Was versteht man unter Industrie 4.0?

Industrielle Revolutionen haben im Laufe der Geschichte die wirtschaftlichen und politischen Geschicke von Unternehmen, Regierungen und der menschlichen Gesellschaft beeinflusst. Die erste industrielle Revolution begann Ende des achtzehnten Jahrhunderts in Großbritannien, als die Leistungsfähigkeit von Dampfmaschinen es der Textilindustrie ermöglichte, von Handproduktionsmethoden auf die maschinengestützte Produktion umzusteigen. Es dauerte fast ein Jahrhundert, bis die nächste industrielle Revolution mit der Verfügbarkeit von Eisenbahnen, Telegrafen und Elektrizität einsetzte. Erst nach dem Zweiten Weltkrieg, mit der Erfindung des Transistors in den Vereinigten Staaten im Jahr 1947, kam die dritte industrielle Revolution mit digitalen Computern, die zu weiteren Fortschritten in der Transport- und Kommunikationstechnik führten.

Industrie 4.0 – Definition

Heute befinden wir uns inmitten der vierten industriellen Revolution, der Industrie 4.0. Der Begriff geht auf ein Hightech-Strategieprogramm der Bundesregierung aus dem Jahr 2011 zurück, wurde aber erst durch das Weltwirtschaftsforum im Jahr 2016 verbreitet. Im Vergleich zu ihren Vorgängern entwickelt sich diese Revolution jedoch exponentiell weiter. Aufgrund der Geschwindigkeit, des Umfangs und der Auswirkungen der Industrie 4.0 entstehen dabei Auswirkungen, Chancen und Risiken für Unternehmen und die Bevölkerung.

Industrie 4.0 – Relevanz

Die Industrie 4.0 hat erhebliche Auswirkungen auf Unternehmen, da Technologie erforderlich ist, um effizient und wettbewerbsfähig zu arbeiten, sich an neue Verbrauchsmuster der Kunden anzupassen und die gestiegenen Qualifikationsanforderungen an die Arbeitnehmer zu erfüllen.

Laut McKinsey und dem Weltwirtschaftsforum können die Technologien der Industrie 4.0 bis 2025 durch neue Produkte und Dienstleistungen einen Mehrwert von bis zu 3,7 Billionen US-Dollar für die Weltwirtschaft schaffen. Diese Technologien ermöglichen den Entwurf, die individuelle Gestaltung, die Herstellung und die Lieferung von Waren und Dienstleistungen an Verbraucher zu dem von ihnen gewünschten Zeitpunkt und in der von ihnen bevorzugten Verbrauchsform. Die zunehmende Automatisierung wird höhere Qualifikationen erfordern, was zu höheren Löhnen führen wird. Gering qualifizierte Arbeitnehmer könnten jedoch durch Maschinen verdrängt werden, was zu Arbeitsproblemen und zunehmenden sozialen Spannungen führen würde.

Diese Technologien erhöhen zudem das Risiko, dass böswillige Akteure das Geschäft stören. So haben beispielsweise im Jahr 2021 hochkarätige Ransomware-Angriffe auf Colonial Pipeline Company und JBS Foods Versorgungsschocks für Benzin und Lebensmittel erzeugt, die bestimmte Sektoren der US-Bevölkerung beeinflussten. Es ist also kein Wunder, dass Datensicherheit ein zentrales Anliegen ist, um einen sicheren und effizienten Handel zu gewährleisten.

Für die Behörden haben mobile Plattformen und die Internettechnologie bereits mehr Transparenz, Sichtbarkeit und die sofortige Kommunikation mit der Bevölkerung ermöglicht. Aber auch herkömmliche Formen der staatlichen Kontrolle können durch diese Technologien umgangen werden, da sich Gruppen selbst organisieren und außerhalb der üblichen Kommunikationskanäle kommunizieren können. Ereignisse und Szenarien entwickeln sich heute mit einer Geschwindigkeit, die unmittelbare Reaktionen in der Bevölkerung hervorrufen kann. Dies erfordert von den Verantwortlichen in den Regierungen eine größere Flexibilität bei der Entscheidungsfindung und der Politikgestaltung.

Industrie 4.0 – Technologien

Zur Verwirklichung der vierten industriellen Revolution stehen neue Technologien zur Verfügung, die sich wie folgt gruppieren lassen: (a) das Internet of Things (b) On-Demand-Computing (c) Cognitive Computing (d) Cyber-physische Systeme und (e) Datenanalysen.

Das Internet of Things

Video: IoT Asset Monitoring-Erfahrung (1:48)

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) beschreibt die physischen Objekte, in die Sensoren, Software und sogar Verarbeitungseinheiten eingebettet sind und die dann über Kabel oder kabellose Kommunikationstechnologien an Netzwerke angeschlossen werden. Durch die Kommunikation und den Austausch von Daten mit anderen Objekten oder Systemen über das Internet werden neue Technologien ermöglicht. Smart Home-Technologie kommt den Verbrauchern zugute, indem sie Haushaltsgeräte und -vorrichtungen kontinuierlich überwacht und steuert. Ein digitaler Zwilling, die digitale Repräsentation eines physischen Objekts, die immer mit Daten ihres physischen Gegenstücks aktualisiert wird, ermöglicht ein schnelleres Design-Prototyping und eine kontinuierliche Überwachung der Geräteleistung in Unternehmen.

On-Demand-Computing

On-Demand-Computing ist erforderlich, um die Datenlatenz zwischen Systemen, die miteinander interagieren müssen, zu verringern und einen einzigen digitalen roten Faden zu schaffen, um Geschäftsprozesse effizient zu orchestrieren. Cloud-Computing ist das häufigste Beispiel hierfür, aber eine verteilte Form des Computing, das sogenannte Edge Computing, ist für unternehmenskritische Systeme unerlässlich, um genügend Rechenleistung in der Nähe der auszuführenden Arbeit zu haben und eine Latenzzeit von nahezu Null zu erreichen.

Cognitive Computing

Cognitive Computing umfasst künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen und Computer-Vision-Anwendungen. Es ist Computing, das menschliche Gehirnfunktionen imitiert und die Entscheidungsfindung verbessert. Autonome Fahrzeuge existieren zwar schon seit Jahren als Prototypen, doch wir beginnen nun, auch immer mehr Autonomie in unseren täglichen Pendlerfahrzeugen zu sehen, wie z. B. bei automatisierten Parksystemen. Gerätewartungsplattformen mit KI/ML-Funktionen wenden Data-Science-Algorithmen und historische Daten an, um Empfehlungen zu generieren, die präventive Wartungsintervalle optimieren und dadurch Kosten senken.


Cyber-physische Systeme

Cyber-physische Systeme sind mechanische Systeme, die von computerbasierten Algorithmen gesteuert werden. Die Robotik ist heute in der modernen Fertigung und Logistik weit verbreitet. Die generative Fertigung, allgemein bekannt als 3-D-Druck, ermöglicht die individuelle Anpassung, schnelles Prototyping und die Massenproduktion von kompliziert geformten Teilen.

Datenanalyse

Datenanalysen transformieren Rohdaten in verwertbare Erkenntnisse und Trends. Große Mengen an Echtzeitdaten werden durch eingebettete Sensoren und vernetzte Geräte generiert. Diese werden am besten in einem Data Lake gespeichert, einer Speicherarchitektur, die zum Speichern roher und strukturierter Daten entwickelt wurde. Eine weitere Datenspeicherungsarchitektur, die als Data Warehouse bezeichnet wird, kombiniert Daten aus verschiedenen Quellen, einschließlich des Data Lake, und ermöglicht so Datenvisualisierungen und -analysen für eine bessere Entscheidungsfindung.

Industrie 4.0 und die Fertigung

Das Fertigungsgewerbe ist wohl der Bereich, der am stärksten von industriellen Revolutionen betroffen ist. Mittlerweile ist sogar eine neue Terminologie entstanden, die Begriffe wie die intelligente Fertigung und die intelligente Fabrik umfasst. Um Verwirrung zu vermeiden, ist es hilfreich zu wissen, dass Smart Manufacturing (intelligente Fertigung) der Sammelbegriff ist, der sich auf die Bemühungen um die Modernisierung industrieller Verfahren durch intelligentere Geräte, Anlagen, Produkte, Daten und Prozesse bezieht. Der Begriff umfasst die parallelen Konzepte der Industrie 4.0 und Smart Factory (intelligente Fabrik). In intelligenten Fabriken wird die Produktionsumgebung mit minimalem menschlichen Eingriff unter Verwendung neuer industrieller Fertigungstechnologien wie IoT, Robotik und generativer Fertigung ausgeführt.

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Eine weitere Quelle der Verwirrung bei der Einführung der Industrie 4.0 ist die zu große Auswahl an Technologien. Angesichts des rasanten Wandels ist es für die Hersteller heute schwierig, die Geschäftsmöglichkeiten, die diese Technologien bieten, zu verstehen und zu erkennen. Es ist wichtig, in neue Technologien zu investieren, um einen Markt zu verändern, und nicht nur, um das eigene Unternehmen vor Veränderungen zu schützen. Leider geht der Trend in die entgegengesetzte Richtung: 72 % der in einer Studie befragten Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes gaben an, dass sie in neue Technologien investieren, um ihr Unternehmen vor Veränderungen zu schützen, gegenüber 28 %, die in neue Technologien investieren, um den Markt zu verändern. (Quelle: Punit Renjen, "Success personified in the Fourth Industrial Revolution", Deloitte Insights, 19. Januar 2019).

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Industrie 4.0 und Oracle

Eines ist klar: Die Industrie 4.0 erfordert neue Software. Von den lokalen Programmen zur Ausführung von Sensoren bis hin zu Fertigungsausführungssystemen, die Ressourcen über mehrere Produktionslinien hinweg überwachen und koordinieren – All diese neuen Technologien benötigen eine neue Art von IT-Architektur. Die Integration mit Enterprise Resource Planning und anderer Supply Chain Management-(SCM-)Software stellt sicher, dass Produktdesigns methodisch hergestellt werden, wobei die richtigen Materialien und Ressourcen in mehreren Fabriken verwendet werden, was zu qualitativ hochwertigen Produkten und verbesserten Gewinnspannen führt.

Oracle verfügt über das größte Angebot an Technologielösungen, die die Produktinnovation sowie den Kunden- und Außendienst verbessern, die intelligente Fabrik ermöglichen und die gesamte Wertschöpfungskette transparenter gestalten. Ein vernetzter digitaler Faden speist dabei die Nutzung und das Feedback der Kunden in die Product Lifecycle Management-(PLM-)Anwendung ein, um die Qualität der Produkte zu verbessern und die Produktentwicklungszyklen zu verkürzen. Eingebaute Sensoren und Blockchain-Technologie ermöglichen die Sichtbarkeit und Kontrolle von Waren und Dienstleistungen über die vier Wände der Fabrik hinaus in der gesamte Wertschöpfungskette. Mit IoT-Cloud-Software zur Produktionsüberwachung können Hersteller Instandhaltungsanforderungen vorhersagen, Ausfallzeiten reduzieren, Qualitätsprobleme analysieren und Vorgänge sowohl auf Werks- als auch auf Unternehmensebene verwalten. Diese integrierten, einsatzbereiten Lösungen bieten eine Single Source of Truth, ermöglichen schnelle Implementierungen und beschleunigen die Amortisierungszeit.

Unternehmen und Regierungen müssen sich der massiven Veränderungen bewusst sein, die die Industrie 4.0 mit sich bringt, und sich darauf vorbereiten. Es ist wichtig, die Industrie 4.0 nicht nur zu nutzen, um Risiken zu mindern, sondern alle Chancen zu ergreifen, die diese neue Revolution bietet. Unternehmen, die sich der Industrie 4.0 verschrieben haben, können sich auf eine höhere Produktivität, weniger Verschwendung und die Möglichkeit, nachhaltigere Produktionsprozesse zu schaffen, freuen.