INDUSTRIE 4.0

Das Projektkonsortium nutzt den Trend von Industrie 4.0, um bereits vorhandene Digitalkompetenzen im Markt herauszustellen. Durch Industrie 4.0 entstehen neue Anwendungsmöglichkeiten, die das Konsortium im Projekt KOMMUNAL 4.0 mitnutzen kann. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung von Industrie 4.0.

Erstmalig tauchte der Begriff Industrie 4.0 auf der Hannover Messe 2011 auf [1]. Er stellt das Kernthema auf der digitalen Agenda der Bundesregierung dar, welche im Zuge von Industrie 4.0 die Förderprogramme „Autonomik für Industrie 4.0“ sowie „Smart Service Welt“ ins Leben gerufen hat. Zur Unterstützung der Projekte werden vom BMWi rund 100 Mio. € als Fördergeld bereitgestellt [2]. Industrie 4.0 ist außerdem Bestandteil der High-Tech Strategie 2020 der Bundesregierung, welche zum Ziel hat, den Entwicklungsprozess Deutschlands hin zum Innovationsführer in Europa und der Welt, zu unterstützen [3].

Industrie 4.0 stellt eine Digitalisierungsoffensive im Hinblick auf Produktion, Produkte sowie der zugehörigen Geschäftsprozesse dar [4]. Innerhalb dieser Offensive ist es unumgänglich, dass sich die Branchengrenzen zwischen Maschinenbau und IT verschieben [5]. Aktuelle Informations- und Kommunikationstechnologien sowie die Produktionstechnik werden sich zu einer neuen Stufe der Wertschöpfung vereinigen [6]. Hier liegt auch das größte Potenzial von Industrie 4.0, nämlich der übergreifenden Vernetzung der Supply Chain sowie der damit zusammenhängenden Optimierungsmöglichkeiten [5]. Es wird ein Supply-Netzwerk ohne eine zentrale Steuerung entstehen. Dabei erfolgt die Integration von Kunden sowie Zulieferern über genormte Schnittstellen [8]. Eine Echtzeitsteuerung, die Verknüpfung von unterschiedlichen Prozessebenen sowie vollständige Transparenz und ständige Optimierung stehen bei Industrie 4.0 im Vordergrund [8].

Ziel von Industrie 4.0 ist u.a. die sog. „intelligente Fabrik“, auch „Smart Factory“ genannt [2]. Diese Fabrik besteht als Basis aus Cyber-Physischen Systemen (CPS). Bei diesen Systemen findet eine Verbindung zwischen realen (physischen) Prozessen und Objekten sowie informationsverarbeitenden (virtuellen) Prozessen und Objekten statt. Diese Verknüpfung baut auf über zum Teil globale, offene und ständig miteinander verbundene Informationsnetze auf [10]. Die realen Objekte (z.B. Automatisierungskomponenten) haben hierbei die Eigenschaft, intelligent, interagierend und selbst diagnosefähig zu sein. Unter virtuellen Objekten sind virtuelle Abbilder von z.B. Maschinen zu verstehen. Daten werden hierbei in einer Cloud gespeichert. Außerdem findet eine Verankerung von Diensten und Algorithmen statt [7].CPS sind seit dem Jahr 2000 vermehrt im Einsatz und sorgen für die Vernetzung der realen und virtuellen Welt. Dabei bieten sie vielerlei neue Möglichkeiten in Bezug auf Kunden- und Wertzentrierte Innovationen. Durch die intelligente internetgestützte Vernetzung von Objekten, Maschinen und Menschen mit Informations- und Kommunikationssystemen entsteht das sog. Internet der Dinge [5]. Um die gegenseitige Vernetzung zu gewährleisten, sind früher passive Produktionsbestandteile wie Maschinen, Transportmittel oder Werkzeuge in Industrie 4.0 mit Sensoren und Aktoren ausgestattet und werden über IT-Systeme zentral gesteuert [2]. Bei den großen Datenmengen, die von Maschinen und Sensoren gesammelt bzw. übermittelt werden, spricht man von Big Data. Durch die intelligente Auswertung dieser Daten können z.B. etwaige Maschinenausfälle vorhergesagt werden und ein Teileaustausch erfolgt zeitnah, bevor größerer Schaden entsteht (Predictive Maintenance) [9]. Mit Hilfe von digitalen Schnittstellen interagieren die vernetzten Einheiten wie Produktionsroboter, Fahrzeuge oder Transportbehälter eigenständig miteinander. Bei dieser Interaktion zwischen den Objekten spricht man auch von M2M (Machine-to-Machine), also die Kommunikation zwischen Maschinen [2]. Ein anderer Begriff, der in diesem Zusammenhang fällt, ist HMI (Human-Machine-Interface). Dieser beschreibt die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine.

Durch Industrie 4.0 soll die Effizienz in der Fertigung deutlich gesteigert werden. Dies wird vor allem auch durch eine hoch flexible Steuerung und Planung ermöglicht. Durch eine hoch flexible Infrastruktur innerhalb der Produktion sollen die Voraussetzungen für die Herstellung von individualisierten Produkten bei Losgröße eins geschaffen werden. Ziel ist die Produktion individueller Produkte zum Preis von Massenprodukten [4]. Mit einem individuellen, unternehmensübergreifendem Produktionsprozess ist außerdem auch ein automatisierter Materialeinkauf aufgrund der vorhandenen Produktdaten im Unternehmen möglich [8]. Im Zuge der Produktenindividualisierung muss der Kunde jedoch stärker in die Vorkaufphase, den Liefervorgang, die Sendungsnachverfolgung  sowie den After-Sales-Bereich mit eingebunden werden [9].

Industrie 4.0 verändert aber auch das Arbeiten an sich. Eine stärkere bzw. intensivere Integration der Mitarbeiter an den Prozessen ist unumgänglich, um in der „Smarten Fabrik“ die Abläufe gezielt koordinieren zu können und schnell eigenverantwortlich Entscheidungen zu treffen [2]. Die Arbeit wird für die Mitarbeiter vor allem flexibler. Ein Mitarbeiter muss sich Maschinendaten nicht erst vor Ort einholen oder danach suchen. Er erhält die Daten in Echtzeit auf sein Smart Device (Handy, Tablet). Der wichtigste Aspekt ist, dass die Maschinen eigenständig Rückmeldung an den Mitarbeiter geben. Gewisse Wartungsarbeiten müssen nicht mehr vor Ort an der Maschine oder am Firmencomputer geschehen, sondern lassen sich aus der Ferne regeln [9]. Der Trend wird zu mehr gut qualifizierter als weniger zu körperlich belastender Tätigkeit gehen. Starre Arbeitsstrukturen werden flexibler, woraus eine leichtere Vereinbarkeit zwischen Arbeit und Leben resultiert [7]. Langfristig betrachtet wird in Industrie 4.0 auch die Chance gesehen, die Industriearbeitsplätze wieder zurück nach Deutschland zu bringen. Durch 30 fache Produktivitätssteigerung, so erhofft man sich, sollen Niedriglöhne keine Entscheidungsgrundlage für die Standortwahl mehr sein [2].

Folgende Rahmenbedingungen haben für Industrie 4.0 oberste Priorität: [5]

  • Schaffung von Marktakzeptanz

  • Politische Unterstützung

  • Klärung der Sicherheitsaspekte

  • IKT-Standards

  • Rechtssicherheit

Als größtes Risiko werden die hohen Investitionen gesehen, die das Unternehmen tätigen muss. Außerdem stellt das Umdenken in eine völlig neue Welt im Zuge von Industrie 4.0 im Unternehmen eine große Hürde dar. Bezogen auf die Bereiche Standardisierung sowie IT- und Rechtssicherheit fehlen Detailkonzepte bzw. Standardfestlegungen [5]. Gerade bei der IT-Sicherheit müssen die Systeme, welche über die Werksgrenzen hinaus vernetzt sind, nur speziellen ausgewählten Personen zugänglich sein und gegen Eingriffe von außen ausreichend geschützt werden [8].

Entwicklungen aus den Bereichen wie Internet der Dinge (IoT), IT-Sicherheit, Cloud Services, BigData, M2M (Machine to Machine) und SMART prägen hierbei das Förderprojekt. Im folgenden sind einige Begriffserläuterungen aufgeführt, die auch im Projekt KOMMUNAL 4.0 eine wichtige Rolle spielen. 

ZENTRALE BEGRIFFE

LÖSUNGEN

HERAUSFORDERUNGEN

Cybersicherheit

Angriffe auf Informationsinfrastrukturen sind in den letzten Jahren immer zahlreicher und komplexer geworden.; gleichzeitig ist eine zunehmende Professionalisierung zu verzeichnen. Dabei nehmen die Angriffe zu und nicht ab. Cyber-Sicherheit erweitert somit das Portfolio der klassischen IT-Sicherheit (engl. IT-Security) auf das gesamte Spektrum des Cyber-Raums. Diese umfasst sämtliche mit dem Internet und sonstige vergleichbare Netze mit der vorhandenen und verbundenen Informations- und Kommunikationstechnik und schließt darauf basierende Kommunikation, Anwendungen, Prozesse und verarbeitete Informationen mit ein, insbesondere auch mobile Kommunikation.

 

Für die Branche, die KOMMUNAL 4.0 betrifft, gibt es eine besondere Situation aufgrund des IT-Sicherheitsgesetzes, das die Kunden beachten müssen, da sie zur kritischen Infrastruktur gehören. Somit gibt es andere Anforderungen als im Bereich der Industrie.

Usability

Usability beschreibt die Fähigkeit eines technischen Systems, sich durch eine einfache und intuitive Bedienung an die Bedürfnisse der Nutzer anzupassen. Je einfacher und leichter ein Nutzer seine persönlichen Ziele mit einem digitalen Produkt erreichen kann, desto höher ist die Usability und desto höher ist auch die Zufriedenstellung des Nutzers. Usability bezeichnet also die Qualität der Nutzung, die der User bei der Interaktion mit einem System erlebt.

 

In KOMMUNAL 4.0 wird Usability als eine Grundvoraussetzung für die entstehende Plattform gesehen. Somit ist die Beachtung der Anforderungen an Usability für das Projekt entscheidend. 

BIG DATA

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