10. Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution und beschreibt einen grundlegenden Paradigmenwechsel. Dieser wird charakterisiert durch Digitalisierung, Automatisierung, sowie Vernetzung aller an der Wertschöpfungskette beteiligten Akteure und wirkt sich auf Prozesse, Produkte und Geschäftsmodelle aus.

Industrie 4.0 soll zu einer höheren Produktindividualisierung, steigende Effizienz und Flexibilität der Produktion, sowie einer stärkeren Einbindung von externen Akteuren in den Wertschöpfungsprozess führen.

Ein cyberphysisches System (CPS) ist ein physikalisches Objekt, welches mit einem eingebetteten System (IoT-Modul) ausgestattet ist und dadurch mit der Systemumgebung interagieren kann. Das eingebettete System setzt sich aus einem Prozessor, Sensoren, Aktoren und einer Kommunikationsschnittstelle zusammen. Ein CPS kann selbständig Entscheidungen treffen und dadurch vorgegebene Aufgaben erfüllen

Mögliche Beispiele sind:

• Fahrerlose Transport-/Fördersysteme

• Fertigungsanlagen

• Mit IoT-Modulen ausgestatte Produkte

RAMI 4.0 steht für Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0. Es vereint die zentralen Aspekte von Industrie 4.0 in einer dreidimensionalen Landkarte, bestehend aus den drei Dimensionen „Lebenszyklus & Wertschöpfung“, „Hierarchie“ und „Architektur“.

RAMI 4.0 wurde entworfen, um ein einheitliches Verständnis unter den Akteuren von Industrie 4.0 zu schaffen. Es dient dazu Überschneidung, sowie Lücken existierender Standards und Normen aufzuzeigen, sodass sich deren Anzahl minimiert. Es erlaubt die Formulierung übergeordneter Regeln für Industrie 4.0 und standardisiert die Kommunikation.

Mehrere Lösungen möglich:

Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) sind Technologien mit denen große Datenmengen in Echtzeit ausgewertet werden können. Dadurch lassen entscheidungsrelevante Informationen generieren. Ein Anwendungsfall ist die Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette.

Augmented Reality (AR) ist die Technologie, welche die reale Welt mit virtuellen Inhalten anreichert (erweitere Realität). Dies wird ermöglicht durch smarte Brillen und mobile Endgeräte. Als Anwendungsszenarien sind Anleitungen und Schulung von Mitarbeitern vorstellbar.

Als „Digitaler Zwilling“ wird eine digitale Kopie bzw. Simulation eines Ausschnittes aus der Realität verstanden. Es simuliert das Verhalten von Systemen, Prozessen, Produkten und Maschinen. Eine Anwendungsfall ist die präventive Identifikation von Produktionsproblemen.

Chancen

• Bietet die Möglichkeit einer besseren Produktindividualisierung und dadurch einen erweiterten Kundenkreis

• Durch intelligente Technologien lassen sich Prozesse besser überwachen, wodurch sich die Prozess- und Produktqualität erhöhen kann

• Industrie 4.0 erlaubt einen sparsameren Umgang mit Ressourcen z.B. durch ein intelligentes Start-Stop-System um den Energieverbrauche zu minimieren.

• Mit Hilfe des schnelleren Datentransfers in Industrie 4.0 kann eine höhere Flexibilität erreicht werden, da Produktentwicklungszeiten verkürzt werden. Außerdem kann schneller auf unterschiedliche Situationen reagiert werden.

  
  

  Herausforderungen

• Industrie 4.0 geht mit sehr hohen Investitionskosten einher, die nicht von jedem Unternehmen getragen werden können.

• Es wird eine gut ausgebaute Internetverbindung benötigt, die gerade im ländlichen Raum nicht immer gegeben ist.

• Das Thema Datenschutz -und Daten stellt eine große Herausforderung dar. Mit verstärktem Einsatz von IT und der stetigen Weiterentwicklung der IT-Anwendungen steigt das Risiko für Sicherheitslücken und damit für Hackerangriffe.

• Industrie 4.0 verursacht neue und komplexe rechtliche Herausforderungen für Unternehmen. Die begleitenden Rechtsfragen in den Bereichen Haftungsrecht, Datenschutzrecht und IT-Sicherheitsrecht können für viele Unternehmen abschreckend wirken. Sollte das rechtliche Risiko unkontrollierbar sein, wäre dies ein entscheidender Faktor gegen die Umsetzung von Industrie 4.0 Technologien

• traditionelle Verfahren: Abtragen von Material

• additives Verfahren: additives schichtweises auftragen von Material

Die Herausforderung liegt darin in einem komplexen Gesamtsystem eine Zuverlässigkeit zu erreichen. Maßnahmen dies zu erreichen, liegt darin eine Modularisierung von Anlagen herzustellen, wodurch du einen Ausfall eines Moduls andere Module nicht betroffen sind. Durch die Einführung von Redundanzen zwischen den Modulen können Ausfälle teilweise kompensiert werden. Präventive Maßnahmen liegen in Selbstdiagnose Möglichkeiten der Komponenten.

Es müssen nur ca. 10-20% der Investitionskosten benötigt im Vergleich zu ähnlich leistungsfähigen Automatisierungsmöglichkeiten, da es sich um jegliche Möglichkeiten handelt, welche innerhalb einer herkömmlichen Betriebswerkstatt einfach umgesetzt werden können.

1. Fehlerhafte Zustände sollen direkt erkannt werden

2. Schnelles konkretisieren und umsetzen können

3. Günstig und simpel

4. Realisierung auch ohne Fachwissen soll möglich sein (Schlüsselkomponenten zukaufen)

5. Die Lösung passt zum montierten/bearbeiteten Werkstück und ist praktisch anwendbar

6. Die Lösung kann mit eigenen Mitteln verändert werden (weiche Lösung)

• Ansätze der Low Cost Automation sind gut auf die Modellfabrik anwendbar. (niedriges Invest, einfache Umsetzung)

• Während Industrie 4.0 Technologien und Flexible Automation nur beschränkt anwendbar sind. (hohes Invest, komplexere Systeme)