Industrie 4.0

Kurzbeschreibung

Der Begriff oder auch das Konzept „Industrie 4.0“ steht für die intelligente Vernetzung von industriellen Komponenten (Bauteile, Produkte, Maschinen oder Anlagen) und zugehöriger Prozesse mittels digitaler, internet- bzw. netzwerkbasierter Technologien und Verfahren. Somit spielen auch Mega-Trends wie „Digitalisierung“, „digitale Transformation“ oder „digitaler Wandel“ (der Industrie und Wirtschaft) oder auch daran anschließende Konzepte wie „Mensch-Maschine-Interaktion“, „Cloud-Computing“, „Automatisierung“ usw. stark in das Konzept der Industrie 4.0 hinein.

Der Mehrwert von Industrie 4.0 für beteiligte Unternehmen ergibt sich aus dem unternehmensübergreifenden Austausch von Daten und Informationen innerhalb der Wertschöpfungskette.

Eine wichtige Grundvoraussetzung dafür sind hersteller- und branchenübergreifende Standards. Denn für ein funktionierendes digitales Zusammenspiel müssen zunächst gemeinsame „Spielregeln“ in den betroffenen Bereichen definiert werden, wie auch eine gemeinsame „Sprache“. Hierbei kommen insbesondere Standards für Netzwerke und Protokolle, Cyber-Sicherheit und Datenschutz zum Tragen, oder auch bestimmte Architekturen wie beispielsweise das „Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0“ (RAMI 4.0).

Für weitergehende Informationen und Hintergründe im Hinblick auf Fragen zur Gestaltung der Wirtschaft in einer durch zunehmende Digitalisierung geprägten Zukunft, sei an dieser Stelle auch auf die „Plattform Industrie 4.0“ verwiesen.

Vorteile von Digitalisierung und Industrie 4.0 für Unternehmen

Unternehmen bieten sich vielfältige Möglichkeiten der Nutzung einer intelligenten Vernetzung im Rahmen von I4.0. Im Folgenden werden einige Hauptvorteile kurz umrissen:

Flexibilisierung und Individualisierung:

Im Allgemeinen sind mehrere Unternehmen an der Fertigung eines Produkts beteiligt, die jeweils ihren Beitrag bei der Erzeugung von Mehrwert in der Lieferkette leisten. Die Digitalisierung und Vernetzung im Sinne von Industrie 4.0 bietet hierbei konkrete Vorteile:

• Einzelne Produktionsschritte können besser aufeinander abgestimmt werden. Dadurch kann auch die Auslastung von Maschinen und Anlagen optimiert werden (Stichwort: „Smart Factory“).
• Ganze Produktionsstraßen werden künftig modular aufgebaut sein und können so schnell und flexibel für wechselnde Aufgaben zusammengestellt werden. Dadurch wird nicht nur die Produktivität verbessert: Produkte können zudem stärker individualisiert und auch in kleineren Losgrößen gefertigt werden – ohne wesentliche Kostensteigerungen.
• Indem Kunden ihre Produkte selbst mitgestalten können, rücken Hersteller und Abnehmer enger zusammen. So können zum Beispiel bestimmte Komponenten in der Industrie vom Kunden mitgestaltet und für den jeweiligen Anwendungszeck optimiert werden.

Optimierte Lieferketten und Feedback-Schleifen:

Durch den Einsatz von intelligenter Software lassen sich ideale Lieferwege berechnen, Maschinen ordern selbstständig neues Verbrauchsmaterial nach – so ermöglicht die intelligente Vernetzung eine Optimierung von Warenströmen zwischen den beteiligten Unternehmen.

Zudem können schon im Einsatz befindliche „smarte“ Produkte selbständig Daten an die IT-Systeme der Hersteller zurück übermitteln. Damit kann dieser seine Produkte optimieren und innovative Services für seine Kunden ableiten.

Nicht zuletzt wird durch solche Technologien auch eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft ermöglicht: Indem Produkte datengestützt über ihren gesamten Lebenszyklus verfolgt und analysiert werden können, lässt sich bereits in der Designphase festlegen, welche Bauteile oder Materialien sich in welcher Art und Weise wiederverwerten lassen.

Daten als „Trigger“ für neue Anwendungen:

Technische Prozess- und Zustandsdaten einer Anlage oder eines Produkts (wie z.B. Temperaturen oder Füllstände) können durch die intelligente Vernetzung zusammengeführt und ausgewertet werden. Daraus lassen sich Schlüsse ziehen, wie eine Anlage optimiert oder die Sicherheit eines Produkts verbessert werden kann.

Doch neben der reinen Optimierung ermöglichen Digitalisierung und Industrie 4.0 auch völlig neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen, wie etwa die „vorausschauende Wartung“ (engl. preventive Maintenance): Indem bestimmte Industrie4.0-Komponenten über Sensoren kontinuierlich Daten über ihren Zustand an das vernetze System übermitteln, können Abnutzungen frühzeitig erkannt und entsprechende vorbeugende Maßnahmen gegen Anlagenausfälle eingeleitet werden.

Industrie 4.0 in der Praxis: Verwaltungsschalen und „Digitale Zwillinge“

Oben haben wir die Möglichkeiten und Vorteile der Digitalisierung im Rahmen von „Industrie 4.0“ kurz vorgestellt. Doch wie konkret lassen sich diese Ideen und Konzepte in die Praxis umsetzen?

Der erste und vermutlich gewichtigste Schritt dazu ist die Einbindung von (in der Regel physischen) Gegenständen (engl. „Assets“) in eine digitalisierte IT-Produktions-Umgebung. Als Asset ist hierbei alles zu verstehen, was im Kontext einer I4.0-Lösung einen „Anschluss“ an das jeweilige vernetzte System erfordert.

Dazu gehören neben Maschinen/Anlagen und ihren Komponenten auch Assets wie Verbrauchsmaterial und (Vor-)Produkte, oder auch zwischen den vernetzten Partnern auszutauschende Dokumente wie Pläne, Bedien- oder Inbetriebnahme-Hinweise, Auftrags-und Bestelldaten bis zu kompletten Verträgen und Benutzerhandbüchern.

Als Kernkomponente zum Anschluss von Gegenständen bzw. Assets an die digitale Welt der Industrie 4.0 dienen sogenannte Verwaltungsschalen (engl. „Asset Administration Shell“ – AAS). Eine Verwaltungsschale kann auch als „digitaler Zwilling“ eines physischen Assets verstanden werden. Das dahinterstehende Konzept wird hier näher erläutert und anhand ausgewählter praktischer Beispiele anschaulich gemacht.