Was ist die Industrie 4.0?

Die Industrie 4.0 stellt einen Wendepunkt in der Entwicklung der Geschäftswelt dar. Dieses durch die Globalisierung, die Internationalisierung der Märkte und den Fortschritt der digitalen Technologien vorangetriebene Konzept verändert die Art und Weise, wie Güter und Dienstleistungen produziert werden. Durch Hyperkonnektivität und intelligente Automatisierung entsteht eine noch nie dagewesene Konvergenz zwischen der physischen und der digitalen Welt. Sie wird auch als vierte industrielle Revolution bezeichnet und geht über die Einbindung der neuesten technologischen Fortschritte hinaus: Sie erfordert ein Umdenken in den Produktionsprozessen, damit diese effizienter, flexibler und anpassungsfähiger an ein sich ständig veränderndes Umfeld werden.

Möchten Sie wissen, was die Industrie 4.0 ist? In diesem Beitrag befassen wir uns mit der Definition, den Merkmalen, den Vorteilen und den Technologien, die Unternehmen zur Steigerung ihrer Produktivität in ihre Prozesse einbinden können.

Industrie 4.0: Definition

Industrie 4.0 ist ein Modell für den industriellen Wandel, bei dem digitale und physische Technologien in Produktionsprozesse integriert werden. Damit sollen die Abläufe automatisiert, überwacht und optimiert werden, um eine höhere Produktivität, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an neue Verbraucheranforderungen zu erreichen.

Dieser Wandel ist geprägt durch das Zusammenwirken technologischer Innovationen wie dem industriellen Internet der Dinge (IIoT), Massendatenanalyse (Big Data), Cloud Computing, künstlicher Intelligenz und digitalen Zwillingen.

Im Gegensatz zur Industrie 3.0, deren Schwerpunkt auf der Automatisierung durch Elektronik und Informatik liegt, zeichnet sich diese Phase durch Hyperkonnektivität und den Einsatz fortschrittlicher Technologien aus. Dadurch wird die Produktivität gesteigert und kontinuierliche Innovation gefördert.

Ein Beispiel für Industrie 4.0 ist der Einsatz von IoT-Sensoren in Produktionslinien zur Erhebung von Echtzeitdaten über die Maschinenleistung. Diese Informationen werden mithilfe künstlicher Intelligenz zur Erkennung von Mustern, zur Vorhersage von Ausfällen und zur Durchführung vorausschauender Wartungsarbeiten analysiert. Dadurch werden Ausfallzeiten verkürzt und die Betriebseffizienz gesteigert. Gleichzeitig können die Bediener diese Daten über Cloud-Plattformen oder sogar mit digitalen Zwillingen, die die Produktionsumgebung virtuell nachbilden, visualisieren, was eine schnellere und fundiertere Entscheidungsfindung ermöglicht.

Merkmale der Industrie 4.0

Dank Industrie 4.0 wurden intelligente Fabriken entwickelt. Dabei handelt es sich um Anlagen, in denen Sensoren, Software und automatisierte Systeme koordiniert zusammenarbeiten, um Daten in Echtzeit zu sammeln, zu analysieren und auszutauschen. Die vierte industrielle Revolution zeichnet sich durch eine Vernetzung aus, mit der Prozesse optimiert, Fehler vorhergesehen und Entscheidungen verbessert werden können. Dadurch wird die Produktion effizienter, flexibler und besser an die Bedürfnisse des Marktes angepasst.

Zu den wichtigsten Merkmalen der Industrie 4.0 zählen unter anderem:

• Vernetzung von Geräten und Systemen über das IoT.
• Autonome Entscheidungsfindung dank Algorithmen und prädiktiver Analysen.
• Transparenz der Informationen, die den Zugang zu präzisen Daten in Echtzeit ermöglichen.
• Dezentralisierung der Prozesse, wodurch der Bedarf an Überwachung durch Menschen reduziert wird.
• Schnelle und kostengünstige, kundenorientierte Produktanpassung. 
• Horizontale und vertikale Integration der Wertschöpfungskette zur Gewährleistung einer reibungslosen Verbindung zwischen allen Phasen.

Die Industrie 4.0 konzentriert sich zwar auf die Steigerung der Effizienz, doch viele Unternehmen streben einen Übergang zu einer ganzheitlich nachhaltigen Umgebung an. Daraus entstand das Konzept der Industrie 5.0, das die technologischen Fortschritte der Industrie 4.0 mit Nachhaltigkeit, der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine und sozialem Wohlergehen verbindet.

Schlüsseltechnologien der Industrie 4.0

Dieses neue Konzept basiert auf einer Reihe fortschrittlicher Technologien, die als Wegbereiter für die digitale Transformation in der Industrie dienen. Durch ihre Umsetzung werden physische und digitale Systeme miteinander verbunden und komplexe Aufgaben automatisiert:

• Internet der Dinge. Geräte und Objekte, die Sensoren, RFID-Tags und Software nutzen, um sich mit dem Internet zu verbinden und in Echtzeit über ihren Status oder Standort zu informieren.
• Big Data. Analyse großer Datenmengen aus verschiedenen Quellen (wie Sensoren, vernetzten Geräten, Managementsystemen, Kundenbewertungen und sogar Wetter- und Verkehrsbedingungen).
• Cloud Computing. Dort werden große Mengen an Informationen gespeichert und verarbeitet, die über das Internet von überall aus zugänglich sind.
• Künstliche Intelligenz. Dank der großen Datenmengen erkennt sie Muster, erstellt Wahrscheinlichkeitsprognosen und arbeitet in bestimmten Szenarien unbeaufsichtigt.
• Augmented Reality. Mithilfe von Geräten wie Smartbrillen, Mobiltelefonen oder Tablets können Nutzer ihre Umgebung mit einer zusätzlichen Ebene aus Informationen in Augmented Reality betrachten, die sich über ihr Sichtfeld legt.
• Autonome Roboter. Eine neue Generation von Robotern, die Aufgaben ausführen und sich mit minimalem menschlichem Eingriff durch das Lager bewegen, um einen effizienten Transport der Produkte zu gewährleisten.
• Digitale Zwillinge. Virtuelle Nachbildungen von Prozessen, Produktionslinien, Fabriken und Lieferketten. Dadurch lassen sich alle Objekte und Vorgänge verfolgen, überwachen und validieren sowie Probleme erkennen, um die Leistung zu steigern.
• Cybersicherheit. Strategien und Instrumente zur Bekämpfung interner und externer Bedrohungen, die sich gegen die Systeme von Organisationen richten. Das Ziel ist die Vermeidung und Abwehr von Cyberangriffen, die die Integrität, Verfügbarkeit oder Vertraulichkeit von Daten gefährden.

Viele dieser Fortschritte werden bereits in Branchen wie der Logistik umgesetzt. Einige Unternehmen nutzen digitale Zwillinge zur Simulation des Betriebs von Großlagern vor deren tatsächlicher Inbetriebnahme. In bestimmten Distributionszentren werden intelligente autonome Fahrzeuge eingesetzt, um die Auftragsabwicklung zu beschleunigen.

Vorteile der vernetzten Industrie

Durch die vierte industrielle Revolution hat sich die Art und Weise, wie wir in der Gesellschaft leben und arbeiten, verändert, was Unternehmen zahlreiche Vorteile gebracht hat:

• Steigerung der Produktivität. Die Technologie beseitigt Fehler und Unterbrechungen, was sich in einer höheren Leistung, einer Verringerung der Ausfallzeiten und einer rationelleren Nutzung der Ressourcen niederschlägt.
• Energieeffizienz. Durch die Optimierung des Energie- und Ressourcenverbrauchs wird die Nachhaltigkeit gefördert. Darüber hinaus lassen sich so Produkte entwickeln, die über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg effizienter sind.
• Kosteneinsparung. Durch den Einsatz intelligenter Sensoren und Systeme können Prozesse Rohstoffe und Energie besser nutzen und so die Betriebskosten senken.
• Maßgeschneiderte Produktion. Die Fabriken 4.0 passen sich flexibel an die spezifischen Bedürfnisse der Kunden an. Die Unternehmen können Trends und Konsumgewohnheiten vorhersagen und so schnell auf die Nachfrage reagieren.
• Fundierte Entscheidungsfindung. Die Echtzeit-Datenanalyse ermöglicht die automatische Erstellung von Berichten und damit die Entscheidungsfindung. Die Industrie 4.0 bietet Werkzeuge, um Informationen zum richtigen Zeitpunkt zu erhalten, zu analysieren und bereitzustellen.
• Rückverfolgbarkeit. Durch die Digitalisierung können Warenbewegungen in jeder Phase der Lieferkette überwacht werden. So werden Fehler oder Abweichungen identifiziert und die Qualitätskontrolle gestärkt.

Software in der Industrie 4.0

Softwarelösungen für die Industrie 4.0 spielen eine wichtige Rolle bei der Verwaltung, Analyse und Optimierung der von Maschinen, Sensoren und Prozessen generierten Daten. Diese Systeme sind für die Abstimmung von Abläufen, die Entscheidungsfindung in Echtzeit und die Verbesserung der Effizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette von entscheidender Bedeutung. Im Folgenden stellen wir einige der in fortschrittlichen Industrieumgebungen am häufigsten verwendeten Lösungen vor:

• Lagerverwaltungssysteme (LVS). Sie leiten und optimieren die Abläufe und Vorgänge einer Logistikanlage, einschließlich der Annahme, Lagerung und des Versands von Waren.
• Lagersteuerungssystem (WCS). Es koordiniert die automatischen Handhabungsgeräte eines Lagers, um den Materialfluss zu steuern und zu synchronisieren.
• Warehouse Execution System (WES). Es synchronisiert Ressourcen und Aufgaben zur Optimierung der Leistung in automatischen Umgebungen.
• ERP-System (Enterprise Resource Planning). Es organisiert die verschiedenen Betriebsbereiche des Unternehmens, einschließlich der Logistik.
• TMS-System (Transport Management System). Es plant die Verteilung der Aufträge und verbessert die Effektivität der Lieferungen.
• MES-System (Manufacturing Execution System). Es steuert und überwacht die Produktionsprozesse in den Fabriken.
• DOM (Distributed Order Management). Es zentralisiert das Lieferkettenmanagement in Unternehmen mit verschiedenen Vertriebszentren und großen täglichen Versandmengen.

Automatisierungssysteme in der Industrie 4.0

Die Robotik ist eine der Grundpfeiler der Industrie 4.0. In der Logistik wird es beispielsweise für die interne Beförderung und Lagerung von Waren verwendet. Zu den wichtigsten Technologien zählen:

• Cobots (kollaborative Roboter). Durch die Kombination von Robotik und künstlicher Intelligenz können Roboter komplexe Aufgaben ausführen und mit Menschen interagieren. So werden beispielsweise Kommissionierroboter in Lagern eingesetzt, um Produkte selbstständig zu identifizieren, zu kommissionieren und zu sortieren. Dadurch wird die Auftragsabwicklung beschleunigt und Fehler werden reduziert.
• Autonome Mobile Roboter (AMR). Sie vereinfachen die Materialhandhabung und die interne Beförderung von Waren und lassen sich leicht an Veränderungen im Geschäftsbetrieb anpassen.
• 3D-Drucker. Sie erleichtern die Personalisierung von Produkten durch die Erstellung von Designs, die den spezifischen Anforderungen der Käufer entsprechen.
• Drohnen. Diese kleinen unbemannten Fluggeräte können in Branchen wie dem Bauwesen, der Landwirtschaft oder der Logistik eingesetzt werden und bestimmte Aufgaben erfüllen oder in Bereiche mit Zugangsbeschränkungen vordringen. 

Die Robotik 4.0 fördert eine intelligentere und sicherere Automatisierung, die sich an dynamische Umgebungen anpassen lässt. Durch ihre Einbeziehung in den Industriesektor wird nicht nur die betriebliche Effizienz verbessert, sondern es eröffnen sich auch neue Möglichkeiten in Bezug auf Personalisierung, Rückverfolgbarkeit und Nachhaltigkeit.

Die Zukunft der Industrie 4.0

Dank digitaler Technologien können Produktions- und Logistikzentren ihre Prozesse zunehmend automatisieren, Fehler vermeiden, bevor sie auftreten, ihre Leistung kontinuierlich steigern und schnell auf Marktbedürfnisse reagieren. Das Ziel dabei ist eine effizientere, flexiblere und kundenorientiertere Produktion.

Dieser Wandel ist nicht nur technologischer, sondern auch strategischer Natur: Er fördert neue Geschäftsmodelle, treibt ständige Innovationen voran und bestimmt die Wettbewerbsfähigkeit im globalen Umfeld neu. Mit zunehmender Reife der Technologien wird der wahre Wert der Industrie 4.0 in der besseren Zusammenarbeit zwischen Menschen, Maschinen und Daten liegen.