Industrie 4.0 revolutioniert die Art und Weise, wie Unternehmen ihre Produkte fertigen, optimieren und vertreiben. Hersteller integrieren neue Technologien wie das Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing und Analytik sowie KI und maschinelles Lernen in Fertigungsstätten und die gesamten Abläufe.
Diese intelligenten Fabriken sind mit neuesten Sensoren, Embedded Software und Robotern ausgestattet, um Daten zur besseren Entscheidungsfindung zu sammeln und zu analysieren. Wenn Daten aus der Fertigung mit Betriebsdaten aus ERP-, Lieferketten-, Kundendienst- und anderen Unternehmenssystemen kombiniert werden, schafft dies eine völlig neue Transparenz und einen besseren Einblick in zuvor isolierte Informationen.
Die digitalen Technologien ermöglichen mehr Automatisierung, vorausschauende Wartung, eine Selbstoptimierung von Prozessen und bessere Reaktionsfähigkeit gegenüber Kunden, wie es bisher nicht möglich war.
Die Entwicklung intelligenter Fabriken bietet für die Fertigungsbranche unglaubliche Chancen hinsichtlich der vierten industriellen Revolution. Die Analyse von Big Data, die durch Sensoren im Unternehmen gesammelt werden, garantiert Echtzeiteinblicke in Fertigungsanlagen und unterstützt die Entwicklung von Tools für die vorausschauende Wartung, um Ausfallzeiten zu minimieren.
Hoch technisierte IoT-Geräte in intelligenten Fabriken ermöglichen eine gesteigerte Produktivität und höhere Qualität. Der Ersatz manueller Prüfungsmodelle durch KI-gestützte visuelle Informationen reduziert Fertigungsfehler und spart Geld und Zeit. Mit minimalem Aufwand kann das Qualitätspersonal ein mit der Cloud verbundenes Smartphone einrichten, um Fertigungsprozesse von praktisch überall aus zu überwachen. Durch die Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens können Hersteller Fehler frühzeitig erkennen und so Reparaturkosten einsparen.
Die Konzepte und Technologien der Industrie 4.0 sind auf alle Fertigungsunternehmen anwendbar, darunter auch die diskrete und verfahrenstechnische Fertigung sowie Industriezweige wie die Öl-, Gas- und Bergbaubranche.
Erste industrielle Revolution
Die erste industrielle Revolution begann im späten 18. Jahrhundert in Großbritannien und ermöglichte die Massenproduktion durch den Einsatz von Wasser- und Dampfkraft anstelle von rein menschlicher und tierischer Kraft. Fertigprodukte wurden mit Maschinen und nicht mehr langwierig per Hand hergestellt.
Zweite industrielle Revolution
Hundert Jahre später führte die nächste industrielle Revolution zum Einsatz von Montagebändern und zur Verwendung von Öl, Gas und Elektrizität. Diese neuen Energiequellen und die fortschrittlichen Kommunikationsmöglichkeiten per Telefon und Telegramm ermöglichten die Massenproduktion und brachten einen gewissen Grad an Automatisierung in den Fertigungsprozess.
Dritte industrielle Revolution
Die dritte industrielle Revolution in der Mitte des 20. Jahrhunderts erfolgt durch die Nutzung von Computern, fortschrittlicher Telekommunikation und Datenanalysen im Fertigungsprozess. Die Digitalisierung der Fabriken begann mit dem Einbau speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) in die Maschinen, um bestimmte Prozesse zu automatisieren sowie Daten zu sammeln und auszutauschen.
Vierte industrielle Revolution
Aktuell befinden wir uns in der vierten industriellen Revolution, auch Industrie 4.0 genannt. Geprägt durch eine zunehmende Automatisierung sowie den Einsatz intelligenter Maschinen und Fabriken tragen aufbereitete Daten dazu bei, Waren in der gesamten Wertschöpfungskette effizienter und produktiver zu fertigen. Die Flexibilität wird erhöht, da Hersteller besser auf Kundenwünsche eingehen können, indem sie eine individualisierte Massenfertigung anbieten und so versuchen, mit nur einer Charge wesentlich effizienter zu sein. Durch das Erfassen zusätzlicher Daten auf Fertigungsebene und deren Kombination mit anderen Betriebsdaten ermöglicht eine intelligente Fabrik mehr Transparenz und bessere Entscheidungen.
Das Internet der Dinge (IoT) ist ein wichtiger Teil intelligenter Fabriken. Maschinen in Fabriken besitzen Sensoren mit eigener IP-Adresse, über die sie sich mit anderen webbasierten Geräten verbinden können. Durch diese Mechanisierung und Konnektivität können große Mengen wichtiger Daten erhoben, analysiert und ausgetauscht werden.
Cloud Computing ist der Eckpfeiler jeder Strategie der Industrie 4.0. Die vollständige Verwirklichung der intelligenten Fertigung erfordert Konnektivität und Integration von Technik, Lieferkette, Produktion, Vertrieb und Service. Clouds helfen bei der Umsetzung. Außerdem können die großen Mengen an zu speichernden und analysierenden Daten in der Cloud effizienter und kostengünstiger verarbeitet werden. Cloud Computing kann auch die Anlaufkosten für mittelständische Hersteller senken, da sie ihre Anforderungen entsprechend anpassen und skalieren, während das Unternehmen wächst.
Mithilfe von KI und maschinellem Lernen können Fertigungsunternehmen die Menge an Informationen, die nicht nur in der Produktion, sondern auch in den Geschäftseinheiten (selbst von Partnern und externen Quellen) generiert werden, umfassend verwerten. KI und maschinelles Lernen können Einblicke schaffen, durch die Abläufe und Geschäftsprozesse transparent, vorhersagbar und automatisiert werden. Beispielsweise sind Industriemaschinen anfällig für Ausfälle während der Produktion. Mit den von den Anlagen gesammelten Daten kann mithilfe des maschinellen Lernens vorausschauende Wartung durchgeführt werden, was die Maschinenverfügbarkeit und die Effizienz erhöht.
Die Vorgaben an die Echtzeitproduktion führen dazu, dass manche Datenanalysen direkt am „Edge“ (dort, wo die Daten anfallen) durchgeführt werden müssen. Das verringert die Latenzzeit von der Datenerstellung bis zum Zeitpunkt, an dem eine Antwort erforderlich ist. So kann beispielsweise die Erkennung eines Sicherheits- oder Qualitätsproblems eine zeitnahe Reaktion an den Geräten erfordern. Die erforderliche Zeit, um die Daten in die Unternehmenscloud und zurück zur Fabrik zu senden, könnte dann zu lang sein und hängt auch von der Zuverlässigkeit des Netzwerks ab. Mit Edge Computing bleiben die Daten an der Quelle, was Sicherheitsrisiken reduziert.
Fertigungsunternehmen war die Wichtigkeit von Cybersicherheit und cyber-physischen Systeme nicht immer bewusst. Allerdings eröffnet die Vernetzung der Geräte in der Fabrik bzw. am Einsatzort, die effizientere Fertigungsprozesse ermöglicht, auch neue Zugangsmöglichkeiten für bösartige Angriffe und Malware. Bei der digitalen Transformation zur Industrie 4.0 ist es wichtig, sich auch über die Cybersicherheit Gedanken zu machen, die Informations- und Betriebstechnik zu schützen.
Die digitale Transformation zur Industrie 4.0 befähigt Hersteller auch zur Nutzung digitaler Zwillinge, also virtueller Kopien von Prozessen, Produktionslinien, Fabriken oder Lieferketten. Ein digitaler Zwilling wird durch Abruf von Daten von IoT-Sensoren, -Geräten, SPS und anderen mit dem Internet verbundenen Objekten erstellt. Mit digitalen Zwillingen lassen sich die Produktivität steigern, Workflows verbessern und neue Produkte entwerfen. Durch die Simulation eines Fertigungsprozesses können beispielsweise Änderungen am Prozess getestet werden, um Möglichkeiten zur Minimierung von Ausfallzeiten oder zur Verbesserung der Kapazität zu finden.
Integrierte Sensoren und vernetzte Maschinen produzieren eine erhebliche Menge an Big Data für Fertigungsunternehmen. Mit Datenanalysen lassen sich historische Trends untersuchen, Muster erkennen und Entscheidungen treffen. Außerdem können intelligente Fabriken Daten aus anderen Teilen des Unternehmens und aus dem erweiterten Umfeld von Lieferanten und Händlern nutzen, um genauere Erkenntnisse zu gewinnen. Durch die Auswertung von Daten aus der Personalabteilung, dem Vertrieb oder dem Lager können Produktionsentscheidungen auf der Grundlage von Verkaufsmargen und Personalzahlen getroffen werden. Eine vollständige digitale Darstellung der Betriebsabläufen ist als "digitaler Zwilling erstellbar."
Die Netzwerkarchitektur intelligenter Fabriken basiert auf Konnektivität. Von Sensoren, Geräten und Maschinen in der Fabrik erfasste Echtzeitdaten können sofort von anderen Anlagen in der Fabrik sowie von anderer Software im Enterprise Stack genutzt werden, z. B. der Warenwirtschaft und anderen Betriebswirtschaftssystemen.
Intelligente Fabriken können maßgeschneiderte Produkte herstellen, die den individuellen Bedürfnissen der Kunden auf kostengünstigere Weise gerecht werden. In vielen Branchen streben Hersteller danach, auf wirtschaftliche Art und Weise "mit einer Charge" zu operieren. Mithilfe erweiterter Simulationssoftware sowie neuer Materialien und Technologien (wie 3D-Drucker) können kleine Partien einzelner Artikel für bestimmte Kunden schnell und einfach produziert werden. In der ersten industriellen Revolution ging es vor allem um die allgemeine Massenproduktion. Bei Industrie 4.0 dreht es sich jedoch überwiegend um die kundenspezifische Massenfertigung.
Industrielle Vorgänge erfordern eine transparente und effiziente Lieferkette, die als Teil einer robusten Industrie-4.0-Strategie in den Produktionsbetrieb integriert sein muss. Dies transformiert die Art und Weise, wie Hersteller Ausgangsmaterialien beschaffen und fertigen Erzeugnisse bereitstellen. Durch die Weitergabe bestimmter Produktionsdaten an die Lieferanten werden Lieferungen besser terminiert. Bei Störung einer Montagelinie beispielsweise kann die Lieferung umgeleitet oder verzögert werden, um Zeit- und Kostenverluste zu vermeiden. Außerdem ermöglicht die Auswertung von Wetterdaten sowie Informationen von Transportpartnern und Einzelhändlern den vorausschauenden Versand, um die Erzeugnisse genau zum richtigen Zeitpunkt an den Verbraucher zu versenden. Blockchain wird eine immer wichtigere Technologie für die Transparenz in Lieferketten.
Der Aufbau einer hybriden Multicloud-IT-Infrastruktur ist ein wichtiger Teil der digitalen Transformation für Hersteller, die die Chancen der Industrie 4.0 ergreifen wollen. Von einer hybriden Multicloud spricht man, wenn ein Unternehmen zwei oder mehr öffentliche und private Clouds zur Verwaltung seiner IT-Abläufe nutzt. Es kann dadurch die Workloads cloudübergreifend optimieren, je nachdem, welche Umgebung sich besser eignet oder kosteneffizienter ist. Wer digital transformieren und eine sichere, offene Umgebung betreiben möchte, kann Workloads von lokal installierten Systemen in die am besten geeignete Cloud verlagern.
Manuelle Prüfungen und technische Unterstützung um KI-basierte automatische Prüfungen zu ergänzen, verringert Produktfehler, steigert die Effizienz und minimiert Fehlalarme. Ein Deep-Learning-Modell kann in der Regel schnell mit vorhandenen Bildern und Videos trainiert werden. Sobald es mit einer Smartphonekamera verbunden wurde, kann das Modell für die automatische Inspektion zur Produktionslinie hinzugefügt zu werden.
Die digitale Transformation zur Industrie 4.0 beginnt mit der Datenerfassung, die um künstliche Intelligenz wird, um sie sinnvoll zu nutzen. Intelligente Fabriken verwenden IoT-Geräte, die Maschinen und Computer vernetzen, um durch Echtzeitdaten ein deutliches Bild von der Fertigungsanlage zu erhalten. Anschließend werden mit KI und maschinellem Lernen aus riesigen Datenmengen verwertbare Erkenntnisse bezogen.
Industrie 4.0 bewirkt die Konvergenz von Informations- und Betriebstechnik. Autonome Fertigungsgeräten und allgemeinere Computersysteme werden miteinander vernetzt. Betriebsdaten von Sensoren, SPS und SCADA-Systemen werden in IT-Daten von MES- und ERP-Systemen integriert. Ergänzt um maschinelles Lernen hat diese Integration einen Effekt auf das gesamte Unternehmen – von der Konstruktion über den Betrieb bis hin zu Vertrieb und Qualität.
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Automatisierte Abläufe, verbesserter Nutzungskomfort und erweiterte Sicherheitsmaßnahmen, wo immer sie nötig sind.
Enterprise Asset Management (EAM) ist elementar, damit Ihr Betrieb ungestört weiterläuft. Hersteller, die Technologien der Industrie 4.0 implementieren, können problemlos Tausende IoT-Geräte in ihren intelligenten Fabriken vernetzen. Um den Anforderungen der Industrie 4.0 gerecht zu werden, muss jede Anlage maximal verfügbar sein. Die Verwaltung von Unternehmensassets steigert die operative Resilienz und Agilität, weil Geräte per Fernzugriff überwacht werden, was ihren Lebenszyklus verlängert und Daten für die vorausschauende Wartung bereitstellt.
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Etwa ein Drittel aller Führungskräfte ist davon überzeugt, dass die Sicherheit ihrer IoT-Plattformen die größte Herausforderung für ihr Unternehmen ist.
Meggitt, ein britischer Hersteller von Luft- und Raumfahrtkomponenten, nutzt das Potenzial der Industrie 4.0, um eine fehlerfreie Lieferung ohne jegliche Mängel zu gewährleisten.
Das Zusammenführen der durch IIoT (industrielles Internet der Dinge) gesammelten Daten ermöglicht vorausschauende Wartung und eine verbesserte Zusammenarbeit zwischen wichtigem Fertigungspersonal.
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Lesen Sie Blogbeiträge zu den verschiedensten Industrie-4.0-Themen, darunter die KI-gestützte Fertigung, die intelligente Sichtprüfung und das industrielle Internet der Dinge.