notwendig, um sich auf eine neue Zukunft vorzubereiten.
Unabhängig davon, ob sich einige für Industrie 4.0 entscheiden oder nicht, befinden wir uns inmitten einer weiteren Revolution. Eine, in der die wichtigste Wirtschaftskraft der Welt, das verarbeitende Gewerbe, einen massiven Wandel erfährt. Und dieser Wandel wird sich nicht nur auf die Methoden und Technologien auswirken, mit denen Dinge hergestellt werden, sondern auch auf die beteiligten Menschen.
Industrielle Revolutionen im Laufe der Geschichte
Um ein wenig Geschichte und Perspektive zu vermitteln, beginnen wir mit der
Die Erste Industrielle Revolution, die in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts begann, führte zu einer unglaublichen Modernisierung der Fertigungsprozesse. Der Einsatz maschineller und chemischer Fertigungsverfahren begann, die Art und Weise, wie Dinge hergestellt wurden, zu revolutionieren. Die Produktion verlagerte sich schnell von handwerklichen Methoden auf den Einsatz von Maschinen, die mit Wasser und Dampf betrieben wurden. Diese Mechanisierung beeinflusste das Leben in den 1700er und 1800er Jahren dramatisch, indem sie den Lebensstandard für einen Großteil der modernen Welt verbesserte.
Als Nächstes kam die Zweiten Industriellen Revolution, die den Aufbau eines großen Eisenbahnnetzes, eine massive Stahl- und Eisenproduktion und vor allem den Beginn der Elektrifizierung mit sich brachte. Viele der Technologien, auf die man sich heute am meisten verlässt, entstanden in dieser Zeit, die in der letzten Hälfte des 19. bis ins frühe 20. Jahrhundert hineinreichte. Dazu gehören der Verbrennungsmotor, das Fließband und die Massenproduktionstechnik.
Dann kam die dritte industrielle Revolution, die in den 1950er Jahren begann. Diese Revolution war die Geburtsstunde des Internets und der Kernenergie sowie der Automatisierung/Digitalisierung der Fertigungsindustrie durch den Einsatz von computergesteuerten Systemen und speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS).
Während die Automatisierung weiter zunimmt, stehen wir erneut an der Schwelle zur nächsten industriellen Revolution - Industrie 4.0.
Die Vierte Industrielle Revolution ist die Geburt der Smart Factory, in der die Automatisierung von Maschinen in hohem Maße mit Daten integriert wird. Im Rahmen von Industrie 4.0 ist alles in Ihrer Anlage miteinander verbunden und produziert wertvolle Informationen. Diese Daten werden dann analysiert, um genaues und tiefgehendes Wissen über Ihre Anlage zu erhalten, das von Menschen oder cyber-physischen Systemen genutzt werden kann, um Entscheidungen zu treffen und Verbesserungen zu erreichen.
Die Schlüsseltechnologien von Industrie 4.0
Um die Konstruktionsprinzipien von Industrie 4.0 zu verstehen, muss man die Technologien kennen, die diese Revolution erst ermöglicht haben. Diese neue Integration von Daten innerhalb von Industrie 4.0 ist durch 3 Schlüsseltechnologien gekennzeichnet.
Cyber-Physical Systems (CPS)
Cyber-physikalische Systeme sind intelligente Computersysteme, die Mechanismen durch computerbasierte Algorithmen steuern und überwachen. Hardware und Software sind so eng miteinander verwoben, dass sich ihre Beziehung und Interaktion je nach Kontext und Bedarf der Produktionslinie ändert.
Dies ermöglicht CPS-Umgebungen maschinelles Lernen, bei dem das cyber-physische System die Daten aus der Produktionslinie aufnimmt, Muster erkennt und Verfahren und Entscheidungen umsetzt. Und das alles ohne menschliches Eingreifen oder zusätzliche Programmierung.
Im Rahmen von Industrie 4.0 integrieren und kommunizieren diese cyber-physischen Systeme über das Internet und seine Nutzer.
Internet der Dinge (IoT)
Vereinfacht ausgedrückt ist das Internet der Dinge (IoT) definiert als die Verbindung jedes elektronischen Geräts mit dem Internet. Diese "Dinge" verbinden sich mit dem Internet und bilden ein fortschrittliches Netz miteinander verbundener cyber-physischer Systeme, die in Echtzeit kommunizieren. Dies ermöglicht es Produkten und Maschinen, nahtlos zusammenzuarbeiten und Wissen und Daten anzuzeigen, die andernfalls verloren gegangen oder nicht verfügbar gewesen wären.
Nach und nach werden immer mehr heutige Technologien in die IoT-Technologie integriert, z. B. Fahrzeuge, Geräte, Gebäude mit eingebetteter Elektronik, Sensoren und Software, die Datenerfassung und -freigabe über physische Geräte hinweg ermöglicht.
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Cloud Computing
Internetbasiertes Computing, auch Software as a Service (SaaS) genannt, stellt gemeinsam genutzte Computerverarbeitungsressourcen und Daten auf Abruf bereit. Das bedeutet, dass Faktoren wie Datenspeicherung und Rechenleistung separat gehandhabt werden und nicht vom Nutzer verwaltet werden müssen.
Stellen Sie sich vor, Sie besuchen eine Website, um Ihre E-Mails abzurufen. Ihr Computer speichert nicht Ihre E-Mails und andere Daten. Das alles wird von Google, Yahoo, Microsoft usw. gespeichert. Auch die Rechenleistung, mit der Ihre E-Mails verwaltet werden, wird nicht von Ihrem Computer erbracht. Sie benutzen lediglich die Benutzeroberfläche (UI) und die Website führt die Anwendung sicher aus.
Da unsere Arbeitsanweisungssoftware eine browserbasierte Lösung ist, wissen wir aus erster Hand, wie bequem und einfach der Einstieg in die Industrie 4.0 ist. Öffnen Sie VKS einfach in Ihrem Browser und beginnen Sie mit der Erstellung von Arbeitsanweisungen. Teilen Sie diese sofort, so dass alle Anwender Zugriff auf die aktuellsten Informationen und Methoden haben.
Die 4 Gestaltungsprinzipien von Industrie 4.0
Obwohl die Einführung von Industrie 4.0 in einem Betrieb für einige Hersteller eine viel zu große Aufgabe zu sein scheint, gibt es 4 wichtige Vorteile, die Führungskräfte davon überzeugen sollten, den Übergang zu beginnen. Gehen wir die 4 Gestaltungsprinzipien der Industrie 4.0-Technologie durch und erläutern wir, worin diese Vorteile bestehen.
1. Interoperabilität
Das erste Prinzip ist die Interoperabilität. Darunter versteht man die Fähigkeit von Maschinen, Geräten, Sensoren und Menschen, sich über das Internet der Dinge (IoT) miteinander zu verbinden und zu kommunizieren und diese Informationen dann zu nutzen, um zu funktionieren und Verbesserungen durchzuführen. Der erste Schritt besteht darin, Ihre Smart Tools, Sensoren, Maschinen und Mitarbeiter miteinander zu verbinden, um erweiterte Datenerfassungsressourcen zu schaffen. Auf diese Weise erhalten Sie einen umfassenden Einblick in Ihren Betrieb und können detaillierte und genaue Erkenntnisse gewinnen.
Der nächste Schritt im Rahmen der Interoperabilität besteht darin, diese Daten in Ihr LMS, MES, ERP oder eine andere intelligente Fabriklösung zu integrieren und die Daten in Echtzeit zu analysieren. So entsteht ein Netzwerk miteinander verbundener Datenerzeugungspunkte, auf die jederzeit und überall zugegriffen werden kann. Dieses Prinzip beruht auf der Fähigkeit der Technologie, bessere Informationen für künftige Entscheidungen zu liefern.
Die Interoperabilität von Industrie 4.0 ermöglicht den Herstellern nicht nur den Zugang zu riesigen Datenmengen und präzisen Betriebskenntnissen, sondern auch zu rasanten Geschwindigkeiten, sogar auf die Sekunde genau.
2. Informationstransparenz
Mit Transparenz wird in diesem Zusammenhang beschrieben, wie einfach es ist, die durchgeführten Aktionen und die gespeicherten Informationen zu beobachten. In diesem Sinne ist Informationstransparenz ein wesentliches Gestaltungsprinzip von Industrie 4.0, da die Informationen kristallklar und leicht zugänglich sind und eine schnelle und leistungsfähige Methode zur Extrapolation von Wissen bieten.
Mit anderen Worten: Die Umsetzung dieses Gestaltungsprinzips der Industrie 4.0 hilft Ihnen bei der Überwachung von Prozessen in der Fertigung und ermöglicht es dem Management, diese sofort anzupassen und zu optimieren, um die Effizienz zu steigern. Je mehr Informationen gesammelt werden, desto mehr Einblick erhalten Sie in Ihren Betrieb und desto mehr Möglichkeiten haben Sie, effektive und dauerhafte Verbesserungen vorzunehmen. Wir wollen nicht, dass diese Informationen denjenigen vorenthalten werden, die sie am dringendsten benötigen. Sie müssen transparent sein.
3. Technische Unterstützung
Erstens ist technische Unterstützung die Fähigkeit von cyber-physischen Systemen, den Menschen zu unterstützen, indem sie Informationen aggregieren und verständlich visualisieren, so dass es einfach und effektiv ist, fundierte Entscheidungen zu treffen und dringende Probleme kurzfristig zu lösen. Arbeitsanweisungssoftware ist ein Paradebeispiel dafür, wie technische Hilfe eingesetzt wird, um Menschen mit visuell interaktiven Verfahrensanleitungen zu unterstützen.
Zweitens ist technische Assistenz auch die Fähigkeit von cyber-physischen Systemen, Menschen physisch zu unterstützen, indem sie eine Reihe von Aufgaben übernehmen, die für ihre menschlichen Kollegen unangenehm, zu anstrengend oder unsicher sind. Denken Sie nur an die Roboter in den Fabriken und wie sie die Zahl der arbeitsplatzbedingten Verletzungen verringern.
Die technische Unterstützung hilft den Herstellern, ihre Daten schneller und besser zu verstehen, während sie die mühsameren und gefährlicheren Aufgaben in den Betrieben übernehmen.
4. Dezentralisierung von Entscheidungen
Die Dezentralisierung von Entscheidungen ergibt sich aus der Fähigkeit von cyber-physischen Systemen, unabhängig von Menschen Entscheidungen zu treffen. Anstatt dass Arbeiter mühsam auf Abweichungen achten oder den Materialbedarf überwachen müssen, wird das cyber-physische System diese Fragen autonom über ein dezentralisiertes Netzwerk von IoT und Cloud Computing verwalten.
Dies führt natürlich zu Maschinen und Systemen, die ihre Aufgaben mit wenig oder gar keinem menschlichen Eingreifen erfüllen können, so dass Faktoren wie Problemlösung, Kalibrierung, Anpassungen und Benachrichtigungen ein schnelles und autonomes System darstellen. Nur im Falle von Ausnahmen, Störungen oder Zielkonflikten werden die Aufgaben an eine höhere Ebene delegiert. Ein dezentralisiertes System ist außerdem in hohem Maße anpassungsfähig und skalierbar, was bestimmt, wie effizient Sie auf Veränderungen in der Industrie reagieren können.
Industrie 4.0 verwandelt Hindernisse in Chancen
Revolutionen können zu den disruptivsten Veränderungsmechanismen gehören. Dies gilt insbesondere für den industriellen Sektor. Aber wo wären wir ohne sie? Wie alle anderen Revolutionen bringt auch Industrie 4.0 eine Reihe von Vorteilen für diejenigen mit sich, die bereit sind, Herausforderungen zu überwinden und Chancen zu ergreifen.
Die Industrie 4.0 ist da und stellt den Herstellern in der gesamten Branche große Mengen an Wissen zur Verfügung. Um uns von der Geschichte leiten zu lassen, sollten wir Hindernisse der neuen Revolution als Chance sehen und die richtigen Konstruktionsprinzipien von Industrie 4.0 anwenden, um eher früher als später in die Zukunft zu gehen.
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Mit Beiträgen von S. Bennett.