Chancen und Risiken von Industrie 4.0

Bedeutung des Begriffs Industrie 4.0

Die Bezeichnung Industrie 4.0 soll die vierte industrielle Revolution zum Ausdruck bringen. Sie ist ein Zukunftsprojekt der deutschen Bundesregierung im Bereich der Hightech-Strategie, mit dem in erster Linie die Informatisierung der Fertigungstechnik vorangetrieben werden soll. Diese stellt die gesamte Vernetzung der Produktion dar. Zukünftig sollen dann alle Bausteine eines Produktes miteinander kommunizieren können. Diese Kommunikation soll dann auch zwischen anderen Ebenen, wie Menschen, Maschinen und Produkten, stattfinden. Zudem sollen ebenfalls die Lieferanten und Kunden in das Netzwerk mit eingebunden werden. Dies ermöglicht eine schnellere und fehlerfreie Produktion. Daher sind sich viele Experten sicher, dass die Industrie 4.0 die Produktion von Unternehmen verbessert und revolutionieren wird. Um den zukünftigen Anforderungen gewachsen zu sein, muss man aber mitmachen und auch in die neue Technologie investieren.

Zielsetzung und Vorgehensweise

Das Ziel ist die „intelligente Fabrik“, auch Smart Factory genannt, welche sich durch Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz, ergonomische Gestaltung, sowie die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungs-prozessen auszeichnet. Die Produktionssysteme kennen den aktuellen Produktionsstand, wissen genau wo sich jedes Produktionselement befindet und notfalls kennen sie auch alternativ Wege, um die Produktion stets zu sichern. Es kann so gut wie nie zu einem Produktionsausfall, durch Mangel an Produktionsteilen oder Rohstoffen kommen, da die Lieferantensysteme immer genau wissen, wie groß der Lagerbestand ist. Eine gute Software sorgt für schnellere und qualitativ hochwertigere Ergebnisse und soll zudem einen effizienteren Ressourceneinsatz ermöglichen. Letztendlich geht es auch darum, die Menschen bei ihrer zunehmend komplexen Arbeit besser unterstützen und auf neue Anforderungen eines Kunden flexibler und schneller reagieren zu können. Denn nur dann kann man sich im Konkurrenzmarkt durchsetzten und behaupten.

Anwendungsbeispiele der Industrie 4.0

Industrie 4.0 bedeutet, dass die Produktion fortan nicht mehr zentral, sondern dezentral gesteuert wird, also der einzelne Rohling gibt vor, wann und wie er produziert werden will. Dies erfolgt in Abhängigkeit von seiner Bestellung. Hier hinter steht kein anderer Gedanke, als „Production on demand“. Kurz gesagt heißt dies: Kleinstserienfertigung bis hin zu einer Lösgröße eins, flexibel und in hoher Qualität ausgeführt. Das ist die Kernkompetenz des Mittelstandes, hierfür steht er über seine ganze Geschichte hinweg. Also ist Industrie 4.0 für den Mittelstand ganz sicher ein wichtiges Thema. Neu und somit eine besondere Herausforderung für den Mittelstand ist die umfangreiche Vernetzung, die selbstständige Kommunikation der Maschinen mittels komplexer Softwaresysteme und die enorme Datenmenge, die damit verbunden ist.

Der größte Teil der Wertschöpfung im Maschinen- und Anlagenbau, aber auch in der Automatisierung besteht heute schon aus der Softwareentwicklung. Deren Komplexität nimmt weiter stark zu. Softwaresysteme für Industrie 4.0 müssen ökonomisch tragfähig produziert werden, leistungsfähig und zuverlässig sein und trotz wachsender Komplexität beherrschbar bleiben. Bereits heute greifen 80 Prozent aller Innovationen in der Produktionstechnologie auf die Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien mit dem Maschinenbau zurück, wie das Zukunftsbild Industrie 4.0 des Bundesbildungsministeriums feststellt.

Diese CPS-Technologie bildet das Grundgerüst der Smart Factory, in der die Produktion sich selbststeuernd vollziehen soll. Grundbaustein der CPS-Technologie sind eingebettete Systeme. Dabei werden zum Beispiel Mikroprozessoren beziehungsweise Funkchips in Geräte, Gegenstände und Materialien eingebettet. Am Anfang der Produktion erhält der Rohling einen Funkchip, den sogenannten RFID-Tag.

Hier ein Link zu einem passenden Blogbeitrag zum Thema CPS-Technologie: https://ebusiness2020.wordpress.com/2017/05/03/cyber-physische-systeme-wenn-dinge-wissen-was-sie-zu-tun-haben/

Im Video Fabrik von Morgen – Schneller, effizienter, flexibler wird der grundsätzliche Produktionsablauf einer Smart Factory aufgezeigt. [3] Zukunftsprojekt Industrie 4.0

Chancen von Industrie 4.0

Industrie 4.0 hat sich seit der Entstehung des Begriffs zu einem Hype-Thema entwickelt. Dies war und ist zunächst stark getrieben aus dem Maschinenbau- und Softwarebereich, immer mehr nehmen wir aber wahr, dass sich auch produzierende Unternehmen von diesem Thema mehr und mehr angesprochen fühlen. Entscheidend ist, sich die Kernidee von Industrie 4.0 vor Augen zu halten: durch Vernetzung, Dezentralität und Kommunikation ist eine hocheffiziente Produktion möglich, in der der Mensch geeignet durch intelligente Objekte unterstützt wird. Objekte können dabei sehr vielfältig und unterschiedlich sein: vom RFID-bestückten Werkzeugträger, über einen mobilen Roboter, bis hin zum Tablet-PC in der Produktion. Da die Einzelkomponenten einer Produktionsanlage untereinander vernetzt sind und miteinander kommunizieren, können sie den Produktionsablauf auch untereinander organisieren und im laufenden Betrieb anpassen. So bleibt eine schnell getaktete Massenproduktion ständig erhalten. Diese Kernidee bietet daher große Chancen für die Produktion in Deutschland, da insbesondere in Deutschland hochkomplexe Produkte hergestellt werden.

Auf dieser Abbildung wird prognostiziert, wie sich der Umsatzwachstum durch Industrie 4.0 in den einzelnen Branchen verändern wird. Dabei ist ganz klar zu erkennen, dass in allen Bereichen eine klare Steigerung zu erwarten ist.

Durch intelligente Fertigungsteuerung  lassen sich  bereits  Kleinstserien z.B. Prototypen kostengünstig und somit wirtschaftlich produzieren. Die Informationen in der Big-Data-Cloud wiederum lassen sich im Prinzip aus den Bedürfnissen oder Wünschen jedes einzelnen Käufers generieren. Damit wird der Kunde Teil des Produktionsprozesses. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für eine Veränderung die Produktion nicht wie bisher angehalten, neu geplant und neu gestartet werden muss. Veränderungen an einzelnen Produkten werden im laufenden Betrieb von den intelligenten Maschinen eigenständig vorgenommen. Da die Anlage die Produktion selbst organisiert und überwacht, ist sie theoretisch auch in der Lage, den Ablauf der Produktion laufend zu optimieren und damit effizienter zu gestalten. Wenn es in der Produktion mal hakt, weil beispielsweise eine Maschine ausfällt, kann sich die Anlage selbst neu organisieren – ebenfalls, ohne dass die Produktion angehalten werden müsste.

Für Deutschland bedeutet Industrie 4.0 konkret die Chance der Reindustrialisierung, weil durch die CPS-Technologie die Produktion kosteneffizienter wird. Wenn die Technologie in deutschen Unternehmen eingesetzt wird, steigert dies dann auch die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft. Die Industrie wird dank dieser neuen Technologien in der Lage sein, schneller und gezielter als bisher auf Kunden- und Verbraucheransprüche zu reagieren. Time-to-Market-Zyklen, Produktionszeiten sowie Lieferzeiten werden sich signifikant verkürzen. Letzteres werden insbesondere Kunden, die bevorzugt via Smartphone einkaufen, zu schätzen wissen.

Ein großer Vorteil daran, statt fest verdrahteter Lösungen etwas in Software zu machen, ist die erreichbare Flexibilität. Durch modulare Ansätze können Änderungen und Anpassungen schneller realisiert werden. In Bezug auf Varianten lautet die Option nicht mehr „Nachrüsten“, sondern einfach „Freischalten“. Schon heute ist es möglich, sich im Bereich ausgereifter mechanischer Systeme wie einer Werkzeugmaschine durch den Softwareanteil zu differenzieren. Hierbei öffnen sich neue Innovationsfelder.

Ein anschauliches Beispiel ist hier der sich abzeichnende Trend bei der Entwicklung von Mensch-Maschine-Schnittstellen HMI. Die tägliche Nutzererfahrung mit Smartphones und Tablets prägt die Erwartungshaltung, sodass Hersteller von Geräten, Maschinen und Anlagen nur dann konkurrenzfähige Bedienlösungen bieten können, wenn sie auf Touchdisplays und Gestensteuerung setzen.

Risiken von Industrie 4.0

Zu den Risiken gehören ganz klar die hohen Investitionen, die für den Mittelstand anstehen, will er Industrie 4.0 einführen. In vielen Fällen sind im Mittelstand noch keine durchgängigen Systeme vorhanden, die zunächst einmal eingeführt werden müssen, um überhaupt an Industrie 4.0 denken zu können. Hier heißt es handeln und zwar kurzfristig. Ebenso sind die enorm großen Datenmengen, die zu bewältigen sind, ein größeres Risiko. Hier muss von Beginn an dafür gesorgt werden, dass nur jeder die Daten bekommt, die er braucht und eben auch nur diese. Dies bedeutet, dass der IT und den Verantwortlichen auch im Mittelstand eine entsprechende Bedeutung zukommt.

Auf der nachfolgenden Abbildung werden die Investitionen in Industrie 4.0 gezeigt. Dabei ist ganz klar zu erkennen, dass die Vorteile der Industrie 4.0, mit großen Investitionen verbunden sind. Diese Investitionen müssen die Unternehmen dann auch tragen, um Teil der Industrie 4.0 sein zu können.

Die am häufigsten insbesondere im Mittelstand geäußerte Befürchtung ist, dass bei Industrie 4.0 die Daten nicht sicher seien, Geschäftsgeheimnisse verloren gehen und sorgfältig gehütetes Wissen der Unternehmen der Konkurrenz offenbart würde. Diese Befürchtungen nimmt das BMBF sehr ernst und hat als Sofortmaßnahme die Entwicklung eines durch Industrie und Forschung getragenen Sicherheits-Referenzsystems vorbereitet. Vernetzung bedeutet Standardisierung – und Standardisierung macht grundsätzlich angreifbar. Internetbasierte Vernetzungen sind daher im Hinblick auf Spionage, Sabotage und Datendiebstahl prinzipiell immer gefährdet. Aber: Deutschland hat hinsichtlich der Datensicherheit eine Führungsposition inne. „Industrie 4.0 Made in Germany“ ist dank sicherer Rechenzentren und innovativer Netz- und Sicherheitstechnologien ein Qualitätssiegel. Und auch das deutsche Datenschutzgesetz trägt dazu bei, Vertrauen im Umgang mit sensiblen Produktionsdaten zu schaffen. Ob Maschinen, die miteinander sprechen, von mobilen Geräten aus bedient werden oder selbstständig auf Materialien reagieren – die sichere Funktion steht und fällt mit der Qualität der Software.

Ein weiteres Risiko ist, dass die  Mitarbeiter gläsern werden, jeder Arbeitsschritt wird dokumentiert und am PC gespeichert. Dies wird dann auch in Zukunft ein Thema für die Gewerkschaften werden. Wie viele Arbeitsplätze es dann möglicherweise in der intelligenten Fabrik überhaupt noch gibt, ist auch offen. Konkrete Prognosen wagt aber noch keiner.

Ausblick in die Zukunft

Die mit Industrie 4.0 eingehende Integration von IT in den Produktionsprozess bedeutet massive Änderungen – insbesondere bei Arbeitsprozessen und Arbeitsinhalten sowie die Erweiterung von Qualifikationsprofilen der Facharbeiter in den Betrieben, der praxiserfahrenen Ingenieure. Die Themen, die in der Industrie 4.0 festgehalten sind, werden uns noch einige Zeit beschäftigen: Vernetzung, Dezentralität und Kommunikation zur Ermöglichung einer hocheffizienten Produktion. Eine kontinuierliche Weiterentwicklung in diesen Themen ist wichtig. Es gibt durchaus heute schon Teillösungen, in denen die Kernideen schon umgesetzt sind. Der Ansatz Industrie 4.0 berücksichtigt auch intensiv die Rolle des Menschen: Der Mensch wird durch intelligente Objekte, die stark vernetzt sind, die sich selbst organisieren und die Informationen über Status, Ort und Fortschritt liefern, geeignet unterstützt. Dazu sind Weiterentwicklungen in allen Bereichen notwendig.

Die technischen Grundlagen sind für viele Anwendungsfälle bereits vorhanden: RFID, Lokalisierungswerkzeuge, Sensoren, IT-Systeme. Es gilt, diese miteinander zu kombinieren, zu integrieren und anzuwenden. Beispielsweise ist über ein MES die Aufnahme von zahlreichen und vielfältigen Informationen möglich. Wichtig ist aber, dass die Informationen dann  aufbereitet und so bereitgestellt werden, dass genau das an Informationen zu sehen ist, was wirklich einen Mehrwert bringt.

Quellen

[1] Strategyand.pwc; Industrie 4.0 – Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution, zitiert nach de.statista.com, URL https://de.statista.com/statistik/studie/id/24385/dokument/industrie-40-moeglichkeiten-und-schwierigkeiten-in-deutschland-2014/ , Abruf am 25.05.2017

[2] https://de.wikipedia.org/wiki/industrie_4.0, Abruf am 25.05.2017

[3] https://www.bmbf.de/de/zukunftsprojekt-industrie-4-0-848.html, Abruf am 25.05.2017

[4] http://www.competence-site.de/mes/industrie-4-0-4-industrielle-revolution-chancen-risiken-fuer-den-mittelstand, Abruf am 25.05.2017

[5] http://www.elektronikpraxis.vogel.de/themen/embeddedsoftwareengineering/implementierung/articles/417908/, Abruf am 25.05.2017

[6] Viktor Steinberger Karla Kleinhempel, Angelika Satzer, Industrie 4.0 im Aufbruch?Hans Böckler Stiftung, Januar 2015, Seite 3 https://www.boeckler.de/pdf/p_mbf_report_2015_5.pdf , Abruf am 19.07.2017

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