Verwischende Grenzen zwischen physischer und digitaler Welt

Was ist Industrie 4.0?

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20.10.2017 Als Erstes kamen die Dampf- und Antriebsmaschinen, dann die Elektrizität und damit die Massenfertigung und schließlich folgte die digitale Revolution, die unsere Arbeitswelt tiefgreifend verändert hat. Und was kommt als Nächstes?

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Entscheider-Facts für Planer, Betreiber und Manager

  • Der Begriff „Industrie 4.0“ ist in aller Munde, aber oft ist unklar, welche Bedeutung und welche Entwicklungen wirklich dahinter stehen.
  • In der Fertigungsindustrie bedeutet Industrie 4.0 einen Paradigmenwechsel durch die zunehmende Digitalisierung, der die weltweite Industrie tiefgreifend verändert.
  • Neue Herausforderungen sind zu bestehen und zu verstehen. Engineering-Software kann dabei eine Hilfe sein.

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Der Begriff Industrie 4.0 beschreibt eine tiefgreifende digitale Transformation der führenden Industrie- und Fertigungsunternehmen auf der ganzen Welt. Bild: Style-Photography – Fotolia

Die vierte industrielle Revolution – der aktuelle Umbruch in der modernen Fertigung, in dessen Mittelpunkt die Computerisierung steht. Welche Vorteile und Herausforderungen sind mit diesem Paradigmenwechsel verbunden? Und was verbirgt sich hinter dem vielgenutzten Schlagwort „Industrie 4.0“?

Industrie 4.0 oder vierte industrielle Revolution?

Dem Beratungsunternehmen McKinsey [1]  zufolge lässt sich „Industrie 4.0“ als die nächste Phase in der Digitalisierung des Fertigungssektors bezeichnen, die von vier modernen Änderungen in der Industrie vorangetrieben wird: dem Anstieg in Datenmengen, Rechenleistung und Konnektivität in der jüngsten Zeit; dem Aufkommen von Analytik- und Business-Intelligence-Fähigkeiten; neuen Formen der Mensch-Maschine-Interaktion wie Touch-Bedieneroberflächen und Augmented-Reality-Systemen sowie Verbesserungen bei der Übertragung von digitalen Anweisungen auf die physische Welt, z. B. durch fortgeschrittene Robotik und 3D-Druck.

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Bild: ESB Professional – Shuttlestock

Laut dem 2016 Global Industry 4.0 Survey von PWC [2] beschreibt der Begriff Industrie 4.0 jedoch auch eine tiefgreifende digitale Transformation der führenden Industrie- und Fertigungsunternehmen auf der ganzen Welt. Die mehr als zweitausend Unternehmen, die an der Befragung teilnahmen, erwarten einen dramatischen Anstieg im Gesamtniveau ihrer Digitalisierung. Während derzeit nur 33 % der Teilnehmer ihr Unternehmen als in dieser Hinsicht fortgeschritten bezeichnen, gehen über 70 % davon aus, dass dies im Jahr 2020 der Fall sein wird.

Man sollte sich darüber klar sein, dass die Begriffe „Industrie 4.0“ und „vierte industrielle Revolution“ nicht unbedingt dasselbe bedeuten. Ersterer bezieht sich ausschließlich auf die Veränderungen, die in der Fertigungsindustrie stattfinden, während der Begriff „vierte industrielle Revolution“ weiter gefasst ist und eine systemische Transformation der Gesellschaft bezeichnet. Dieser Artikel befasst sich mit dem Thema Industrie 4.0 im engeren Sinne und insbesondere mit den Auswirkungen dieser Entwicklung auf die Fertigung.

Wie im Informationspapier der Europäischen Union [3] zur Industrie 4.0 dargelegt, hängt diese von einer Anzahl neuer und innovativer technischer Entwicklungen ab. Diese umfassen:

  • Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) zur Digitalisierung von Informationen und zur Integration von Systemen in allen Phasen der Produktherstellung und -nutzung (einschließlich Logistik und Versorgung), sowohl innerhalb von Unternehmen als auch über Unternehmensgrenzen hinweg,
  • cyber-physische Systeme, die IKT verwenden, um physische Prozesse und Systeme zu überwachen und zu steuern. Dazu zählen eingebettete Sensoren, intelligente Roboter, die sich selbst konfigurieren können, um sich dem nächsten herzustellenden Produkt anzupassen, und Geräte für die additive Fertigung (3D-Druck),
  • Netzwerkkommunikation, einschließlich drahtloser Kommunikation und Internettechnologien zum Verknüpfen von Maschinen, Arbeitsprodukten, Systemen und Personen sowohl innerhalb der Produktionsstätte als auch mit Lieferanten und Distributoren,
  • Simulation, Modellierung und Virtualisierung beim Gestalten von Produkten und Etablieren von Fertigungsprozessen,
  • Sammeln von großen Datenmengen und deren Analyse und Auswertung entweder sofort vor Ort oder mittels Big-Data-Analytics und Cloud-Computing,
  • bessere IKT-gestützte Unterstützung für die Mitarbeiter z. B. durch Roboter, Augmented Reality und intelligente Werkzeuge.
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Bild: Photon photo – Shutterstock

Kundenindividuelle Massenproduktion und höhere Sicherheit

Cyber-physische Produktionssysteme bringen mehrere Vorteile mit sich: Das Arbeiten in einer Cloud-Umgebung eröffnet neue Dimensionen der Skalierbarkeit, Flexibilität und Integrität. Die Sensortechnologie ermöglicht Feedbackschleifen in Echtzeit, wodurch sich Fehler minimieren, Fertigungsstraßen überwachen und etwaige Probleme proaktiv lösen lassen. Durch den schnellen Datenaustausch können Entscheidungen effektiver und in Echtzeit getroffen werden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass intelligente Fabriken größere Flexibilität in der Fertigung ermöglichen. Durch die Automatisierung und Übertragung der Daten können unterschiedliche Produkte in derselben Fertigungsanlage hergestellt werden. Außerdem lassen sich in Arbeitsumgebungen, die traditionell ein hohes Unfallrisiko mit sich bringen – wie Offshore-Plattformen und chemische Anlagen –die Sicherheits­risiken durch Augmented-Reality- und Simulationslösungen reduzieren. Mittels Sensordaten sind darüber hinaus Abweichungen in der Fertigungsphase zu ermitteln und Fehler proaktiv zu identifizieren. Dies alles steigert auch die Produktivität: Laut dem Digital Transformation of European Industry and Enterprises Report[4] können Stillstandszeiten in der Fertigungs­industrie durch intelligentere Anlagenlösungen um bis zu 50 % sinken.

Darüber hinaus ermöglicht Industrie 4.0 geschätzte Effizienzverbesserungen zwischen 6 und 8 % pro Jahr. In Deutschland allein ließe sich damit in den kommenden zehn Jahren das Bruttoinlandsprodukt einen Prozentpunkt steigern, was laut Bericht des EU-Parlaments bis zu 390.000 neue Arbeitsplätze schaffen würde.

Auf dem Weg zu Big Data

Viele Hersteller konzentrieren sich nach wie vor auf die tägliche Verwaltung von betrieblichen Systemen, anstatt ihre Aufmerksamkeit auf technische Daten und Informationen zu lenken. Der Sprung in Richtung Big Data kann jedoch nur dann gelingen, wenn umsetzbare und genaue Engineering-Daten zur Verfügung stehen.

Dies bringt uns zu der Frage, wie Anlagenbetreiber sich in Richtung Industrie 4.0 und einer Big-Data-Umgebung entwickeln können. Der Ausgangspunkt ist denkbar einfach – die Umstellung von einer dokumentenzentrierten Arbeitsweise auf eine datenzentrierte Umgebung für technische Informationen. Dazu würde zunächst gehören, dass alle Daten und Dokumente an einem zentralen Ort gehostet werden und dadurch eine vollständige Darstellung physischer Anlagewerte in einem virtuellen Format zur Verfügung steht. Die Möglichkeit, Bau- und Schweiß-Dokumentationen sowie sämtliche von Lieferanten beigesteuerten Informationen in eine Datenbank zu integrieren, stellt einen hervorragenden Ausgangspunkt für den Weg zu einem Big-Data-Ansatz dar.

Der erste Schritt hin zu Big Data und den Vorteilen von Industrie 4.0 kann schon darin bestehen, vorhandene Daten und Informationen effektiver zu nutzen. Mit intelligenteren Managementlösungen für technische Informationen wie Intergraphs Smartplant Foundation und Smartplant Fusion können Anlagenbetreiber ihre verstreuten, unintelligenten Daten in intelligente technische Informationen umwandeln. Diese Informationen können sie dann ungeachtet des ursprünglichen Formats – Papier, PDF, Netzlaufwerke oder ältere Datenbanken – auf Richtigkeit, Qualität und Aktualität überprüfen. Nach Prüfung der Informationsqualität können die verwertbaren Informationen allen Nutzern und Anwendungen im gesamten Unternehmen bereitgestellt werden, um so die Entscheidungsfindung in Echtzeit und eine Steigerung von Effizienz und Produktivität zu ermöglichen.

Diese Art der datenzentrischen Umgebung basiert auf einer einzigen Instanz eines Objekts und den intelligenten, reaktiven Beziehungen zu anderen. Diese Beziehungen ermöglichen es Anlagenbetreibern, den Wandel zu bewältigen und die erforderlichen Informationen anhand der vorhandenen Kenntnisse zu finden, ohne sich über Duplikate oder inkonsistente Daten Gedanken machen zu müssen.

Quantensprung in der Fertigungsindustrie

Fazit: Verbesserter Zugriff auf korrekte, aktuelle Daten bringt bereits viele der Vorteile von Big Data in Reichweite, wie etwa einen effektiveren Entscheidungsfindungsprozess und optimierte Prognosen – denn man kann umso bessere geschäftliche Entscheidungen treffen, je mehr Informationen man zur Verfügung hat. Dadurch lassen sich wiederum Kosten senken und zugleich Effizienz und Produktivität steigern.

In dem Maße, in dem die Technologie sich weiterentwickelt, wird auch die Linie zwischen der digitalen und der physischen Welt weiter verschwimmen. Industrie 4.0 ermöglicht es der Fertigungsindustrie, in Bezug auf Produktivität, Sicherheit und Effizienz einen Quantensprung zu vollbringen. Diese Verbesserungen werden ihren Preis haben, aber mit einem innovativen und vertrauenswürdigen Technologiepartner können die mit der Digitalisierung der Fertigung verbundenen Herausforderungen gemindert und technische Informationen in ein intelligentes Informationsgut für das Unternehmen verwandelt werden. 1711ct955

Literatur:

[1] Manufacturing’s Next Act, von Cornelius Baur und Dominik Wee, © McKinsey&Company
[2] Industry 4.0: Building the Digital Enterprise ,© PwC
[3] Industry 4.0 Digitalisation for Productivity and Growth, © European Parliament
[4] Digital Transformation of European Industry and Enterprises. A report of the Strategic Policy Forum on Digital Entrepreneurship , Strategic Policy Forum, © European Parliament

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Heftausgabe: Oktober 2017
Günter Mauß, Executive Vice President, Hexagon PPM

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Günter Mauß, Executive Vice President, Hexagon PPM
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