6 Herausforderungen und Risiken von Industrie 4.0

Industrie 4.0, der Fertigungsansatz, der internetgebundene Fertigungsmaschinen mit Computeranalysen der Produktion kombiniert, kann zu großen Effizienzsteigerungen führen. Die Umstellung auf eine Industrie 4.0-Fertigungseinrichtung kann den Durchsatz steigern, die Kosten senken, die Produktqualität erhöhen, die Markteinführungszeit verkürzen und zu einer besseren Verfügbarkeit der Maschinen führen. Die Einführung von Industrie 4.0-Technologien kann auch die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller verbessern und ihre Auswirkungen auf die Umwelt verringern.

Obwohl die Vorteile von Industrie 4.0 zahlreich sind, müssen Hersteller sich über die Herausforderungen und Risiken im Klaren sein, denen sie bei der Umsetzung eines Industrie 4.0-Ansatzes ausgesetzt sein können: Integration neuer Technologien in bestehende IT-Systeme, erhöhte Bedrohungen der Cybersicherheit usw. Zu den Lösungen gehören Planung, Förderung der Zusammenarbeit und Investitionen in Technologien, die eine sichere und effiziente Fertigung ermöglichen.

Was versteht man unter Industrie 4.0?

Industrie 4.0 nutzt Automatisierungs- und Datenanalysetechnologien, um „Smart Factorys“ zu schaffen, die aus vernetzten Maschinen bestehen, welche die Produktionsdaten mit Mitarbeitern teilen. Zu den Hauptvorteilen dieses intelligenten Fertigungsansatzes gehört die schnellere und qualitativ hochwertigere Produktion größerer Produktmengen. Ein wichtiger Bestandteil von Industrie 4.0 ist das Industrial Internet of Things (IIoT), die Anwendung von Internet of Things (IoT)-Technologien in der Fertigung: Denken Sie an Sensoren, die den Wartungsstatus einer Maschine überwachen und Produktionsdaten zur Analyse übermitteln. Außerdem ist Industrie 4.0 auf Technologien angewiesen, darunter die drahtlose Internetabdeckung in Fertigungseinrichtungen, Häfen und Werften, automatisierte Roboter und fortschrittliche Datenverarbeitungssysteme.

Wichtigste Erkenntnisse

• Zu den größten Herausforderungen bei Industrie 4.0-Implementierungen zählen Sicherheitsbedenken, Technologiestandard- und Interoperabilitätsprobleme sowie die Umschulung der Belegschaft.
• Um diese Herausforderungen zu meistern, müssen Hersteller die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit stärken – beispielsweise können sie finanzielle Herausforderungen überwinden, indem sie kleinere Industrie 4.0-Projekte starten und diese mit ständigem, wertvollem Feedback aus einer Mischung von Teams verfeinern.
• Technologie spielt bei der Bewältigung der Industrie 4.0-Herausforderungen und der Risikominderung eine zentrale Rolle. Integrationssoftware hilft dabei, ältere Anlagen zu Smart Factorys umzurüsten, wobei Cloud-Computing beispielsweise vor Cyberangriffen schützt.

Herausforderungen von Industrie 4.0 erklärt

Hersteller, die Industrie 4.0-Ansätze einführen, stehen häufig vor Problemen, wenn sie Technologien implementieren, die auf die Automatisierung von Fabrikprozessen abzielen. Die Kosten können hoch sein, insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen, die möglicherweise Schwierigkeiten haben, in neue Geräte, Sensoren und Software zu investieren. Werksmitarbeitern mangelt es möglicherweise an Kompetenzen, um cyber-physische Produktionssysteme zu überwachen, tragbare Computergeräte zu verwenden und Prozesse gemäß Softwareempfehlungen anzupassen. Hersteller müssen eventuell auch die Einstellung von Ingenieuren, Data Scientists und Softwareentwicklern in Betracht ziehen – Positionen, für die das Angebot an qualifizierten Arbeitskräften begrenzt sein kann. Die Herausforderungen gehen über Kosten und Personal hinaus: Durch die Integration von Industrie 4.0-Technologien in einer Fabrik können Maschinen und Netzwerke Datenschutzverletzungen oder Cyberangriffen ausgesetzt sein.

6 Herausforderungen und Lösungen für Industrie 4.0

Laut einer McKinsey-Umfrage aus dem Jahr 2020 unter mehr als 800 Herstellern weltweit zählen folgende Faktoren zu den Hindernissen für die Einführung von Industrie 4.0: hohe Kosten für die Skalierung von Bereitstellungen, organisatorische Herausforderungen, wie z. B. die Zustimmung des Managements für Smart Factory-Initiativen, und technologische Herausforderungen, wie die Auswahl der erforderlichen Software sowie eines Implementierungspartners. In einer separaten Umfrage des Marktforschers IDC unter IT-Entscheidungsträgern aus dem Jahr 2022 waren die größten Herausforderungen bei der Implementierung von IoT-Projekten Sicherheitsbedenken (laut 35 % der Befragten), Bedenken hinsichtlich der Fähigkeiten und Stabilität der Technologie (27 %) und Bereitstellungskosten (26 %).

Für jede Herausforderung gibt es jedoch mindestens eine Lösung, mit der Hersteller die Vorteile von Industrie 4.0 nutzen können.

1. Legacy-IT-Systeme

Hersteller mit veralteter IT-Infrastruktur stellen eventuell fest, dass diese nicht mit neuerer Software zur Analyse von Produktionsdaten integriert werden kann und eine zeitaufwendige Nachrüstung erforderlich machen würde.

• Lösung: Bevor Sie eine Smart Factory einrichten oder eine bestehende Fabrik mit Industrie 4.0-Technologie nachrüsten, sollten Sie einige IT-Grundlagen festlegen. Analysieren Sie den Zustand Ihrer Geschäftsmanagementsysteme in den Bereichen Forschung und Entwicklung, Beschaffung, Einkauf, Produktion und Lagerhaltung. Berücksichtigen Sie die technologischen Auswirkungen von Industrie 4.0-Projekten an allen Ihren Produktionsstandorten, nicht nur an einem Standort, und stellen Sie sicher, dass Ihre IT-Abteilung mit anderen Abteilungen zusammenarbeitet.

2. Interoperabilität

Viele Fabriken betreiben eine Mischung aus neueren und jahrzehntealten Geräten, denen die für eine Smart Factory entscheidenden Sensoren und Internetkonnektivität fehlen. Dennoch ist es nicht möglich, ältere Maschinen nachzurüsten, und Hersteller wollen diese nicht ersetzen. Zudem mangelt es vielen Herstellern an IT-Systemen, die die Daten der vernetzten Maschinen auswerten können.

• Lösungen: Die Anbindung isolierter Datenquellen stellt seit Langem eine Herausforderung für Hersteller dar, doch sinkende Sensorkosten und standardisierte Kommunikationsprotokolle erleichtern die Bewältigung. Mithilfe von Integrationssoftware können Hersteller Computer im Data Center oder in der Cloud mit Maschinen in der Fertigung verbinden. Investieren Sie in ein ERP-System, mit dem die Produktionsplanung an ein Manufacturing Execution System (MES) und dann an die Maschinensteuerungsebene geleitet werden kann. Dies wird als vernetzte Fertigung bezeichnet, mit der Produktionsplaner Informationen mit dem Fertigungsbereich austauschen können.

3. Kosten und Ressourcenbeschränkungen

Die Einführung einer Smart Factory erfordert Investitionen in die Kompatibilität von IoT-Systemen mit älteren Fertigungssteuerungs- und Ausführungssystemen, die möglicherweise andere Technologiestandards verwenden. Einschränkungen bei Technologieinvestitionen können die Skalierung von Industrie 4.0-Projekten von der Pilotphase bis zur Implementierung in mehreren Werken verhindern. Als Hindernisse für die breitere Einführung eines Industrie 4.0-Ansatzes nennen Hersteller außerdem häufig die Bereitstellungskosten und die Schwierigkeit, die Zustimmung der Unternehmensleitung zu erlangen.

• Lösung: Anstatt mit der Implementierung von Industrie 4.0-Projekten zu warten, bis eine vollständige IT-Architektur definiert und eingeführt ist, können Hersteller einen Ansatz mit minimalem realisierbaren Produkt verfolgen, Projekte mit kürzeren Durchlaufzeiten einführen und Kurskorrekturen basierend auf dem Feedback der Benutzer vornehmen. Darüber hinaus kann dieser Ansatz dazu beitragen, die Ausgaben zu konzentrieren und den Umfang von Projekten zu definieren.

4. Kompetenzlücken in der Belegschaft

Die Gewinnung von Talenten und die Umschulung aktueller Mitarbeiter gehören bei der Implementierung von Industrie 4.0 zu den Herausforderungen der Personalabteilung von Herstellern, da viele Mitarbeiter nicht geschult wurden, digitale Systeme in die Produktionsarbeit zu integrieren. Hersteller müssen ihre Mitarbeiter oft umschulen, um Touchscreens, Tablets und andere Geräte zu bedienen, mit denen sie mit vernetzten Systemen interagieren können, und um Produktionsprozesse mithilfe datengestützter Erkenntnisse zu verfeinern.

• Lösungen: Maschinenbediener in Smart Factorys müssen lernen, neue Arten von Informationen zu interpretieren, bei Bedarf in Prozesse einzugreifen und diese zu korrigieren, sowie Maschinen auf neue Weise zu steuern. Schulungen im Fertigungsbereich statt am Schreibtisch können hier hilfreich sein. Auch Ingenieure sollten in neuen, analytischen Ansätzen zur Verbesserung von Fertigungsprozessen geschult werden. Außerdem müssen Hersteller darüber nachdenken, hochtechnische Positionen zu besetzen, beispielsweise Robotik-Spezialisten und Ingenieure für digitale Zwillinge.

5. Änderungsmanagement

Industrie 4.0 beschränkt sich nicht nur auf den Fertigungsbereich – Hersteller müssen ein organisationsweites Verständnis dafür entwickeln, wo sich Prozesse ändern müssen und welche Abteilungen koordiniert werden müssen, um erfolgreiche Industrie 4.0-Pilotprojekte und umfassendere Rollouts durchzuführen. Das Ganze erfordert neue Arbeitsweisen, die sich von langjährigen Prozessen unterscheiden.

• Lösungen: Vor einer IIoT-Einführung sollten Hersteller Anwendungsfälle und Standorte identifizieren, die schnelle Erfolge und finanzielle Erträge bringen, um den Wert von Industrie 4.0-Technologien zu beweisen und das Änderungsmanagement zu vereinfachen. Der Erfolg von Industrie 4.0-Projekten hängt davon ab, dass Mitarbeiter die neue Technologie aktiv nutzen – der Nachweis der Kapitalrendite (ROI) gegenüber Managern kann dabei helfen, Teams an Bord zu holen.

6. Cybersicherheit

Die traditionelle Art, Fabrikausrüstung vor Cyberangriffen zu schützen, bestand darin, sie so wenig wie möglich mit dem offenen Internet zu verbinden. Industrie 4.0 verfolgt einen anderen Ansatz, indem Maschinen miteinander und Geschäftsmanagementsysteme über das Internet verbunden werden. IIoT-Entscheidungsträger äußern häufig Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Industrie 4.0-Technologien, die begründet sind: Die Stuxnet-Malware befiel vor mehr als einem Jahrzehnt Produktions- und Energieanlagen, und im Jahr 2017 stoppte der damals grassierende Petya-Virus die Produktion in mehr als einem Dutzend Anlagen des Nivea-Hautcremeherstellers Beiersdorf.

• Lösungen: Cloud-Computing kann die Sicherheit erhöhen, da Cloud-Provider sicherstellen, dass Kunden immer die aktuellsten Softwareversionen ausführen, und die Cloud-Infrastruktur Sicherheit auf mehreren Ebenen eines Computernetzwerks bieten kann . Unternehmen, die IoT implementieren, richten zunehmend private LTE- und 5G-Netzwerke ein, in denen sie das Funkspektrum besitzen und kontrollieren, das zur Übertragung von Sensordaten verwendet wird. Dies sorgt für eine höhere IoT-Sicherheit. Auch Hersteller können das Risiko verringern, indem sie Cybersicherheitsstandards und eingeschränkte Zugriffsrechte auf IoT-Systeme implementieren.

Herausforderungen von Industrie 4.0 mit Oracle meistern

Mit der Industrie 4.0-Software von Oracle können Hersteller mehr Einblick in ihre Abläufe gewinnen und ERP- sowie Supply Chain Management-Software problemlos in Fertigungslinien integrieren.

Oracle Fusion Cloud Manufacturing erfasst Daten aus dem Fertigungsbereich, auf die Manager von einem PC, Telefon oder Tablet aus reagieren können. Die Daten werden in andere Supply Chain Management- und ERP-Anwendungen integriert. Dadurch sind Hersteller in der Lage, Informationssilos abzubauen, die die Ausweitung von Industrie 4.0-Projekten behindern können.

Unterdessen ermöglichen Oracle Fusion Cloud Internet of Things Intelligent Applications Herstellern die Nutzung von Maschinensensordaten für die vorausschauende Wartung, um die Betriebszeit zu maximieren. Software für die Anlagenüberwachung und -wartung arbeitet zusammen, um Warnmeldungen zu erzeugen und Komponenten zu visualisieren. Hierbei werden Sensordaten hervorgehoben, die zeigen, was zu überprüfen ist. Oracle Manufacturing Execution System for Discrete Manufacturing überwacht die Produktion und steigert die Produktivität, indem es Bediener durch eine Liste täglicher Aktivitäten führt. Darüber hinaus kann die Software wichtige Aktivitäten priorisieren und dabei helfen, verschwenderische zu erkennen. Schließlich übernimmt Mixed-Mode-Fertigungssoftware die Einzel- und Chargenfertigung in derselben Anlage, sodass Hersteller von Konsumgütern beispielsweise die Produktion von Snacks und Verpackungen mithilfe einer gemeinsamen Software verfolgen können.

Herausforderungen von Industrie 4.0 – Häufig gestellte Fragen

Welche wahrgenommenen Risiken bestehen bei der Einführung von Industrie 4.0-Technologien?
Durch die Fertigungsautomatisierung können die Rollen einiger Arbeitnehmer wegfallen oder neu definiert werden, sodass Hersteller in die Einstellung von Arbeitnehmern mit unterschiedlichen Kompetenzen oder die Umschulung aktueller Arbeitnehmer investieren müssen. Maschinen mit internetgebundenen Sensoren sind möglicherweise auch anfälliger für Cyberangriffe als Maschinen ohne Sensoren. Bei der Skalierung von Industrie 4.0-Projekten (vom Pilotprojekt zur Produktion) besteht außerdem das Risiko, dass die prognostizierten Kapitalrenditen nicht realisiert werden.

Wie können Hersteller Industrie 4.0-Projekte nach ersten Pilotversuchen besser skalieren?
Hersteller müssen klare Geschäftsprozesse und Datenflüsse durch ihre Netzwerke definieren und dann Manager mit den Änderungen an Bord holen. Wenn die Ressourcen begrenzt sind, kann die Einführung eines Minimum Viable Product, das Erfassen von Benutzerfeedback und die Verfeinerung des Systems zur Skalierung beitragen. Um ihre Industrie 4.0-Projekte zu skalieren, müssen Hersteller möglicherweise auch Talente einstellen oder bestehendes Personal umschulen.

Aus welchen Technologien besteht Industrie 4.0?
Sensornetzwerke, Edge Computing, Datenanalysesoftware und maschinelles Lernen unterstützen Industrie 4.0-Initiativen. Viele Hersteller nutzen den 3D-Druck, auch generative Fertigung genannt, um Teile zu schmieden. Außerdem könnten sie digitale Zwillinge einsetzen und Änderungen an Fabriklayouts und Fertigungslinien in computergestützten Modellen testen, bevor sie diese umsetzen.