Industrie 4.0
„Industrie 4.0“ bezeichnet das digitale Rückgrat der modernen Fertigung, das durch autonome Netzwerke, Echtzeit-Datenanalyse und cyber-physische Systeme gekennzeichnet ist. Während der Industriesektor aktiv den Übergang zu Industrie 5.0 vollzieht – bei der die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter sowie Nachhaltigkeit im Vordergrund stehen –, bleibt Industrie 4.0 das vorherrschende operative Rahmenwerk, das in den 2010er Jahren etabliert wurde. Es bildet die technologische Grundlage für die intelligente Fertigung durch Cloud-Computing, intelligente Werkzeuge und vernetzte Automatisierung.
Wichtigste Erkenntnisse
Industrie 4.0 ist eine historische und technologische Erweiterung der Dritten Industriellen Revolution.
Seine Ausweitung ist durch eine Mischung aus Automatisierung, Teilautomatisierung und menschlicher Arbeit gekennzeichnet.
Sie hebt die digitale Transformation als eine zentrale aufkommende Strategie hervor.
Auch bekannt als das Industrielle Internet oder die Digitale Fabrik, da sie auf cyber-physischen Systemen basiert.
Wie sind wir also bereits bei der vierten industriellen Revolution angekommen?
„Industrielle Revolutionen“ sind historische Rahmenkonzepte, die dazu dienen, die technologischen Fortschritte moderner Werkzeuge im Verlauf der jüngeren Geschichte zu verstehen. Dieses Konzept stützt sich auf historische Belege aus mehreren westlichen Zivilisationen, beginnend etwa ab der Mitte des 18. Jahrhunderts, insbesondere aus Großbritannien, Europa und Nordamerika. Die industriellen Werkzeuge und Systeme, die wir heute noch in der modernen Fertigung verwenden, lassen sich bis auf den Industriekomplex zurückverfolgen, der sich ab den 1760er-Jahren zu entwickeln begann.
Erste Industrielle Revolution
Die erste Industrielle Revolution, von etwa 1760 bis 1840, war durch mechanische Energie, hauptsächlich Wasser- und Dampfkraft, in groß angelegten industriellen Betrieben gekennzeichnet. Durch die Nutzung unermüdlicher, kostengünstiger mechanischer Energie mussten Fabriken nicht mehr für jede Aufgabe eine Person beschäftigen; eine Maschine konnte in einem äußerst rentablen Maßstab produzieren und benötigte möglicherweise nur ein oder zwei Arbeitskräfte zu ihrer Bedienung.
Zweite Industrielle Revolution
Da Fabriken ihre Produktionszeiten verkürzten, konnten sie mehr Güter herstellen und in die Erweiterung ihres Absatzmarktes investieren, was wiederum eine höhere Nachfrage anregte. Auf diese Weise ist die Massenproduktion ein weiteres zentrales Merkmal der Zweiten Industriellen Revolution, die allgemein auf den Zeitraum von etwa 1871 bis 1914 datiert wird. Industrie 2.0 profitierte erheblich vom integrierten Ausbau der Telegrafen- und Eisenbahnnetze.
Bedeutende Erfindungen wie die allgemein verfügbare Elektrizität und das organisierte Fließband verbesserten die Fähigkeit von Fabriken, modernste mechanische Komponenten in menschliche Arbeitsabläufe zu integrieren.
Dritte Industrielle Revolution
Die Dritte Industrielle Revolution ist durch die ersten Einführungen von Computer- und Automatisierungstechnologien gekennzeichnet. Sie begann im späten 20. Jahrhundert, nachdem sich der technologische Fortschritt der Industrie nach den ersten beiden Weltkriegen verlangsamt hatte. Der erste motorbetriebene mechanische Computer, der Z1-Computer, wurde erfunden. Wissenschaftler erschlossen rasch das digitale Zeitalter durch Anwendungen der Binär- und Booleschen Mathematik.
Vierte Industrielle Revolution
Industrie 4.0 hat vieles mit Industrie 3.0 gemeinsam, da sie auf den Anwendungen von Computersystemen aufbaut. Der Begriff Industrie 4.0 wurde offiziell im Jahr 2016 geprägt; nach Ansicht der meisten Historiker begann sie jedoch bereits zu Beginn des 21. Jahrhunderts.
Insgesamt zeichnet sich Industrie 4.0 durch ihren Fokus auf Digitalisierung und Datenoptimierung aus, insbesondere durch Cloud Computing und das Industrielle Internet der Dinge. All diese Technologien wurden eingesetzt, um das zu verwirklichen, was als digitale Smart Factory bekannt ist. Genauer gesagt sind Cyber-Physische Systeme (CPS) die Triebkräfte der Spezifikationen von Industrie 4.0: Sie bilden die Grundlage für weitere in diesem Zeitalter relevante Technologien wie künstliche Intelligenz, Big Data, maschinelles Lernen und die additive Fertigung.
Anwendungen von Industrie 4.0
Es gibt nahezu unendlich viele Anwendungen der digitalen Transformation. Die Möglichkeiten der Industrie-4.0-Technologie überschneiden sich in zahlreichen Innovationsbereichen.
Hier sind die grundlegenden Triebkräfte hinter dem Vorstoß der Vierten Industriellen Revolution:
- die Smart Factory
- Robotik und künstliche Intelligenz
- Cloud-Anbindung und Netzwerkintegration
- Additive Fertigung
- Vorausschauende Wartung und Prognosen
- Die Verbreitung der Wissensökonomie
Sind wir uns sicher, dass wir uns im vierten industriellen Zeitalter befinden?
Wir können unseren Fortschritt in der Industrie 4.0 daran messen, wie tief digitale Technologien in die Fertigungsabläufe integriert sind. Ein Schlüsselindikator für eine echte „Smart Factory“ ist das nahtlose Gleichgewicht zwischen horizontaler und vertikaler Integration.
Horizontale Integration entlang der Wertschöpfungskette
In der traditionellen Wirtschaft bezieht sich horizontale Integration auf Fusionen mit oder die Übernahme von Wettbewerbern. Im Kontext von Industrie 4.0 bedeutet horizontale Integration jedoch die durchgängige Vernetzung von Daten und Systemen über die gesamte Lieferkette hinweg. Mithilfe von Cloud-Plattformen, IIoT-Netzwerken und Echtzeitkommunikation können Hersteller nahtlos Daten mit Lieferanten, Logistikpartnern, Händlern und Kunden weltweit austauschen.
Vertikale Integration vom Fertigungsbereich bis zum Unternehmen
In der Vergangenheit bedeutete vertikale Integration, mehrere Schritte des Produktionsprozesses zu kontrollieren, wie beispielsweise die Herstellung von Bauteilen und die Montage des Endprodukts. In der intelligenten Fertigung bezieht sich vertikale Integration auf die Vernetzung der physischen Hardware in der Fertigung mit der Software auf Unternehmensebene. Sensoren, SPSen und IoT-Geräte auf Maschinenebene leiten Betriebsdaten automatisch über Manufacturing-Execution-Systeme (MES) und Enterprise-Resource-Planning-Systeme (ERP) weiter, sodass Geschäftsentscheidungen auf der Grundlage von Echtzeit-Anlagendaten getroffen werden können.
Spezifische Herausforderungen von Industrie 4.0
Ähnlich wie bei den anderen industriellen Revolutionen sind die Probleme der aktuellen Revolution verschärfte Versionen der Herausforderungen aus dem vorherigen Zeitalter. Es ist normal, dass sich entwickelnde historische Systeme unter Belastung aneinander reiben, aber es ist ebenso wichtig, sich der Schwächen des Lebens an der Spitze der industriellen Technologie bewusst zu sein.
Sicherheit: Wahrscheinlich das größte bestehende Problem innerhalb der industriellen Digitalisierung. Cybersicherheit muss eine Investition und eine Priorität sein. Da Vermögenswerte digitalisiert werden und Plattformen von Unternehmenskonzernen gemeinsam genutzt werden, steigt das potenzielle Risiko durch Hacker.
Erzwungene Interoperabilität: Da immer mehr Technologien (einschließlich Plattformen, Software, IoT-Geräte usw.) entwickelt werden, müssen Regierungen und Organisationen sicherstellen, dass die Unternehmen, die diese Technologien entwickeln, sie im besten Interesse der Kunden und nicht zur Monopolisierung einer Technologie durch ein Produkt gestalten. Eine stärkere Zusammenarbeit zwischen Softwaresystemen sowie eine bessere Integration zwischen IT und OT werden helfen, dieses Problem zu bekämpfen.
Unsicherheit in der Lieferkette: Aufgrund allgemeiner Probleme wie Umweltzerstörung, Erschöpfung natürlicher Ressourcen, politischer Instabilität und Arbeitskräftemangel sind globale Lieferketten zunehmend schwieriger zu koordinieren. Strategische Führungskräfte werden in Zukunft größere Schwierigkeiten haben, diese Herausforderungen zu berücksichtigen.
Wie wird Industrie 5.0 aussehen?
Einige Menschen in der industriellen Fertigung bezeichnen die Spitze der technologischen Prozesse gerne als „Industrie 5.0“. Sie argumentieren, dass die fünfte industrielle Revolution eine neue Ära des Arbeitens neben Robotern und anderen intelligenten Maschinen einläuten wird. Während Industrie 4.0 Robotik und intelligente Technologien für den menschlichen Betrieb umfasste, läutet Industrie 5.0 theoretisch eine neue Ära der Zusammenarbeit und des gemeinsamen Arbeitens mit Robotern ein.
Es ist definitiv etwas, worüber man nachdenken sollte, aber haben Sie nicht das Gefühl, dass Sie bereits zurückfallen, die meisten Branchenriesen betrachten die Anwendungen von Robotik, automatisierten Sensoren und intelligenter Technologie sowie die Interoperabilität zwischen Maschinen und Menschen weiterhin als Grundlage für Industrie 4.0.
Wer weiß? Vielleicht wird eine bisher unentdeckte Technologie in Zukunft einen unerwarteten Faktor zur Systemoptimierung hinzufügen.
