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Industrie 4.0

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Digitalen Revolution 4.0

Industrie 4.0
Eine neue Ära der Industrie
Was bedeutet Industrie 4.0?

Der Begriff Industrie 4.0 bezeichnet eine Phase der Neuorientierung in den industriellen Prozessen, die einen enormen Produktivitätsschub bringt. Die Zahl 4.0 heißt, dass es mittlerweile (nach dem Beginn der Industrialisierung) das vierte Mal ist, dass eine solche Umwälzung stattfindet. Dies bringt - wie die Stufen zuvor - ganz neue Produktionsprozesse und Formen der Zusammenarbeit mit sich. Sie sind vor allem durch eine zuvor nicht gekannte Integration von Hardware, Software und menschlicher Arbeitskraft gekennzeichnet. Das ist eine neue Qualität, die es vorher nicht gab, und findet in Integrated oder Smart Factories statt.


Lesen Sie im Folgenden, was das im Detail bedeutet oder lassen Sie sich persönlich von unseren Experten beraten.


Hier finden Sie eine allgemeine Definition von Industrie 4.0.

Die neue Produktionsweise

Das hauptsächliche Kennzeichen der neuen Produktionsweise ist, dass Maschinen und Produkte in sogenannte Cyber Physical Produktion Systems (CPPS) verwandelt werden. Diese sind nichts anderes als intelligente Objekte im Internet der Dinge. Das heißt, dass sämtliche Beteiligten am Produktionsprozess über das Internet vernetzt sind und miteinander kommunizieren können. Sie sind außerdem mit einer Eigenintelligenz ausgestattet und vertikal eng mit dem Planungs-System (ERP) verbunden. Es gibt damit eine dezentrale Intelligenz auf den unteren Ebenen der Produktion (im Sensor, im Produkt, im Aktor), die innerhalb der vorgegebenen Regeln eigenständig Entscheidungen treffen kann.

Die Produkte beispielsweise kennen ihre Historie und die nächsten Schritte in der Produktion, sodass sie selbstständig den günstigsten Weg bis zur Endfertigung finden – immer überwacht vom übergeordneten Softwaresystem. Bei Problemen mit einer Fertigungsmaschine können sie eine andere suchen, die den Prozess fortsetzt. Sensoren melden durchgehend ihre Messwerte zur Erstellung von Auswertungen an das Controlling-System, sodass zu jeder Zeit ein vollständiges virtuelles Abbild der Vorgänge in der Fabrik zur Verfügung steht, zusammen mit allen denkbaren statistischen Evaluationen.

Die hier beschriebenen Prinzipien einer Integrated Factory werden auch außerhalb der Fabrik angewendet. Zulieferer und Kunden sind über genormte Schnittstellen in das Gesamtsystem eingebunden. Die Lieferkette, die wir heute kennen, wird zu einem sich selbst organisierenden Supply-Netzwerk, das ohne zentrale Steuerung funktioniert. Produktionsmaschinen beispielsweise können eigenständig Rohstoffe anfordern und daraus verschiedene Produkte herstellen. In Fehlersituationen kann flexibel reagiert werden, beispielsweise indem die Fertigung automatisch auf noch funktionierende Teile der Fabrik konzentriert wird, und die fehlerhaften Maschinen währenddessen ihre Reparatur beauftragen.

Auf diese Weise erobert das Internet der Dinge die Fabriken. Dabei hat die Software einen wesentlich höheren Anteil an der Wertschöpfung als früher. Die Produktion wird zu großen Teilen von Programmen gesteuert, nicht mehr von der Hardware. Man muss deshalb zum Beispiel nicht mehr größere Umbauaktionen durchführen, wenn am Produkt etwas geändert wird, denn die Fertigungsmaschinen sind von vorneherein für mehrere Varianten oder sogar für mehrere Produkte ausgelegt.

Durch die neue Produktionsweise können hochkomplexe Abläufe dezentral gesteuert werden. Ein Teil der Steuerung wird aus der Gesamtplanung herausgenommen und auf die Produktionselemente verlagert. Damit lässt sich das Unplanbare einplanen. Unvorhergesehene Ereignisse werden von der fehlertoleranten Eigenintelligenz der Produktionsmaschinen und der Produkte abgefangen, die in solchen Situationen eigenständig handeln und miteinander kommunizieren können.

Dadurch entsteht eine robuste und fehlertolerante Fabrikation, die einhergeht mit starker Individualisierung der Produkte bei sehr hoher Produktivität. Auch kleine Stückzahlen lohnen sich, da die Fertigungsmaschinen nur durch einen Softwareschalter das Produkt abwandeln können, und die Kosten trotzdem gering bleiben. Zudem kann der Kunde noch im Produktionsprozess Änderungen einbringen, was ein wirkliches Alleinstellungsmerkmal ist.

Das ERP System

Fabriken nach den Prinzipien von Industrie 4.0 können sehr groß werden, und sind oft auch noch in einen viel größeren Unternehmensverbund eingeordnet. Bei aller dezentraler und eigenständiger Steuerung muss es deshalb auch eine übergeordnete Planungsinstanz geben, die den Überblick über das Ganze behält und allgemeine Ziele vorgibt.

Aber ein ERP System in der Fabrik der Zukunft unterscheidet sich in wesentlichen Teilen von den starren Planungssystemen der Gegenwart, in denen der gesamte Prozess bis in jedes kleinste Detail abgebildet wird. Dies hat oft zur Folge, dass Änderungen nur nach einem längeren bürokratischen Ablauf möglich sind.

Die ganze Fabrik einschließlich des ERP Systems und der Lieferkette ist dagegen flexibel aufgebaut. Damit ist das Unplanbare eingeplant: unvorhergesehene Ereignisse legen nicht ein ganzes Band lahm und Kundenwünsche können in kurzer Zeit erfüllt werden.

Das Produkt

Industrie 4.0 endet nicht, sobald das Produkt die Werkshalle verlässt. Es ist vielmehr über seinen gesamten Lebenszyklus hindurch bis zum abschließenden Recycling mit dem Internet verbunden und hat Zugriff auf alle bis dahin gesammelten Daten sowie auf die Daten seines laufenden Betriebs. Dadurch kann es bei einem Ausfall dem Servicetechniker schon vor seinem Besuch alle relevanten Daten mitteilen, wie z.B. Informationen über frühere Wartungen und die Veränderungen der Messwerte, bevor das Problem auftrat.

Sogar Prognosen sind möglich, schon bevor es überhaupt zu einem Ausfall kommt. Das Produkt kennt die Parameter seiner eigenen Produktion, und vielleicht gab es dort bestimmte Fertigungsmaschinen, deren Ergebnisse Jahre später zu erhöhten Ausfallerscheinungen führen. Oder es bemerkt, dass bestimmte Messwerte auf ein baldiges Problem hindeuten. Dann entscheidet es selbstständig, wann der günstigste Zeitpunkt für vorbeugende Maßnahmen ist, wobei es die Kosten der Reparatur mit der Wahrscheinlichkeit eines Produktionsausfalls verrechnet.

Dadurch sind die Kosten geringer, und die Produktivität ist höher. Insgesamt ergibt sich eine höhere Stabilität des Fertigungsprozesses, weil Schäden schon im Vorstadium entdeckt werden, und weil Werkzeuge genau dann ausgetauscht werden, wenn ihre Standzeit abgelaufen ist.

Diese Art der Wartung, in der man eingreift, bevor ein Fehler sich überhaupt manifestiert, wird vorausschauende Wartung (englisch: predictive Maintenance) genannt. In konventionellen Fabriken ist dies möglich durch permanente Überwachung mit einer geeigneten Controlling-Software. Wenn dann bestimmte Datenmuster auftauchen, die auf ein baldiges Fehlerereignis hindeuten, wird eine Warnung ausgegeben. Dadurch ist eine Reaktion möglich, bevor Ausschuss produziert wird.

Mit intelligenten Produkten kann man das stark ausweiten, was weitere Kosteneinsparungen mit sich bringt. Wenn die Produkte zum Beispiel nach dem Ende der Fertigung weiter Daten sammeln, können sie auch dann noch auf einfache Weise präventiv gewartet werden. Sie erkennen selbst, wann eine kritische Schwelle erreicht ist; dazu brauchen sie keine Controlling-Software. So etwas ist schon heute bei großen Maschinen implementiert, wie Fabrikationsanlagen oder Autos, die sich selbst überwachen. In Fabriken nach den Prinzipien von Industrie 4.0. wird fast jedes einigermaßen komplexe Bauteil mit einer Intelligenz ausgestattet sein, die – unter anderem – vorausschauende Wartung ermöglicht.

Auch die Datengrundlage wird sich weiter ausweiten, und zwar in Richtung Big Data. Mit den Algorithmus-basierten Methoden, die hier verwendet werden, ist es möglich, auch unstrukturierte Daten auszuwerten. Mit der dann nochmals vergrößerten Datenbasis dürfte die vorausschauende Fehlererkennung noch genauer werden.


 
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