Industrie 4.0
Inhaltsverzeichnis
- Was ist Industrie 4.0?
- Geschichte der Industrie
- Merkmale der Industrie 4.0
- Organisationsprinzip
- Herausforderungen für die Umsetzung von Industrie 4.0
- Technologien der Industrie 4.0
- Industrie 4.0 und SAP
- Beschreibung SAP Leonardo IoT
- SAP Leonardo IoT Edge
- SAP Cloud Platform IoT für Cloud Foundry Umgebung
- Vorteile und Herausforderungen von IIoT
- Fazit
- FAQ
Was ist Industrie 4.0?
Industrie 4.0 wird vielerorts auch als die vierte industrielle Revolution verstanden. Industrie 4.0 basiert im Wesentlichen auf der Verzahnung der industriellen Produktion mit moderner Informations- und Kommunikationstechnologie. Die Grundlage dafür sind intelligent vernetzte Systeme. Mensch, Maschinen, Logistik und Produkte kommunizieren automatisch miteinander und eine selbstorganisierte Produktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette wird ermöglicht.
Jede Maschine weiß so beispielsweise, wie viele Bauteile noch im Lager sind und sendet automatisch eine Nachbestellung zum Lieferanten, wenn sich der Bestand dem Ende neigt. Diese intelligente Steuerung sorgt dafür, dass Maschinen eigenständig planen und auch umplanen können. Gibt es beispielsweise in letzter Minute noch eine Anpassung für ein Produkt, lenkt die intelligente Steuerung den Produktionsweg in der Fabrik so um, dass die Anpassung noch vorgenommen wird.
Geschichte der Industrie
Die erste industrielle Revolution begann mit der Mechanisierung (Industrie 1.0). Diese Entwicklung ermöglichte die erste Massenproduktion um circa 1800. Die ersten mechanischen Produktionsanalagen wurden damals durch Wasser- und Dampfkraft angetrieben.
Die 2. Industrielle Revolution begann mit der Einführung der Elektrizität zum Ende des 19. Jahrhunderts. Die Fabrikhallen produzierten nun automatischer und am Fließband. Zusätzlich begünstigten die Anfänge der Globalisierung die Herstellung von Automobilen, Lebensmitteln oder Kleidung.
Anfang der 1970er Jahre startete dann die 3. Industrielle Revolution mit der weiteren Automatisierung durch IT und Elektronik. Mit der Einführung des Personal Computers für Büro und Haushalt nahm die Industrie 3.0 ihren Lauf. Die Automatisierung durch IT war somit der Vorgänger der Industrie 4.0, die mit dem Einzug des Internet of Things die Industrielandschaft erneut revolutioniert.
Merkmale der Industrie 4.0
Die Industrie 4.0 hat das Ziel eine autonome Produktion zu schaffen, in der Anlagen, Maschinen, Produkte und Mitarbeiter miteinander kommunizieren und somit eine intelligente Fabrik schaffen.
Die wichtigsten Merkmale der Industrie 4.0 im Überblick
Die vernetzten und digitalisierten Produktionsumgebungen ermöglichen eine besser abgestimmte Produktion und erhöhen die Produktivität. So genannte modulare Produktionsumgebungen sorgen dabei für eine flexible Produktion. Eine Produktionsstraße kann somit ein Produkt in vielen verschiedenen und klar definierten Variationen herstellen. Dies erhöht neben der Wirtschaftlichkeit auch die Rentabilität von kleinen Stückzahlen individueller Produktausführungen.
Optimierte Logistiklösungen und Algorithmen sorgen für eine optimierte Warenverkettung von der Nachbestellung im Lager bis zur Auslieferung zum Kunden. Mit einer ressourcenschonenden Produktion wird die Lebenszeit der Produkte so entwickelt, dass diese über den vollen Lebenszyklus hinweg eingesetzt werden können. Der Fokus liegt klar auf der Kundenorientierung. Das Ziel ist, den individuellen Wünsche und Anforderungen der Zielgruppen optimal und effizient gerecht zu werden.
Industrie 4.0 Schaubild. Quelle: SAP
Organisationsprinzip
Die Industrie 4.0 baut auf vier grundlegenden Organisationsprinzipien auf:
- Vernetzung von Maschinen, Geräten und Menschen, die via IoT kommunizieren
- Erweiterung der Informationssysteme durch Sensordaten, um ein virtuelles Abbild der Realität (Digital Twin) zu erstellen
- Assistenzsysteme geben visualisierte und hilfreiche Informationen an den Menschen weiter
- Autonome Aufgabenerledigung durch cyberphysische Systeme, die dezentrale Entscheidungen treffen
Herausforderungen für die Umsetzung von Industrie 4.0
Die Umsetzung der Plattform Industrie 4.0, die die Verschmelzung von IT und Produktionstechnologien anstrebt, bringt vielfältige Herausforderungen mit sich. Dabei steht die Entwicklung von technischen Standards und Normen im Fokus, um die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine sowie zwischen Maschinen zu ermöglichen, beispielsweise in kognitiven Systemen. Daten spielen eine entscheidende Rolle und werden von Experten als der “neue Rohstoff” bezeichnet. Ein besonderes Augenmerk liegt auf Datensicherheit und Eigentumsrechten, was rechtliche Fragen aufwirft, die bisher ungeklärt sind. Die Schaffung eines breiten Verständnisses für Industrie 4.0 in der Fachwelt und ihre gesellschaftliche Akzeptanz sind essenziell. Dies erfordert auch Fortschritte in der Aus- und Weiterbildung. Lernfabriken weltweit bieten praxisnahe Schulungen zur Industrie 4.0 an.
Eine Neuausrichtung der Arbeitsorganisation durch Echtzeitsteuerung stellt eine weitere Herausforderung dar, ebenso wie die zunehmende Bedeutung von Betriebs- und Angriffssicherheit. Unternehmen müssen sicherstellen, dass ihre Produktionsanlagen und Produkte keine Gefahr für Mitarbeiter und Umwelt darstellen. Trotz internationaler Erwartungen lässt sich bisher wenig darauf schließen, dass vernetzte industrielle Produktion einen Beitrag zum Klimaschutz leistet. Die Flexibilisierung der Produktivität und die Möglichkeit, Überproduktion zu verhindern, könnten nur durch politische Steuerung realisiert werden.
Technologien der Industrie 4.0
Industrie 4.0 basiert auf neun technologischen Säulen, die die Verbindung zwischen physischer und digitaler Welt herstellen und intelligente, autonome Systeme ermöglichen. Einige dieser fortschrittlichen Technologien werden bereits von Unternehmen und Lieferketten genutzt. Doch das volle Potenzial von Industrie 4.0 entfaltet sich erst, wenn diese Technologien in Kombination genutzt werden.
- Horizontale und vertikale Integration: Engere Verbindung der Prozesse auf Feldebene und aller Unternehmensebenen.
- Additive Fertigung/3D-Druck: Lokale Produktion von Teilen und Produkten, Reduzierung von Kosten.
- Autonome Roboter: Eigenständige Aufgabenerfüllung durch fortschrittliche Technologien.
- Cybersicherheit: Bedrohungen erkennen, verhindern und darauf reagieren, um Datenverluste zu minimieren.
- Augmented Reality (AR): Überlagerung von realen Umgebungen mit digitalen Inhalten für Schulung und Wartung.
- Industrielles Internet der Dinge (IIoT): Echtzeitdaten von Geräten, Robotern, Maschinen und Produkten für optimierte Abläufe.
- Simulation/digitale Zwillinge: Virtuelle Simulation von realen Objekten zur besseren Analyse und Optimierung.
- Big Data und KI-Analysen: Sammlung und Echtzeitanalyse von Daten aus verschiedenen Quellen.
- Cloud Computing: Basis für fortgeschrittene Technologien, ermöglicht Innovation und Echtzeitkommunikation.
Industrie 4.0 und SAP
Die SAP HANA Technologie richtet sich an den Herausforderungen der Industrie 4.0 aus. Das Portfolio beinhaltet Service-Lösungen wie SAP Leonardo IoT oder die Cloud Platform (jetzt: Business Technology Platform) für die Cloud-Foundry-Umgebung.
Somit bietet SAP mit den Lösungen die Möglichkeit, die Anlagen, Maschinen und intelligenten Geräte auf einer Plattform miteinander zu verbinden. Mithilfe der SAP Anwendungen können die Maschinen und deren Sensordaten in Echtzeit analysiert und verschiedene Geschäftsmodelle in den Unternehmen eingeführt sowie optimiert werden.
Beschreibung SAP Leonardo IoT
SAP Leonardo IoT besteht aus Anwendungen und Werkzeugen, mit denen Benutzer eine Administrationsumgebung für das Verwalten und Überwachen von Sensordaten anlegen können. Diese werden mit technischen Objekten aus dem IoT generiert. Außerdem bietet SAP Leonardo IoT eine Vielzahl an Apps, die beim Einstieg in das Internet of Things unterstützen sollen.
SAP Leonardo führt die eigenen Unternehmensdaten mit verschiedenen Technologien wie Blockchain, Big Data, Machine Learning, IoT, Data Intelligence und Analytics zusammen. SAP Leonardo ist somit der Oberbegriff, unter dem eine Vielzahl von SAP Technologien vereint werden. Die Technologien basieren auf dem Platform-as-a-Service-Angebot der SAP Cloud Platform (jetzt: Business Technology Platform). SAP Leonardo unterstützt die Unternehmen dabei, die Prozesse zu vereinfachen und zu automatisieren, die Produktivität zu steigern und Wartungskosten durch vorausschauende Analysen zu verringern.
SAP Leonardo IoT Edge
Die einzige IoT-Technologie, die nicht auf der SAP Cloud Platform (jetzt: Business Technology Platform) betrieben wird, ist SAP Leonardo Edge. Dies ist die Schnittstelle zwischen Cloud und Maschine. SAP Leonardo IoT Edge übernimmt dabei neben den Schnittstellen zwischen den Sensoren und der Cloud auch die Pufferung und Vorverarbeitung der Daten.
SAP Cloud Platform IoT für Cloud Foundry Umgebung
Der SAP Cloud Platform (jetzt: SAP Business Technology Platform) IoT Service ermöglicht es Kunden und Partnern IoT Anwendungen in der Cloud zu entwickeln, anzupassen und zu betreiben. Die SAP Business Technology Platform (BTP) fungiert als Service-übergreifende Plattform, von der Anwender auf mehrere Dienste der SAP und anderer Quellen Zugriff haben. Mit der Business Technology Platform hat SAP ein integriertes Portfolio geschaffen, das sowohl für reine Cloud-Landschaften als auch hybrid einsetzbar ist. Dabei ist die Business Technology Platform selbst stets in der Cloud.
Der IoT Service verbindet Geräte mit der Business Technology Platform, um eine Geräteverwaltung und Erfassung von IoT Daten breitzustellen . Der Service bietet eine sichere Verbindung zu Remote Geräten mithilfe einer Vielzahl von IoT Protokollen.
Der Vorteil für Kunden besteht darin, dass sie keine eigene Hardware Infrastruktur aufbauen müssen. Damit entfallen auch die Kosten für Wartung, Aufbau und Administration. Der Kunde steuert außerdem die gesamte IoT Ausstattung (Geräte, Sensoren, Gateways) und verknüpft sie mit den eigenen betrieblichen Abläufen. Dadurch erhält er einen Gesamtüberblick über alle relevanten Vorgänge im Betrieb.
Vorteile und Herausforderungen von IIoT
Durch den Einsatz von Technologien wie dem IoT in Unternehmen, ergeben sich einige Vorteile. Aufgrund automatisierter Maschinen entlang der gesamten Produktions- und Lieferkette erhöht sich die Effizienz der gesamten Wertschöpfungskette. Die automatisierten Anlagen und Maschinen können sich bei einer Veränderung im Produktionsbedarf und in der Produktionsmenge selbstständig anpassen. Sogar die Wartung kann selbständig durchgeführt werden.
Der Einsatz von digitalen Technologien ermöglicht eine Vielzahl an neuen, innovativen Produktionsverfahren und Geschäftsmodellen. Außerdem bietet die Industrie 4.0 enorme Potenziale. Nicht nur die Produktionsverfahren und Geschäftsmodelle ändern sich, auch die Arbeitswelt der Beschäftigten ist im Wandel. Rund 15 Millionen Arbeitsplätze hängen direkt oder indirekt an produzierenden Unternehmen.
Die Zukunft liegt in digitalen Technologien
Die zukünftig effiziente und nahtlose Kommunikation zwischen Beschäftigten und Maschinen ermöglichen eine Umorganisation der Arbeit. Die Maschinen können beispielsweise schwere körperliche Arbeiten übernehmen und Mitarbeiter entlasten. Industrie 4.0 beinhaltet neben den Möglichkeiten aber auch einige Herausforderungen. Die Themen Datensicherheit und Dateneigentum haben dabei hohe Priorität. Außerdem müssen technische Standards und Normen für die Kommunikation zwischen Menschen und Maschine entwickelt werden.
Des Weiteren muss eine praxisnahe Aus- und Weiterbildung für Mitarbeiter in Unternehmen stattfinden, denn die Anforderungen an die Mitarbeiter verändern sich. Beispielsweise müssen diese nun in Echtzeit organisieren und steuern.
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Fazit
Die Industrie hat in den letzten Jahren einen Wandel erlebt. Die Industrieprozesse verlaufen zunehmend automatisiert und intelligent. Die Industrie 4.0 verändert die Art, wie Menschen und Maschinen miteinander agieren. Zugleich kommunizieren die Maschinen auch miteinander und bilden eigenständige Systeme. Maschinen, Menschen und Prozesse sind untereinander verbunden und alle relevanten Informationen werden nun in Echtzeit verarbeitet. Die Industrie 4.0 löst eine statische, hierarchische Industrie durch eine vernetze Industrie ab. Diese ist dynamisch, flexibel und dezentral organisiert.
Industrie 4.0 ist somit ein Wandlungsprozess, der in vielen Unternehmen bereits stattfindet und viele Vorteile bietet. Immer mehr Unternehmen setzen auf die intelligente Vernetzung von Maschinen und Abläufen mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie. Auch SAP bietet in dem Bereich Lösungen an, um IoT-Daten effektiv nutzbar zu machen.
FAQ
Was ist Industrie 4.0?
Der Begriff Industrie 4.0 bezeichnet eine Entwicklungsstufe der Industrie, in der Maschinen, Menschen und Systeme vernetzt miteinander arbeiten und mittels IoT eine intelligente Industrie bilden.
Was sind Vorteile der Industrie 4.0?
Die Industrie 4.0 verbessert mittels IoT viele Prozesse und kann für deutliche Optimierungen in verschiedenen Geschäftsbereichen sorgen. So ist etwa möglich, Produktionsprozesse effizienter zu gestalten oder Mitarbeiter an verschiedenen Stellen zu entlasten. Auch SAP bietet Lösungen für die erfolgreiche Umsetzung der Industrie 4.0.
