Industrie 4.0 erklärt:Geschichte, Vorteile und Schlüsseltechnologien

Aktualisiert am 25. Februar 2021

Was ist Industrie 4.0?

Industrie 4.0 oder die vierte industrielle Revolution beschreibt, wie Computer, Daten und Automatisierung zusammenwachsen, um Fertigungs- und Arbeitsprozesse neu zu gestalten. Aufbauend auf der PC- und Internet-gesteuerten Dritten Industriellen Revolution löst 4.0 die Grenze zwischen digitalen und physischen Systemen auf und bringt Automatisierung, KI, IoT und mehr in den Alltagsbetrieb. Im Gegensatz zu früheren Revolutionen, die sich ausschließlich auf technologische Durchbrüche konzentrierten, betont Industrie 4.0, wie sich die sich entwickelnde Technologie den Alltag verändert.

Warum Industrie 4.0 wichtig ist

Industrie 4.0 baut auf vorhandenen Technologien auf – Large-Scale-Computing, Cloud-Datenspeicherung und Echtzeitanalysen –, um Datensilos zu beseitigen und eine unternehmensübergreifende Transparenz weltweit zu ermöglichen. Es bewältigt die heutigen Herausforderungen in der Fertigung:intensiver globaler Wettbewerb, volatile Märkte, komplexe Produktzyklen und der Bedarf an schnellen datengesteuerten Erkenntnissen. Durch vorausschauende Wartung und flexible Produktion reduzieren Unternehmen Ausfallzeiten, senken Kosten und beschleunigen Innovationszyklen.

Im Gegensatz zu früheren Revolutionen, bei denen lediglich neue Tools hinzugefügt wurden, verlagert 4.0 den Fokus auf kontinuierliche Innovation und ermöglicht es Unternehmen, neue Geschäftsmodelle in beispielloser Geschwindigkeit zu testen und umzusetzen. Der Kunde steht im Vordergrund:schnellere Markteinführung, On-Demand-Produktion und individuelle Anpassung auf höchstem Niveau. Auch die Arbeitnehmer profitieren – sich wiederholende Aufgaben werden durch Aufgaben zur Problemlösung ersetzt, die fortschrittliche Robotik und IoT nutzen.

Treiber des Übergangs zu Industrie 4.0

• Kundenanforderungen – Verbraucher erwarten schnellere, günstigere und nachhaltigere Produkte. Anpassungen, die einst kostspielig waren, sind dank Technologien wie dem 3D-Druck heute Routine.
• Datennutzung – Hersteller generieren umfangreiche historische Daten. Durch die Umwandlung dieser Informationen in verwertbare Informationen werden Bedarfsprognosen, Produktionsplanung und Wartung verbessert.
• Globale Konnektivität – Cloud Computing und allgegenwärtige Konnektivität beseitigen geografische Barrieren und ermöglichen eine Zusammenarbeit in Echtzeit von der Lieferkette bis zum Versand.

Die Entwicklung der Fertigung

Die Fertigung hat sich durch vier große industrielle Revolutionen weiterentwickelt, die jeweils durch einen Technologiesprung gekennzeichnet waren.

Die erste industrielle Revolution (spätes 18.–frühes 18. Jahrhundert)

Übergang von Handarbeit zur maschinellen Produktion mit Webstühlen, Dampfmaschinen und wasserbetriebenen Maschinen.

Die zweite industrielle Revolution (Ende des 19. Jahrhunderts – Anfang des 20. Jahrhunderts)

Rasante Industrialisierung und Standardisierung vorangetrieben durch Elektrizität, Telegraphen, Stahl und die ersten Fließbänder.

Die dritte industrielle Revolution (Mitte des 20. Jahrhunderts)

Die digitale Revolution, geprägt von Mikroprozessoren, Personalcomputern, Mobiltelefonen und dem Internet, läutet das Informationszeitalter ein.

Die vierte industrielle Revolution (aktuelle Ära)

Automatisierung und Maschine-zu-Maschine-Kommunikation schaffen intelligente Fabriken, vorausschauende Wartung und additive Fertigung. Der Mensch wird zunehmend von sich wiederholenden Aufgaben entbunden.

Die fünfte industrielle Revolution (im Entstehen begriffen)

Einige Experten betrachten Industrie 5.0 als eine Partnerschaft zwischen Menschen und Maschinen, die menschliche Kreativität und Intelligenz in den Vordergrund stellt – Beispiele hierfür sind Neuralink und Bediener-Dashboards, die menschlichen Kontext mit Maschinendaten verbinden.

Industrie 4.0 effektiv umsetzen

1. Änderungsmanagement – Vermeiden Sie die 20/60/20-Regel. Binden Sie die 60 % der Mitarbeiter ein, die skeptisch sind, indem Sie die Vision erläutern und in Schulungen investieren. Inklusion und Klarheit fördern die Akzeptanz.
2. Proaktive Wartung – Wechsel von reaktiven Korrekturen zu datengesteuerter prädiktiver und präskriptiver Wartung. Nutzen Sie maschinelles Lernen, um Reparaturen zu planen, bevor Fehler auftreten, und erkunden Sie die autonome Selbstdiagnose.
3. Sicherer Datenaustausch – Der Echtzeit-Datenaustausch mit Lieferanten verbessert die Prognose, erfordert jedoch eine robuste Cybersicherheit. Implementieren Sie vom ersten Tag an sicheren Cloud-Speicher, Verschlüsselung und Netzwerksegmentierung.

Vorteile von Industrie 4.0

Gesteigerte Effizienz und Produktivität

Durch die datengesteuerte Ressourcenzuweisung werden Verschwendungen reduziert, Ausfallzeiten reduziert und die Notwendigkeit übermäßiger Ersatzteilbestände entfällt.

Größere Agilität

Echtzeitanalysen unterstützen eine schnelle Entscheidungsfindung und ermöglichen einmalige Produktionsläufe und eine schnelle Reaktion auf Marktveränderungen.

Finanzielle Gewinne

Erhöhter Output, niedrigere Betriebskosten und verbesserte Produktqualität führen direkt zu höheren Umsätzen und einer stärkeren Rentabilität.

Herausforderungen, die es zu meistern gilt

Datenüberlastung

Hersteller haben oft mit mehr Daten zu kämpfen, als sie verarbeiten können. Effektive Datenverwaltung, Normalisierung und Low-Code-ML-Tools sind unerlässlich, um Rohdaten in umsetzbare Erkenntnisse umzuwandeln.

Talentmangel

Die Nachfrage nach Datenwissenschaftlern, Analysten und KI-Spezialisten übersteigt das Angebot bei weitem. Weiterbildungsprogramme und Low-Code-Plattformen können dabei helfen, diese Lücke zu schließen.

Kultureller Widerstand

Die digitale Transformation kann die Arbeitsplatzsicherheit gefährden und bestehende Arbeitsabläufe stören. Der Aufbau einer offenen, kollaborativen Kultur und einer klaren Kommunikation reduziert Widerstände und beschleunigt die Akzeptanz.

Schlüsseltechnologien der Industrie 4.0

Nachfolgend sind zehn grundlegende Technologien aufgeführt, die die vierte industrielle Revolution vorantreiben:

Big Data und Analysen

Große Mengen an Sensor- und Prozessdaten werden über Edge Computing und maschinelles Lernen gespeichert und analysiert.

Autonome Roboter

Maschinen, die unabhängig arbeiten und mithilfe von KI Entscheidungen in Echtzeit treffen.

Simulation und digitale Zwillinge

Virtuelle Nachbildungen physischer Systeme, die Tests, Optimierung und Vorhersagemodellierung ermöglichen.

Horizontale und vertikale Systemintegration

Nahtlose Konnektivität über Abteilungen und Hierarchieebenen hinweg, um einen freien Datenfluss zu gewährleisten.

Industrielles IoT (IIoT)

Maßgeschneiderte IoT-Geräte für den industriellen Einsatz, wie intelligente HLK-Steuerungen und Maschinensensoren. Plattformen wie MachineMetrics übersetzen Fertigungsdaten in umsetzbare Erkenntnisse.

Cybersicherheit

Schutz der erweiterten Angriffsfläche, die durch verbundene Maschinen und Cloud-Dienste entsteht.

Die Cloud

Remote-On-Demand-Computing-Ressourcen, die den Bedarf an Hardware vor Ort reduzieren.

Additive Fertigung

3D-Druck und verwandte Prozesse, die Objekte Schicht für Schicht aufbauen.

Künstliche Intelligenz

Systeme, die aus Daten lernen und selbstständig Schlussfolgerungen ableiten.

Erweiterte Realität

Überlagerung digitaler Informationen mit der physischen Welt zur Unterstützung von Schulung, Wartung und Design.