Industrie 4.0 (im anglo-amerikanischen Sprachgebrauch „Industrial Internet Of Things“) steht für die vierte industrielle Revolution. Der Begriff beschreibt eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten.

Die Interaktion verschiedener Objekte in einem Produktionssystem nach dem Prinzip der Industrie 4.0 erfolgt dabei einerseits zwischen Maschinen (Machine-to-Machine) und andererseits zwischen Mensch und Maschine (Machine-to-Person).

Stellen Sie sich ein Auto vor, das mit dem Internet verbunden ist, permanent Daten sammelt und sie an den Hersteller sendet. Der wiederum kann die Daten nutzen, um seine Fertigungsprozesse zu optimieren und eventuelle Kundenwünsche bereits im Vorhinein zu antizipieren. Das Auto selbst kann sich per Software-Update auf den neuesten technologischen Stand bringen, wodurch Werkstattbesuche entfallen.

 

Sicherheitsaspekte müssen hierbei natürlich ebenso berücksichtigt werden: Der Umgang mit Daten bedarf höheren Sicherheitsstandards, u.a. zum Schutz der Privatsphäre der Kunden.

Die schon beschriebenen Cyber-physischen Systeme bilden die technologische Grundlage für die so genannte „Smart Factory“. In dieser Smart Factory tauschen intelligente Maschinen eigenständig Informationen aus und steuern sich selbstständig.

Auch das Produkt kennt seine Auftrags- und Produktionsdaten und beeinflusst seine eigene Produktion durch Interaktion mit der vernetzten Produktionsmaschine. Auf diese Weise kann in Echtzeit auf Rohstoffengpässe reagiert werden und auch Lieferzeiten lassen sich prozessoptimiert bestimmen. Geschäfts- und Engineeringprozesse sind dynamisch gestaltet, wodurch die Produktion verändert und flexibel auf Störungen und Ausfälle reagiert werden kann.

Zudem werden weitere Potenziale offensichtlich: Hinsichtlich Design, Konfiguration, Bestellung, Planung, Produktion und Betrieb – einschließlich kurzfristiger Änderungswünsche – kann auf individuelle Kundenwünsche eingegangen werden. Selbst Einzelstücke lassen sich rentabel produzieren.

Industrie 4.0 ermöglicht die personalisierte Zahnbürste

Professor Bechtloff von der Fachhochschule Südwestfalen in Meschede führt folgendes Beispiel an:

„Stellen Sie sich vor, Sie wollen eine Zahnbürste kaufen. Sie könnten jetzt im Handel ein ganz normales Massenprodukt erwerben. Wenn Sie aber etwas höhere Ansprüche an Ihre Bürste haben, […] dann stellen Sie sich Ihre Zahnbürste im Internet individuell nach Ihren Ansprüchen zusammen. Sobald Sie Ihre Bestellung abgeschickt haben, bekommt an irgendeinem Ort der Welt eine Maschine, die Information über die Beschaffenheit Ihrer Zahnbürste und fängt automatisch an, sich mit anderen im Produktionsprozess beteiligten Maschinen abzustimmen, um das Produkt herzustellen. Die Maschinen arbeiten intelligent zusammen und steuern die Produktion auf Basis Ihrer Daten selbstständig. Am Ende bekommen Sie Ihr Wunschprodukt zugestellt. Aber selbst dann könnte es noch weiter gehen. Zum Beispiel insofern, dass Ihre Zahnbürste als intelligentes Produkt eigenständig merkt, wann die Borsten erneuert werden müssen und Daten über Ihre Zähne an Ihren Zahnarzt übermittelt.“

 

Die Digitalisierung und Verknüpfung der Wertschöpfungsketten bieten in einer Smart Factory also ein hohes Verbesserungspotenzial, da alle Prozesse und Produktionsmittel in steuerbaren Wertschöpfungsnetzwerken miteinander verknüpft sind und sich in Echtzeit steuern lassen. Hinsichtlich der Auswirkungen auf die Wertschöpfungskette kann zwischen horizontaler und vertikaler Integration unterschieden werden (Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0):

„Unter horizontaler Integration versteht man in der Produktions- und Automatisierungstechnik sowie der IT die Integration der verschiedenen IT-Systeme für die unterschiedlichen Prozessschritte der Produktion und Unternehmensplanung, zwischen denen ein Material-, Energie- und Informationsfluss verläuft, sowohl innerhalb eines Unternehmens (beispielsweise Eingangslogistik, Fertigung, Ausgangslogistik, Vermarktung) aber auch über mehrere Unternehmen (Wertschöpfungsnetzwerke) hinweg zu einer durchgängigen Lösung.“

Unter vertikaler Integration versteht man in der Produktions- und Automatisierungstechnik sowie der IT die Integration der verschiedenen IT-Systeme auf den unterschiedlichen Hierarchieebenen (beispielsweise die Aktor- und Sensorebene, Steuerungsebene, Produktionsleitebene, Manufacturing and Execution-Ebene, Unternehmensplanungsebene) zu einer durchgängigen Lösung

Schätzungen des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie zufolge können Unternehmen mithilfe der Industrie 4.0 ihre Produktivität um 30 Prozent steigern. PwC rechnet für die deutsche Industrielandschaft mit Mehrumsätzen von bis zu 30 Milliarden Euro pro Jahr durch die Industrie 4.0.

Die Relevanz der Digitalisierung für die deutsche Wirtschaft hat auch die Bundesregierung erkannt und die „digitalen Agenda“ verfasst, in der das Thema Industrie 4.0 behandelt wird. Zudem wurde die „Plattform Industrie 4.0“ gegründet. Die Sicherheit vernetzter Systeme, die rechtlichen Aspekte sowie die Aus- und Weiterbildung sollen somit vorangetrieben werden.

Die Veränderungen entlang der Wertschöpfungsketten haben auch Auswirkungen auf die Zusammenarbeit zwischen einzelnen Branchen. Ein gemeinsamer, globaler Standard bzw. eine übergreifende Plattform muss noch gefunden werden. Die US-Unternehmen General Electric, AT&T, Cisco, UBM und Intel haben hierfür das „Industrial Internet Consortium“ gegründet, dem sich mittlerweile weitere Mitglieder angeschlossen haben, u.a. Bosch und Samsung.

Wertschöpfungspotenziale erstrecken sich in der Industrie 4.0 über die gesamte Wertschöpfungskette. Die Industrie 4.0 bildet jedoch auch die Grundlage für eine Revolution der Produkt- und Serviceangebote von Unternehmen und zur Umsetzung neuer, oftmals disruptiver digitaler Geschäftsmodelle.

Industrie 4.0 lässt sich nicht „isoliert“ denken, sondern versteht sich als ein Bedarfsfeld von mehreren. Die Gestaltung von Industrie 4.0 sollte interdisziplinär und im engen Austausch mit anderen Bedarfsfeldern vorgenommen werden.

Wie STIWA den Produktionsprozess smart macht

Im Youtube-Video des österreichischen Unternehmens STIWA, die u.a. Teile für Fahrzeuglenkungen produziert, wird gezeigt, wie der Produktionsprozess vollständig automatisiert und vernetzt vonstattengeht. Hierdurch kann STIWA nach Aussage von Geschäftsführer Raphael Sticht sogar schneller und günstiger als die die Konkurrenz in Niedriglohnländern produzieren.