Was ist Industrie 4.0?

Hersteller integrieren neue Technologien – darunter das Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing und Analysen sowie KI und maschinelles Lernen – in ihre Produktionsanlagen und in ihren gesamten Betrieb. 

Intelligente Fabriken sind mit fortschrittlichen Sensoren, eingebetteter Software und Robotertechnik ausgestattet, die Daten sammeln und analysieren und eine bessere Entscheidungsfindung ermöglichen. Eine zusätzliche Wertschöpfung ist möglich, wenn Daten aus Produktionsabläufen mit Betriebsdaten aus ERP-, Lieferketten-, Kundenservice- und anderen Unternehmenssystemen kombiniert werden, um zuvor isolierte Informationen miteinander zu korrelieren und somit ein völlig neues Level an Transparenz und des Einblicks zu schaffen. So lassen sich abteilungsübergreifende Vorteile schaffen, die das Unternehmen als Ganzes betrachten, anstatt einzelne Teilaspekte separat zu behandeln.

Diese digitalen Technologien ermöglichen eine verstärkte Automatisierung, vorausschauende Wartung, Selbstoptimierung von Prozessverbesserungen und vor allem eine neue, zuvor nicht erreichbare Effizienz und Reaktionsfähigkeit gegenüber den Kunden. 

Eine Studie des IBM Institute for Business Values ergab, dass Smart Manufacturing die Erkennung von Produktionsfehlern um bis zu 50 Prozent und die Erträge um 20 Prozent verbessern kann.

Die Entwicklung intelligenter Fabriken bietet der Fertigungsindustrie eine überaus wertvolle Chance, Teil der vierten industriellen Revolution zu werden. Die Analyse der großen Datenmengen, die von Sensoren auf dem Fabrikgelände gesammelt werden, gewährleistet die Echtzeit-Sichtbarkeit der Fertigungsanlagen und kann Werkzeuge für vorausschauende Wartung bereitstellen, um die Ausfallzeiten der Geräte zu minimieren.

Der Einsatz von Hightech-IoT-Geräten in intelligenten Fabriken kann ihre Produktivität und Qualität deutlich steigern. Indem Geschäftsmodelle, die sich auf eine manuelle Inspektion verlassen, durch KI-gestützte visuelle Insights ersetzt werden, lässt sich die Wahrscheinlichkeit von Herstellungsfehlern reduzieren und Zeit und Geld sparen. Mit minimalen Investitionen können Mitarbeiter im Bereich der Qualitätskontrolle ein Smartphone so einrichten, dass es mit der Cloud verbunden ist, um Fertigungsprozesse von überall aus zu überwachen. Durch die Anwendung von Algorithmen für maschinelles Lernen können Hersteller Fehler sofort erkennen, anstatt dass sie erst in späteren Phasen bemerkt werden, wenn die Reparaturen teurer sind.

Die Konzepte und Technologien der Industrie 4.0 können in allen Arten von Industrieunternehmen angewendet werden. Dazu zählen beispielsweise die Einzel- und Prozessfertigung sowie in die Öl- und Gasindustrie, der Bergbau sowie zahlreiche weitere Industriesegmenten.

Für den Großteil ihrer Geschichte verließen sich Menschen auf ihre eigene Kraft oder die Kraft von Tieren, um Produkte zu fertigen. Wind- und Wasserkraft kamen zwar gelegentlich für Dinge wie die Mehlproduktion zum Einsatz, allerdings geschah dies nur in einem kleinen Maßstab. Ende des 18. Jahrhunderts änderte sich dies schlagartig: Die erste industrielle Revolution in Großbritannien ermöglichte die Massenproduktion, indem Wasser- und Dampfkraft im großen Stil eingesetzt wurden, um Maschinen zu betreiben. Diese stellten Fertigwaren her, anstatt sie mühsam von Hand fertigen zu müssen. So entstanden erste Fabriken, die eine bis dahin unerreichte Produktionsleistung ermöglichten.

Ein Jahrhundert später führte die zweite industrielle Revolution Fließbänder und die Nutzung von Öl, Gas und Strom ein. Diese neuen Energiequellen sowie die fortschrittlichere und schnellere Kommunikation per Telefon und Telegraf führten zu einer wahren Massenproduktion und zu einem gewissen Grad an Automatisierung der Fertigungsprozesse. Maschinen konnten nun deutlich anspruchsvollere und umfangreichere Aufgaben erledigen. Mithilfe der Fließbänder konnten Waren teilweise zahlreiche Produktionsschritte ohne menschliches Zutun durchlaufen.

Mit der dritten industriellen Revolution, die Mitte des 20. Jahrhunderts begann, wurden Computer, fortschrittliche Telekommunikation und Datenanalyse in die Fertigungsprozesse integriert. Den Anfang machte die Digitalisierung von Fabriken mit der Integration von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) in Maschinen, um einige Prozesse zu automatisieren und Daten zu sammeln und auszutauschen.

Aktuell befinden wir uns in der vierten industriellen Revolution, die auch als Industrie 4.0 bezeichnet wird. Die Automatisierung und der Einsatz intelligenter Maschinen und Fabriken nehmen in der heutigen Zeit konstant zu. Somit werden fundierte Daten immer wichtiger, die ermöglichen, Waren entlang der Wertschöpfungskette effizienter und produktiver zu fertigen. Dies bringt auch Vorteile im Bereich der Flexibilität, sodass Hersteller Kundenanforderungen durch Massenanpassungen besser erfüllen können. Wenn Kunden individuelle Produkte in geringer Stückzahl fordern, sollte sich dies für das Unternehmen selbstverständlich lohnen. Es gilt, eine sich wirtschaftlich rentierende Effizienz zu erreichen, selbst wenn nur ein einzelnes Produkt hergestellt wird – eine sogenannte Produktion mit Losgröße 1. Unternehmen sollten sich bei derartigen Anfragen also darüber im Klaren sein, wozu sie in der Lage sind. Durch die Sammlung von größeren Datenmengen aus der Fabrikhalle und deren Kombination mit anderen betrieblichen Daten kann eine intelligente Fabrik eine hohe Informationstransparenz erreichen und somit bessere Entscheidungen treffen.

Verbaute Sensoren und vernetzte Maschinen produzieren eine erhebliche Menge an Big Data für Fertigungsunternehmen. Basierend darauf können Hersteller mithilfe von Datenanalysen historische Trends untersuchen, Muster erkennen und bessere Entscheidungen treffen. Intelligente Fabriken können zudem Daten aus anderen Teilen des Unternehmens sowie aus seinem erweiterten Ökosystem aus Lieferanten und Händlern nutzen, um detaillierte Erkenntnisse zu gewinnen. Durch die Auswertung von Daten aus Bereichen wie dem Personalwesen, dem Vertrieb oder der Lagerhaltung können Hersteller Produktionsentscheidungen auf der Grundlage von Umsatzmargen und Personal treffen. Für eine vollständige digitale Darstellung der Vorgänge kann auch ein digitaler Zwilling erstellt werden.

Die Netzwerkarchitektur einer intelligenten Fabrik basiert auf Interkonnektivität. Echtzeitdaten, die von Sensoren, Geräten und Maschinen in der Fabrikhalle gesammelt werden, sollten also sofort von anderen Fabrikassets genutzt und verwendet werden können. Zudem können diese Daten mit anderen Komponenten im Softwarestack des Unternehmens – einschließlich des Enterprise Resource Planning (ERP) und sonstiger Unternehmensverwaltungssoftware – geteilt werden. Auf diese Weise verfügen zum einen sämtliche Geräte konstant über Echtzeitdaten, um unmittelbar auf Änderungen reagieren zu können, zum anderen lässt sich eine effiziente Planung basierend auf umfassenden, zuverlässigen Daten erstellen.

Intelligente Fabriken können maßgeschneiderte Waren produzieren, die den individuellen Bedürfnissen der Kunden besser entsprechen und kostengünstiger sind. Tatsächlich streben Hersteller in vielen Branchensegmenten danach, auf wirtschaftliche Weise eine Losgröße 1 (also eine Produktion eines einzelnen Produkts) zu erreichen. Durch den Einsatz fortschrittlicher Simulationssoftwareanwendungen und neuer Materialien und Technologien wie dem 3D-Druck können Hersteller problemlos kleine Chargen von Spezialartikeln für bestimmte Kunden herstellen. Hier zeigt sich ein großer Unterschied zu früheren industriellen Revolutionen: Während es bei der ersten bis dritten industriellen Revolution um Massenproduktion ging, geht es bei Industrie 4.0 um Massenanpassung.

Industriebetriebe sind auf eine transparente, effiziente Lieferkette angewiesen, die als Teil einer robusten Industrie-4.0-Strategie in die Produktionsabläufe integriert werden muss. Dadurch ändert sich auch die Art und Weise, wie Hersteller ihre Rohstoffe beschaffen und ihre fertigen Produkte liefern. Durch den Austausch relevanter Produktionsdaten mit Lieferanten können Hersteller Lieferungen entsprechend besser planen. Wenn es beispielsweise zu einer Störung an einer Montagelinie kommt, können Lieferungen umgeleitet oder verzögert werden, um Zeit- und Kostenverschwendungen zu reduzieren. Zusätzlich können Unternehmen durch die Analyse von Wetterdaten sowie Daten von Transportpartnern und Einzelhändlern ihre Lieferungen vorausschauender gestalten, um Fertigwaren genau zum richtigen Zeitpunkt zu versenden und so die Nachfrage der Verbraucher zu decken. Eine weitere Schlüsseltechnologie für die Transparenz in Lieferketten ist die Blockchain, die eindeutige, nicht manipulierbare Einblicke in sämtliche aufgezeichneten Transaktionen bietet und als autoritatives Register fungiert.

Der Aufbau einer hybriden Multicloud-IT-Infrastruktur ist eine Schlüsselkomponente der digitalen Transformation für Hersteller, die die Vorteile von Industrie 4.0 nutzen möchten. Von hybriden Multicloud-Umgebungen spricht man, wenn ein Unternehmen zwei oder mehr Public und Private Clouds zur Verwaltung seiner Workloads einsetzt. Dadurch können Workloads über sämtliche Clouds hinweg optimiert werden, da einige Umgebungen für bestimmte Workloads besser geeignet oder kostengünstiger sind als andere. Hersteller, die eine digitale Transformation anstreben und eine sichere, offene Umgebung suchen, können ihre bestehenden Workloads von ihrem lokalen Standort in die beste Cloud-Umgebung verlagern.