Was ist was bei Industrie 4.0?

Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution. Basis dafür sind intelligente, digital vernetzte Systeme, die eine nahezu selbstorganisierte Produktion ermöglichen sollen. Wir klären die wichtigsten Begriffe rund um die smarte Fertigung. [...]

Bauteile kommunizieren eigenständig mit der Produktionsanlage oder vergeben bei Bedarf selbst den Auftrag für eine Reparatur, fahrerlose Transporter erledigen Logistikaufgaben autonom und Zulieferer, Partner und Kunden sind in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse eingebunden – die Digitalisierung verändert grundlegend die Art und Weise, wie zukünftig in Deutschland produziert und gearbeitet wird. Das Stichwort lautet Industrie 4.0.

Der Marketingbegriff steht für die vierte industrielle Revolution nach Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft (Industrie 1.0), Massenfertigung mit Fließbändern und elektrischer Energie (Industrie 2.0) sowie Automatisierung der Produktion mit Elektronik und IT etwa durch die speicherprogrammierbare Steuerung (Industrie 3.0). Bei Industrie 4.0 verzahnt sich die Produktion mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik. Wir klären die wichtigsten Begriffe, starten zunächst mit dem Oberbegriff Industrie 4.0, bevor es alphabetisch weitergeht.
INDUSTRIE 4.0
Industrie 4.0 ist im Prinzip ein deutscher Marketingbegriff und gilt als „Zukunftsprojekt“ der deutschen Bundesregierung; international ist eher vom Industrial Internet of Things (IIOT) die Rede als Ausprägung des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) im industriellen Einsatz. Industrie 4.0 löst die herkömmlichen Produktionsstrukturen ab, die auf zentralen Entscheidungen basieren, und ersetzt sie durch intelligente, selbststeuernde, sensorgestützte und miteinander vernetzte Produktionssysteme. Durch intelligentes Monitoring der Fertigungs-Daten können Unternehmen nahezu in Echtzeit auf veränderte Rahmenbedingungen reagieren und ihre Produktion entsprechend steuern und optimieren.
Industrie 4.0 kombiniert eine flexible Serienproduktion mit der Fertigung individueller Produkte nach Kundenwunsch (Losgröße 1). Ein Beispiel dafür sind personalisierte Sportschuhe etwa von Adidas. Über die digitale Fabrik hinaus werden die Produktions- und Logistikprozesse auch mit Zulieferern und Partnern vernetzt und Datenbestände automatisch synchronisiert. Da externe Unternehmen in die Wertschöpfungsprozesse integriert werden, lässt sich die Produktion noch effizienter gestalten.
AUTOMATISIERUNG
Automatisierung hat zwei Seiten. Sie beschleunigt und optimiert Produktionsprozesse, baut aber gleichzeitig Arbeitsplätze ab, da sie Funktionen des Produktionsprozesses wie Steuerung und Regelung auf künstliche Systeme überträgt. Ein Automat ist eine Maschine, die vorbestimmte Abläufe nach einem festgelegten Plan selbsttätig, sprich automatisch, ausführt. Das kann die Be- und Verarbeitung von Produkten sein, Arbeitsschritte im Lager betreffen oder sich auf Prozesse rund um Entwicklung, Produktionsplanung oder -steuerung beziehen. Abhängig vom Umfang der automatisierten Funktionen spricht man von Teil- oder Vollautomatisierung.
Im Umfeld von Industrie 4.0 ist der Automatisierungsgrad sehr hoch. Zudem erfolgt ein Paradigmenwechsel. Bislang verfolgte Automatisierung meist das Ziel, starre und immer wiederkehrende Produktionsabläufe möglichst vollständig an Maschinen zu übertragen, um die Produktivität zu steigern. Heute geht es darum, Prozesse mit unterschiedlichen Aufgabenstellungen durch flexible Fertigungssysteme vollziehen zu lassen.
CYBER PHYSICAL SYSTEMS (CPS)
Cyber Physical Systems basieren auf der Vernetzung von eingebetteten Systemen (siehe Embedded Systems) in der Automatisierungstechnik und Kommunikationstechnologien. Sie verknüpfen mit Hilfe von Sensoren und Aktuatoren reale (physische) Objekte und Prozesse mit informationsverarbeitenden (virtuellen) Objekten und Prozessen. Cyber Physical Systems sind vernetzt und autonom, konfigurieren sich selbst und sind erweiterbar (Plug & Produce).
CPS-basierte Automatisierungssysteme stellen relevante Daten und Dienste zur Verfügung und bilden die Basis für die digitale Fabrik (Siehe Smart Factory)
EMBEDDED SYSTEMS
Embedded Systems oder Eingebettete Systeme bilden die Basis für das Internet der Dinge oder Industrie 4.0. Damit gemeint sind Mikroprozessoren oder kleine Rechner, die – meist unsichtbar – in praktisch allen technischen Systemen des täglichen Lebens stecken: Mobiltelefonen, Waschmaschinen, Fernsehern, Autos, Navigationsgeräten, aber auch in Windkraftanlagen, Maschinen und Analgen. Mehr als 90 Prozent aller produzierten Chips sind in derartige eingebettete Systeme integriert. Diese Chips haben meist die Aufgabe, das entsprechende System zu steuern, zu regeln oder zu überwachen.
Im Zuge des IoT wandelt sich der Embedded-Markt zunehmend von herkömmlichen, isolierten eingebetteten Systemen mit festgelegten Funktionen hin zu einer neuen Kategorie von flexiblen intelligenten Systemen (siehe Cyber Physical Systems). Diese modernen Systeme sind über das Internet vernetzt, handeln kontextsensitiv und können die von ihnen erzeugten Daten selbst verarbeiten.