Unter dem Begriff Industrie 4.0 versteht man die Digitalisierung und Vernetzung aller Beteiligten am Wertschöpfungsprozess in Industrieunternehmen. Dadurch findet eine Integration von Hardware, Software und menschlicher Arbeitskraft statt, die es in der Form noch nie zuvor gegeben hat.

Dieser Prozess wird als eine Umwälzung angesehen, die in den nächsten Jahrzehnten völlig neue Formen der Produktion und der Zusammenarbeit hervorbringen wird. Die Veränderungen werden so massiv sein, dass man von einer neuen Stufe der industriellen Revolution spricht.

Industrie 4.0 hat also zwei Seiten, eine geschichtliche und eine technisch-organisatorische. Die geschichtliche Seite wird dadurch angesprochen, dass man die Zahl 4.0 benutzt. Dies heißt, dass es mittlerweile das vierte Mal ist, dass eine solche Umwälzung stattfindet. Die technisch-organisatorische Seite bezieht sich auf die Veränderungen in den Betrieben, die die neue Produktionsweise ermöglichen. Man muss beide Seiten kennen, wenn man wissen will, was genau Industrie 4.0 eigentlich bedeutet.

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Industrie 4.0 Definition
Industrielle Revolution

Industrielle Revolutionen

Die erste Stufe der industriellen Revolution begann gegen Ende des 18. Jhds. in England, als die Arbeit mechanisiert wurde und man begann, die Fertigung in Fabriken zu verlagern. Die nachfolgende zweite Stufe fand anfangs des 20. Jhds statt. Nun führte man die arbeitsteilige Massenproduktion durch Elektrifizierung ein, was es erlaubte, weite Teile der Bevölkerung am Konsum zu beteiligen. Die dritte Stufe hatte ihren Ursprung in den 1970er Jahren und brachte die Automatisierung der Fertigung durch Computer mit sich.

Gegenwärtig beginnt die vierte Stufe – deshalb spricht man von Industrie 4.0. Nach Mechanisierung (1), Arbeitsteilung (2) und Automatisierung (3) geht es nun um Digitalisierung und Vernetzung (4).

Technik und Organisation

Industrie 4.0 ist eine Antwort auf die Anforderungen nach immer höherer Produktivität in einer immer komplexer werdenden Umwelt. Damit die Antworten gefunden werden können, müssen die Produktion und das betriebliche Planungssystem angepasst werden sowie die Basistechnologien zur Verfügung stehen.

Anpassungen in der Produktion:

  • Eine dezentrale Intelligenz auf den unteren Ebenen der Produktion
  • Fähigkeit zur Selbststeuerung auf den unteren Ebenen der Produktion
  • Vernetzung aller Beteiligten am Produktionsprozess vom Vorprodukt bis hin zum Ende des Lebenszyklus des Produkts

Anpassungen in Planung und Controlling:

  • Eine flexible Auslegung des betrieblichen Planungssystems (Enterprise Ressource Management; Abkürzung: ERP).
  • Es ist es keine Lösung, eine Fabrik nach den Prinzipien von Industrie 4.0 aufzubauen und dann ein herkömmliches ERP-System zur Steuerung einzusetzen. Der große Nachteil solcher Systeme ist, dass sie darauf ausgerichtet sind, eine zentrale Planung umzusetzen. Damit sind sie einigen zentralen Merkmalen von Industrie 4.0 entgegengesetzt, nämlich Eigenintelligenz auf den unteren Ebenen, dezentrale Steuerung und Flexibilität.

Die Basistechnologien sind:

  • Internet der Dinge
  • Cyber Physical Production Systems (CPPS)

Basistechnologien

Als Basis für Industrie 4.0 dienen Technologien, die erst im 21. Jahrhundert eingeführt wurden. Es sind vor allem das Internet der Dinge und die Umstellung auf Cyber Physical Production Systems (CPPS).

Das Internet der Dinge ist eine Erweiterung des klassischen Internets. Dieses stellt einen virtuellen Raum bereit, in dem man mit Hilfe eines Displays und einer Tastatur Daten und Dokumente austauscht. Die Erweiterung besteht darin, dass Alltagsgegenstände vernetzt werden und selbst damit beginnen, Daten auszutauschen. Und nicht nur Alltagsgegenstände, die man aus dem normalen Leben kennt, sondern auch Produktionsmaschinen.
Damit ist die Trennung von virtueller und realer Welt aufgehoben. Eindeutig identifizierbare Objekte aus der physikalisch erfahrbaren Welt werden mit der Fähigkeit ausgestattet, über das Internet zu kommunizieren.

CPPS sind eine Spezialisierung der CPS (Cyber-Physical Systems). Dieser Begriff bedeutet die Verschmelzung von Informationsverarbeitung und technischen Objekten. Die Informationsverarbeitung ist dabei tief in die physikalischen Komponenten (embedded systems) integriert. Der Zusatz „Production“ in CPPS meint, dass diese Systeme in Fabriken zur Fertigung eingesetzt werden.

Definition von Industrie 4.0

Industrie 4.0 passiert dann, wenn die Basistechnologien, also die Einführung des Internets der Dinge in den Fabriken durch Einsatz von CPPS, mit den oben genannten Anpassungen von Technik und Organisation kombiniert werden.

Diese Kombination führt zu intelligenten Produktionssystemen. Ihre Intelligenz nutzen solche Systeme dazu, sich an ihr Umfeld anzupassen, mit den anderen Akteuren zu kommunizieren und durch Lernen neue Situationen für sich zu nutzen.

Auswirkungen der neuen Produktionsweise

Der Hauptgrund für die Organisation der Fertigung nach den Prinzipien von Industrie 4.0 ist sicherlich die unmittelbare Kostenersparnis bei der Erstellung des Produkts. Zudem ist der Konkurrenzdruck hoch; auch andere Länder arbeiten intensiv an den gleichen Konzepten. Aber es geht nicht nur darum, Kosten einzusparen.

Ein wichtiges zusätzliches Argument für Industrie 4.0 ist die erhöhte Flexibilität des Fertigungsprozesses. Damit kann reagiert werden, falls eine Fehlersituation auftritt oder der Kunde kurzfristig Änderungen verlangt. Auch ergibt sich eine höhere Stabilität der Produktion, weil die Eigenintelligenz der CPPS eine genaue vorausschauende Wartung ermöglicht. Schäden können so schon im Vorstadium entdeckt werden; Werkzeuge werden genau dann ausgetauscht, wenn ihre Standzeit abgelaufen ist, und nicht, weil gerade ein Wartungsintervall ansteht.

In bestimmtem Teilen der Industrie, zum Beispiel der Automobilfertigung, gibt es außerdem ein sachliches Argument, bei dem die Kosten überhaupt keine Rolle mehr spielen. Hier können die Prozesse so komplex werden (und werden immer komplexer), dass nur dezentrale Steuerung und Eigenintelligenz auf den unteren Ebenen die Fertigung überhaupt noch beherrschbar machen. Eine zentrale Steuerung, die jedes Detail vorgibt, wäre gar nicht mehr machbar.

Einführung von Industrie 4.0

Es ist also kein Wunder, dass die Einführung der neuen Produktionsweise nicht nur von der Wirtschaft gefordert, sondern auch von der Politik massiv unterstützt wird. Das wichtigste Beispiel ist die Plattform Industrie 4.0, welche aus Vertretern der Politik und von verschiedenen Verbänden besteht. Die Plattform hat sich zum Ziel gesetzt die digitale Revolution aktiv mit zu gestalten.

Industrie 4.0 ist alternativlos. Entweder wir führen es ein, und zwar in führender Position, oder wir fallen im internationalen Wettbewerb zurück, was dann die produzierenden Unternehmen in Deutschland nachhaltig schädigen würde.

Basis für die deutschen Erfolge in der Vergangenheit war immer die enorm flexible Produktion. Das kann durch die Prinzipien der neuen Produktionsweise noch weiter gesteigert und ausgebaut werden. Auf diese Weise wird die Industrie in Deutschland ihren Wettbewerbsvorteil trotz aller Konkurrenz auch in der kommenden Zeit behalten.

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