Im Zeitalter der digitalen Transformation in der Industrie verschmelzen Technologie und Produktion zu Smart Factories.
Der Begriff Industrie 4.0 bezeichnet die vierte industrielle Revolution – eine intelligente Vernetzung von Maschinen und Produktionsabläufen mittels Informations- und Kommunikationstechnologie. Wir erklären, welche Chancen sich durch Industrie 4.0 ergeben und welche Herausforderungen auf dem Weg zur vollständigen Umsetzung bereits aufgetreten sind.
Die erste industrielle Revolution begann in England im 18. Jahrhundert. Damals führte die Entwicklung der Dampfmaschine zu einem grundlegenden Wandel in Technologie, Wirtschaft und Gesellschaft. Nach Industrie 2.0 und Industrie 3.0 steht Industrie 4.0 heute für die vierte industrielle Revolution. Jede dieser Entwicklungen zeichnet sich dabei durch eine Effizienz- und Produktivitätssteigerung in der industriellen Produktion aus. Was damals die Dampfmaschine war, ist heute die Digitalisierung: Denn die Industrie 4.0 ist maßgeblich durch den Einsatz von digitalen Technologien sowie durch eine umfassende Automatisierung gekennzeichnet. Der Begriff „Industrie 4.0“ markiert also den Übergang zu einer intelligent vernetzten industriellen Produktion, in der Mensch und Maschine miteinander kommunizieren. Dafür kommen verschiedene Technologien zum Einsatz. Die Anlagen sind beispielsweise mit intelligenten Sensoren ausgestattet, die über das Internet vernetzt sind. Die Sensoren sind so in der Lage, ständig Daten untereinander auszutauschen. Dadurch wird es möglich, in Echtzeit auf Veränderungen zu reagieren. Ein Beispiel: Der Sensor an einer Maschine stellt fest, dass sich der Vorrat eines bestimmten Produktionsteils, z. B. Schrauben, dem Ende neigt. Der Mangel wird sofort digital erfasst und eine Bestellung neuer Schrauben aufgegeben. Durch den Einsatz solch smarter Technologien muss der Mensch nicht mehr jeden einzelnen Produktionsschritt überwachen und kann sich auf andere Aufgaben konzentrieren.
Ziel der Industrie 4.0 ist es, Produktionsprozesse effizienter, flexibler und kostengünstiger zu gestalten. Dabei spielen im Zuge der Digitalisierung das Internet der Dinge (IoT) und die Künstliche Intelligenz eine große Rolle. Darüber hinaus gibt es weitere zentrale Elemente der Industrie 4.0.
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Internet der Dinge („Internet of Things“, kurz IoT): Die Verbindung von Geräten und Maschinen über das Internet ermöglicht das Sammeln und Teilen von Daten.
Big Data: Die Analyse großer Datenmengen aus Produktionsanlagen und Logistiksystemen ermöglicht es, Muster und Trends zu erkennen, Vorhersagen zu treffen und Produktionsprozesse zu optimieren.
Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen: Maschinen und Systeme sind mithilfe von KI dazu in der Lage, aus Erfahrungen zu lernen, Entscheidungen zu treffen und komplexe Aufgaben zu lösen. Durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz schreiten die Automatisierung von Prozessen und die Effizienzsteigerung in der Industrie maßgeblich voran.
Cyber-physische Systeme (CPS): Im Kontext von Industrie 4.0 ermöglichen CPS, dass Maschinen und Produktionsanlagen in Echtzeit mit digitalen Systemen kommunizieren. So können sie beispielsweise Zustandsdaten von Maschinen überwachen. Die gewonnenen Erkenntnisse führen zu einer verbesserten Effizienz, Produktivität und Flexibilität in der Produktion.
Industrie 4.0 symbolisiert einen weitreichenden Prozess der Innovation und Transformation, der völlig neue Formen des Wirtschaftens und Arbeitens in digital-analogen Lebensräumen ermöglicht. Expert:innen der Plattform Industrie 4.0 geben im Zuge dessen Handlungsempfehlungen für Wirtschaft und Politik und haben gemeinsam das Leitbild 2030 für Industrie 4.0 entworfen. Am Industriestandort Deutschland soll damit der Rahmen für eine zukunftsfähige Datenökonomie geschaffen werden, die auch den Anforderungen einer sozialen Marktwirtschaft gerecht wird.
Ziel sind offene Netzwerke, die Diversität und Pluralität hervorheben und den Wettbewerb aller Marktteilnehmenden fördern. Das Leitbild 2030 sieht drei zentrale Handlungsfelder vor, die eng miteinander verknüpft sind: Interoperabilität (systemübergreifende Zusammenarbeit), Nachhaltigkeit und Souveränität (freie Gestaltungsräume und Selbstbestimmung).
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Das Zeitalter der Industrie 4.0 birgt viele Chancen für die gesamte Produktionslandschaft und unsere Art zu arbeiten und wirtschaften. Darunter die folgenden:
Ressourcenschonung: Mithilfe von smarten Technologien setzt die Industrie ihre Ressourcen effizienter ein – zum Beispiel durch präzise Prognosen des Materialbedarfs und die Minimierung von Abfall.
Effizienzsteigerung: Durch die Verknüpfung und Automatisierung von Produktionsprozessen steigern Unternehmen ihre Effizienz deutlich.
Qualitätssteigerung: Intelligente Sensoren und automatisierte Qualitätssicherungssysteme ermöglichen eine präzisere und kontinuierliche Überwachung der Produktqualität in der Industrie.
Flexibilität: Fabriken passen ihre Warenproduktion dank vernetzter Technologien flexibel an. Dies ermöglicht es den Unternehmen unter anderem, individuell auf Kundenwünsche einzugehen und ganz nach Bedarf mehr oder weniger Produkte herzustellen.
Nachhaltigere Wartung: Durch „predictive maintenance", also eine vorausschauende Wartung, können Unternehmen auf Basis gesammelter Daten Rückschlüsse auf erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen ziehen. Das reduziert Ausfälle und Stillstände von Produktionsanlagen und verlängert die Lebensdauer von Maschinen.
Arbeitswelt 4.0: Industrie 4.0 führt in vielen Bereichen auch zu einer Veränderung der Arbeitswelt: Sie schafft flexiblere Arbeitsmodelle, mehr Remote-Arbeit und eine starke Kooperation zwischen Mensch und Maschine, die sich positiv auf Gesundheit, Familie und Arbeitszufriedenheit auswirken kann.
Die Umsetzung der Industrie 4.0 ist in vollem Gange – und obwohl die vierte industrielle Revolution enorme Chancen bietet, sind mit der digitalen Transformation auch einige Herausforderungen verbunden. Diese reichen von technischen Hürden über Sicherheitsbedenken hin zu ethischen Fragen. Um das volle Potenzial der Industrie 4.0 auszuschöpfen, gilt es daher zunächst, diese Herausforderungen zu bewältigen. Einige der wichtigsten Hürden der vierten industriellen Revolution sind:
Technologische Anforderungen: Die Anpassungen bestehender Produktionsanlagen und Infrastrukturen an die Anforderungen von Industrie 4.0 können komplex und kostenintensiv sein.
Neue Anforderungen und Qualifikationen: Die Veränderungen durch Industrie 4.0 wirken sich auf die Arbeitswelt aus. Neue Qualifikationen und Fähigkeiten wie Datenkompetenz oder Cybersicherheitskenntnisse werden benötigt.
IT-Sicherheit und Datenschutz: Mit dem verstärkten Austausch von Daten im Zuge der Industrie 4.0 steigen auch die Anforderungen an die Datensicherheit. Der Schutz vor Cyberangriffen und Datendiebstahl steht im Vordergrund. Einheitliche Normen für IT-Sicherheit und eine Standardisierung des Datenschutzes sind essenziell.
Entwicklung neuer Geschäftsmodelle: Durch die intelligente Vernetzung von Maschinen, Anlagen und Produkten entstehen völlig neue Möglichkeiten für die Industrie, die über traditionelle Geschäftsmodelle hinausgehen. Neue, beispielsweise datengetriebene Geschäftsmodelle, ergeben sich und erfordern eine Veränderung der bestehenden Strukturen und Prozesse sowie eine Anpassung der Unternehmenskultur. Gewisse Jobs werden wegfallen.
Ethik: Die Einführung künstlicher Intelligenz wirft auch ethische Fragen und gesellschaftliche Bedenken auf. Wer trägt etwa die Verantwortung für ein autonomes System? Und wie gehen wir mit den Auswirkungen der zunehmenden Automatisierung auf die Arbeitslosigkeit um?
Die Transformationen im Zuge von Industrie 4.0 leisten nicht nur einen wichtigen Beitrag zur Digitalisierung der Wirtschaft, sondern können auch zum Umweltschutz beitragen, indem sie eine „grüne Produktion“ ermöglichen. Durch die intelligente Vernetzung von Fertigungsprozessen und die Auswertung von Big Data sind Unternehmen beispielsweise dazu in der Lage, Ressourcen effizienter zu nutzen und Produktionsabfälle zu minimieren. Zudem ermöglichen eine präzise Überwachung und die Analyse der Produktionsprozesse eine Steigerung der Effizienz. Fabriken, die smarte Technologien einsetzen, können demnach nicht nur produktiver, sondern auch umweltfreundlicher produzieren. Kurz gesagt: Industrie 4.0 hat das Potenzial, Produktionsprozesse grundlegend zu verändern.
Matthias Hausmann • 15. November 2024
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