INDUSTRIE 4.0 - DIE DIGITALE ZUKUNFT DER PRODUKTION UND LOGISTIK

Industrie 4.0 – auch Smart Industry genannt – spielt schon lange eine wichtige Rolle in der digitalen Welt. Hinter diesem Begriff verbirgt sich die vierte wirtschaftliche Revolution, speziell die Digitalisierung von herkömmlichen industriellen Prozessen. Die intelligente Vernetzung und Selbststeuerung von Maschinen und Geräten steht dabei klar im Fokus.

Mit Hilfe der Smart Industry werden Visionen von Echtzeit-Logistik und -Fertigung in der Industrie tatsächlich Realität.

Was versteht man unter Industrie 4.0?

Industrie 4.0 stellt die vierte Revolution in der Wirtschaft dar. Der Fokus liegt auf zwei Entwicklungen: Vernetzung und Selbststeuerung.

Mit Hilfe der Vernetzung von Systemen wird ermöglicht, Daten und damit einhergehend Informationen auszutauschen. Dadurch können diese intelligent aufeinander reagieren.

Die Selbststeuerung wird in Zukunft die Zentralsteuerung der Maschinen ersetzen. Derzeit werten Personen die entsprechenden Informationen aus den IT-Systemen aus und nehmen anschließend Anpassungen vor. In Zukunft werden Maschinen diesen Vorgang übernehmen und in Echtzeit auf fehlende Teile reagieren oder rechtzeitig Material automatisiert nachbestellen. Die Automatisierung stellt jedoch nicht den einzigen Schlüssel zum Erfolg dar. Das Zusammenspiel zwischen Hardware-Komponenten und Softwaresystemen spielt hierbei eine große Rolle. Miniaturisierung der Hardware ist ein Weg zum weiteren Erfolg der Digitalisierung in der Industrie 4.0.

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Ziel ist es, dass die Maschinen in Zukunft selbstständig und intelligent zusammenarbeiten. Und damit unter anderem Fehler vermeiden, Kosten reduzieren sowie Logistik und Produktion in Echtzeit ermöglichen.

Die Vorteile der Industrie 4.0 in der Produktion

In der Produktion bringt es erhebliche Vorteile, wenn die Maschinen intelligent, selbstständig und direkt zusammenarbeiten. Viele Unternehmen würden davon profitieren, wenn Daten selbstständig ver- und aufgearbeitet werden, um dadurch den Zugang zu BIG DATA zu ermöglichen. Die Implementierung von so genannten Smart Objects stellt die Voraussetzung für eine effizientere und automatisierte Produktion dar. Weitere Vorteile, die mit der Einführung von Industrie 4.0 einhergehen, sind folgende:

  • effizientere Maschinenlaufzeiten und Prozessoptimierung

Effizienz der Stückzahl und minimierte Herstellungskosten sind die Ziele aller Unternehmen. Industrie 4.0 schafft hier neue Wege und Technologien, um diese noch besser zu erreichen. Der digitale Datenaustausch stellt hierbei den Schlüsselfaktor dar. Dieser steigert die Effizienz im Produktionsprozess und reduziert gleichzeitig den Planungsaufwand.

  • Erhöhung der Produktivität

Auf Grund der Tatsache, dass die Industrie 4.0 in Echtzeit Datenübertragung und Kommunikation ermöglicht, werden Prozesse gleichzeitig optimiert. Die Maschine kann z.B. sofort Material nachbestellen, wenn diese merkt, dass sie nur noch ein Minimum im Lager vorfindet. Die automatische Kommunikation zwischen den einzelnen Instanzen ermöglicht einen reibungslosen Ablauf bzw. Vorgang. Desweiteren setzen Unternehmen immer mehr auf Predictive Maintenance.

Bei dieser Technologie wird eine vorbeugende Maschinenwartung, vorausschauende und prospektive Instandhaltung sowie ein intelligenter Service durchgeführt. Das Ziel ist, Ausfallzeiten proaktiv zu reduzieren und im besten Fall zu eliminieren.

  • Flexibilität

Individuelle Kundenwünsche können in Zukunft dank autonomer Systeme kostengünstig umgesetzt werden. Dank der neuen Informations- und Fertigungstechnologien wird die Produktion flexibler und effektiver gestaltet. Der 3D-Drucker ist hier als ein Vorzeigebeispiel zu nennen. Dieser erstellt nach Eingabe ein individuelles Produkt her.

  • Optimaler Ressourceneinsatz

Die Smart Factory ermöglicht zusätzlich zu all den anderen Vorteilen einen optimalen Ressourceneinsatz. Mit Hilfe der Kommunikation unter den einzelnen Instanzen über “Smart Objects” stellt BIG DATA die Optimierung der Ressourcen sicher, so dass u.a. die exakte Menge für die Produktion verbraucht wird und weniger Restprodukte entstehen.

  • Kostensenkung

Durch die Entwicklungen der Vernetzung und Selbststeuerung werden weniger menschliche Ressourcen gebunden. Bisherige manuelle Aufgaben wie z.B. die Datenanalyse und Optimierung werden von der Maschine mit übernommen.

Anwendungsgebiete von Industrie 4.0

Die selbstständige Steuerung und Vernetzung lässt sich in vielen Bereichen der Industrie nutzen: Immer dann, wenn Maschinen etwas herstellen, Daten versenden oder Aufträge annehmen, ohne dabei auf menschliche Ressourcen zurückgreifen zu müssen.

Vor allem wenn Prozesse optimiert und Ressourcen ideal eingesetzt werden sollen, können Smart Factories erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens haben.

Ortsbasierte Anwendungen

In der digitalisierten Zukunft werden alle Maschinen und die von ihnen produzierten Güter mit Sensoren ausgerüstet sein. Damit werden die Maschinen nicht nur untereinander sondern auch mit anderen Systemen kommunizieren: Entwicklung, Produktion, Vertrieb, sogar Kunden und Lieferanten werden in das vernetzte System eingebunden und dauerhaft mit Daten versorgt. Das Internet stellt im ganzen Zusammenhang den wichtigsten Baustein dar.

Als ein gutes Beispiel dient folgendes Szenario:

Mit Hilfe von Industrie 4.0 könnten Maschinen bereits während der Produktion feststellen, wie viele Ressourcen noch im Lager vorhanden sind und bei niedrigem Bestand automatisch nachbestellen. Parallel wird eine Echtzeitkommunikation mit den Kunden hergestellt, die komplett unabhängig von der Entfernung stattfindet. Dieser Benefit ermöglicht individuell auf kundenspezifische Wünsche einzugehen, was zur Folge hat, dass Produkte nicht mehr auf Vorrat gefertigt und gelagert werden müssen, sondern direkt nach dem eingegangenen Auftrag produziert werden. Diese Optimierung unterstützen zusätzlich Sensoren in Maschinen und digitale Technologien wie RFID-Chips.

M2M-Produktion

Lückenlose Überwachung von Umweltfaktoren - dank Industrie 4.0

Eines der größten Probleme in der heutigen Zeit stellen überfüllte Lager und unzählige Transporte von Produkten und Materialien dar. Die Industrie 4.0 ermöglicht dank ihrer innovativen Kommunikationssysteme zwischen den Maschinen und Standorten Echtzeit-Logistik und -Produktion. Dadurch ersparen sich Unternehmen nicht nur zusätzliche Wege in Zwischenlager, sondern auch die Lagerung in diesen. Zusätzlich kann die automatisierte Fernwartung im Rahmen dieser intelligenten Kommunikation realisiert werden.

Analytische und planerische Anwendungen von Industrie 4.0

Durch die eigenständige Kommunikation der Maschinen und Systeme werden Daten und Informationen automatisch übermittelt.
Das dafür zuständige Personal wird durch die Automatisierung eingespart und kann effizienter eingesetzt bzw. reduziert werden.

Dank der direkten Kommunikation können Ressourcen und Aufträge außerdem genauer geplant und umgesetzt werden. Auch Individualisierungen und spezielle Kundenwünsche sind einfacher und kostengünstiger veranlasst. Insgesamt gilt: Je mehr Daten das System sammelt, umso besser lernt der Algorithmus und optimiert sich dadurch selbst. Das Schlüsselwort hierfür ist BIG DATA.

Funknetze als Basis für die Kommunikation zwischen Industrie 4.0 Maschinen

Um die Echtzeit-Kommunikation zwischen den Maschinen und Systemen zu realisieren, werden unterschiedliche Funktechnologien verwendet. Und auch das Internet spielt bei dem Einsatz von Industrie 4.0 eine wichtige Rolle: Maschinen wiederholen nicht nur Arbeitsschritte millionenfach – durch die Vernetzung von allen Produktionsprozessen entscheiden sie auch selbstständig, welches Material welchen Weg durch die Produktion nimmt. Dies führt zu einer Verschlankung der Logistikprozesse und Lieferketten.

Unter anderem helfen bei diesem Prozess über Narrowband-IoT (spezielles Funknetz) verbundene Sensoren in Maschinen und digitale Funktechnologien wie sie in RFID-Chips integriert sind. Diese Art der Kommunikation über digitale Informationswege bezeichnet man in der heutigen Zeit als Internet of Things (IoT).

Mensch zu Maschine, Produktionsmaschine zu Lagerbestand, Firma zu Kunde – mit der Verbindung und Verknüpfung zum Internet. Bisherige Mobilfunkstandards oder Übertragungswege werden für die zukünftigen Datenmengen und Anforderungen an die Kommunikation nicht mehr ausreichen. Aus diesem Grund wird ein schneller und leistungsfähiger Mobilfunkstandard wie 5G benötigt. Genauso wird parallel an weiteren Möglichkeiten der kabellosen Übertragung gearbeitet, beispielhaft sei hier erneut Narrowband-IoT genannt.

Vorteile der Kommunikation per RFID-Chips gegenüber dem Barcode

Welche Vorteile bietet die RFID-Technologie gegenüber den herkömmlichen Barcodes? Diese Frage stellt sich seit einiger Zeit in der Logistikbranche. Grundsätzlich stellt die RFID-Technologie mehr Informationen zur Verfügung als Barcodes. Auch die Übertragung von Prozessinformationen und Daten wird mit Hilfe der RFID-Transponder schneller übermittelt. Neben der schon genutzten Datenübertragung kann durch die erweiterte Technologie zum Beispiel der material-begleitende Informationsfluss ohne Zeitverzögerung mit anderen Systemen (meist übergeordnet), abgeglichen werden.

M2M SIM Karte

Die wesentliche Vorteile, die der Einsatz von RFID-Chips mit sich bringt, sind in erster Linie die kontaktlose Identifikation, hohe Sicherheit durch Kopierschutz, Verschlüsselung von Informationen, direkte Implementierung des Transponders in das Produkt sowie das einfache Auslesen des RFID-Chips. Darüber hinaus müssen keine zusätzlichen Datengrundlagen verwendet werden, denn alle Informationen werden auf einem Chip gespeichert. Dank der kontaktlosen Identifikation stellt das Erfassen des Objektes weniger Probleme dar als die mit dem Barcode. Das Objekt sollte sich nur innerhalb des Leseabstands der Erfassungseinheit befinden.

Datenbasierte Logistik und Produktion – das verspricht die Zukunft von morgen

In Zukunft werden Prozessschritte nicht nur die Daten für den Moment der Abwicklung enthalten, sondern auch Informationen, die im Laufe des Prozesses entstanden sind oder hinzukommen. Dazu zählen beispielsweise Produktinformationen, Produktstatus und Prozessfortschritte.

Generell bietet die Zukunft mit Smart Factory immenses Potential: Die Chancen der effizienten und optimierten Logistik und Fertigung im Rahmen der Industrie 4.0 sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft.

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