Der Begriff Industrie 4.0 bedeutet die Vernetzung von Computern, die industrielle Prozesse steuern und über diese Vernetzung zusammenarbeiten können. Das Projekt ist keinesfalls bereits abgeschlossen, wesentliche erste Schritte haben viele Unternehmen aber bereits gesetzt. Die Technik für die Industrie 4.0 stützt sich auf künstliche Intelligenz, Netzwerktechnik, Sensoren und einiges mehr. Die Kombination dieser Elemente ist aber viel mehr als die Summe ihrer Teile.
Inhalt
Herkunft und Ziele der Industrie 4.0
Die erste industrielle Revolution oder Industrie 1.0 bestand aus den Auswirkungen der Einführung der Dampfmaschine. In der zweiten waren die Schlüsseltechnologien elektrischer Strom und das Fließband, während die dritte industrielle Revolution sich auf computergesteuerte, aber noch isolierte Maschinen abstützte. Das Ziel der Industrie 4.0 ist es, die gesamte Wertschöpfungskette um umfassen und zu optimieren. Angestrebte Effekte sind eine höhere Effizienz im Hinblick auf die Kosten, die Produktionszeit, den Materialverbrauch und den Personaleinsatz. Des Weiteren ermöglicht die viel feinere Steuerung einer Produktion in der Industrie 4.0 ein individuelleres Eingehen auf Kundenwünsche. Auch eine Fabrik kann so genau angepasste Güter in kleinerer Stückzahl herstellen.
Technische Grundlagen der Industrie 4.0
Computertechnik: Die Prozessoren zur Steuerung von Maschinen wurden in den letzten
Jahrzehnten immer weiter verkleinert. Es gibt heute also sehr kleine, billige und trotzdem leistungsfähige Rechner, die verschiedenste Geräte steuern können.
Sensoren: Auch sie sind heute wesentlich leistungsfähiger, kleiner und billiger als vor zwei Jahrzehnten. In ihrer Gesamtheit können sie die Datenlage in einem Industriebetrieb
sehr genau abbilden. Schon in diesem Punkt sticht die Kombination zwischen leistungsfähigen, kleinen Computern und Sensoren als ein offensichtlicher Vorteil ins Auge.
Netzwerktechnik: Um die Daten von Sensoren für eine Verarbeitung verfügbar zu machen, sind Verbindungen nötig. In vielen Fällen müssen diese Verbindungen drahtlos
sein, denn eine Verkabelung wäre oft zu aufwendig oder bei bewegten Teilen gar nicht möglich. In dieser Technologie ist eine Standardisierung wesentlich. So kann man ein Gerät eines beliebigen Herstellers ans Netz anschließen. Früher waren diese Verbindungen entweder gar nicht vorgesehen oder jeder Hersteller verwendete sein eigenes Protokoll dafür. So waren nur Verbindungen möglich, die der Hersteller ausdrücklich vorgesehen hatte. Industrie 4.0 steht im Gegensatz dazu zu einer allgemeinen und einfachen Vernetzbarkeit aller dafür interessanter Geräte.
Ein Beispiel für diese Standards und ihre Umsetzung sind NFC oder Near Field Communication und RFID oder Radio Frequency Identification. Wie schon die Bezeichnungen erkennen lassen, handelt es sich um Sender und Empfänger, die auf kurze Distanz drahtlos senden und empfangen können. Da sie auch sehr klein und kostengünstig sind, kann man sehr viele, auch billige Teile, mit solchen Elementen ausrüsten. Damit ist ihre Position jederzeit exakt bekannt. Allgemeiner ist es das IoT ( Internet of Things), das diese Funktionalität abbilden kann. Auch kleine Geräte können mit dieser Technologie mit dem Netzwerk in Verbindung treten und mit beliebigen anderen Geräten Daten austauschen. In diesem Fall kann man alle Geräte über den Internet-Protokollstack ansprechen. Lesen Sie hier alles zum IoT.
Künstliche Intelligenz:
Diese auch mit der englischen Abkürzung AI bezeichnete Technologie hat zwar schon Beeindruckendes geleistet, ist aber noch lange nicht am Ende ihrer Möglichkeiten. Unter AI versteht man den Einsatz von Computern zur Lösung von Aufgaben, die Lernfähigkeit und Reagieren auf neue Situationen erfordern. In ihrem Aufgabenbereich sollen solche Computer also ähnlich arbeiten können wie, das ein Mensch in dieser Lage tun würde. Im Bereich der Industrie 4.0 ist AI eine Art Klammer, die das ganz System zusammenhält.
Herausforderungen für die Industrie 4.0
- Standards: Die Entwicklung in diese Richtung ist schon soweit fortgeschritten, dass für viele Verbindungen Standards existieren. Das ist aber noch nicht in allen Fällen so und in anderen gibt es immer noch mehrere Standards, von denen sich einer durchsetzen muss.
- Datensicherheit: Dieser Punkt ist wichtig und erfährt oft zu wenig Beachtung. Zu diesem Bereich gehört die sichere Handhabung von Daten wie etwa diejenigen von Kunden. Richtig eingesetzte Datensicherheit verhindert, dass diese in falsche Hände gelangen. Mindestens so wesentlich ist der Schutz des gesamten Systems vor Angriffen. Ist auch nur ein Gerät in einem Industriebetrieb mit dem Internet verbunden, besteht für die gesamte Anlage das Risiko eines Angriffs. Je umfangreicher die Möglichkeiten zur Steuerung in dieser Anlage sind, umso größer ist auch der von einem möglichen Angreifer angerichtete Schaden.
- Komplexität: Ganz allgemein ist schon seit mindestens zwei Jahrzehnten das Hauptproblem in der Computertechnik nicht die begrenzten Ressourcen an Rechenleistung oder Speicherplatz, sondern die Beherrschung der Komplexität der Computersysteme. Das gilt natürlich besonders für ein umfangreiches Netzwerk von Sensoren und Steuerungen. Viele Prozesse in einer industriellen Anlage sind nichtlinear und daraus ergibt sich schon für eine kleinere Anlage eine enorme Zahl von Zuständen, die diese Anlage einnehmen kann. Es stellt sich immer die Frage, wie sich das Verhalten einer Anlage der Industrie 4.0 vorhersehen lässt.
Wie wird das Projekt Industrie 4.0 im Ausland gesehen?
Nicht nur wurde der Begriff Industrie 4.0 in Deutschland geprägt und im Jahr 2011 öffentlich präsentiert, der Begriff bezeichnet neben der Technologie selbst auch eine Forschungsplattform der deutschen Bundesregierung. Nachdem die produzierende Industrie ein wesentlicher Wirtschaftsfaktor für die Bundesrepublik ist, lag diese Initiative zur systematischen Unterstützung dieser Transformation nahe. Vergleichbare Ansätze gibt es aber auch im Ausland. Südkorea besitzt bereits Smart Factories und China hat diese Technologie als eine der Schlüsseltechnologien für seinen Aufstieg in den Kreis der entwickelten Länder identifiziert. An und mit dieser Technologie wird in praktisch jedem industrialisierten Land gearbeitet und zwar einfach aus einer Notwendigkeit heraus. In Fabriken ohne die Technologie der Industrie 4.0 werden Unternehmen in Zukunft kaum konkurrenzfähig produzieren können.