Industrie 4.0 E-Book

• Herausgeber: imc information multimedia communication
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 82

Veröffentlichungsjahr: 2013

Beschreibung

Die erste industrielle Revolution begann mit der Erfindung der maschinellen Produktion. Die zweite Welle war die Entwicklung der Massenproduktion. In der dritten Welle hat die Elektronik und Automatisierung Einzug in die Fabriken erhalten. Jetzt stehen wir vor der vierten industriellen Revolution: Internettechnologien ermöglichen neue Konzepte und Verfahren. Vielfach wird deshalb von „Industrie 4.0“ gesprochen. Die zu produzierenden Produkte kommunizieren künftig mit den Produktionsanlagen direkt, also mit den Maschinen, von denen sie bearbeitet und verarbeitet werden. Roboter arbeiten mit Menschen Hand in Hand. Die Planung und Steuerung der Fertigungssysteme und –prozesse erfolgt parallel im Web und in der realen Welt. Aus diesem Zusammenspiel von Internet und Dingen entstehen spannende neue Produktwelten und Geschäftsmodelle. In der Konsequenz werden auch die Produktions- und Fertigungsprozesse neu gedacht. In dem vorliegenden eBook berichten hochkarätige Wissenschaftler, Forscher, Praktiker und Mitglieder der deutschen Akademie für Technikwissenschaften sowie Mitglieder von Gewerkschaftlen über ihre Visionen zur Industrie 4.0, Trends und zu erwartenden Auswirkungen auf Mensch und Gesellschaft.

Leseprobe

Industrie 4.0 – Wie sehen Produktionsprozesse im Jahr 2020 aus?

Herausgegeben von

August-Wilhelm Scheer

Mit Beiträgen von und mit

Wolfgang Dorst   Thomas Feld   Stefan Gerlach   Moritz Hämmerle   Michael Hoffmann   Henning Kagermann   Tobias Krause Constanze Kurz   August-Wilhelm Scheer   Josef Schindler    ochen Schlick   Sebastian Schlund   Ralf Schmidt   Frank Simon   Dieter Spath   Peter Stephan   Wolfgang Wahlster   Detlef Zühlke

Die eBook Reihe des IMC Verlags als ergänzendes Medium zur renommierten Fachzeitschrift IM Information Management und Consulting veröffentlicht wissenschaftlich Fachartikel mit Praxisbezug zu aktuellen Trendthemen der dynamischen IT-Branche. Dabei kommen hochkarätige Autoren aus Industrie und Forschung zu Wort.

Vorwort

Vorwort

Von der Massenproduktion zur individuellen Serie

Prof. Dr. Dr. h.c. mult. August-Wilhelm Scheer

Die drei großen industriellen Revolutionen der Vergangenheit wurden alle von technischen Innovationen ausgelöst: Sowohl die Erfindung der Dampfmaschine um 1800, die Fließbandproduktion um 1900 als auch der Einzug der (Personal-)Computer in Unternehmen in den 70‘ern haben zu neuen Fertigungsmöglichkeiten und damit zur Schaffung neuer Produkte geführt.

Stehen wir jetzt vor der vierten industriellen Revolution? So wie es aussieht: ja! Diesmal allerdings ausgelöst durch das Internet. Die physische Welt, die uns umgibt, wird immer enger mit der virtuellen Realität verknüpft. Im „Internet der Dinge“ können wir uns parallel im Web und in der realen Welt bewegen. Produkte, Umgebungen und Veranstaltungen werden in unterschiedlicher Ausprägung gleichzeitig physisch und virtuell erlebt sowie beeinflusst.

Aus diesem Zusammenspiel von Internet und Dingen entstehen spannende neue Produktwelten und Geschäftsmodelle. In der Konsequenz müssen auch die Produktions- und Fertigungsprozesse neu gedacht werden. Wir beobachten immer öfter, wie durch flexible Fertigungsprozesse Produkte entstehen, die so smart sind, dass sie erst im Prozess der Nutzung vom Endanwender ihre endgültige Ausprägung bekommen. Software verbindet dynamisch unterschiedliche Dienstleistungen und Rohwaren mehrerer Unternehmen, die Produkte passen sich in Echtzeit an aktuelle Bedarfe und ihre Nutzer an. So können individualisierte Massenprodukte über das Internet angeboten werden, deren Fertigung zwar standardisiert ist, die in ihrer konkreten Ausarbeitung aber als Unikate angesehen werden können.

Diese Revolution betrifft Deutschland im Besonderen, denn hier ist der Maschinenbau stark, hier werden Premiumprodukte wie in keinem anderen Land der Welt geschaffen und hier ist Software inzwischen Innovationstreiber Nr. 1. Kein Wunder, dass die Forschung in Deutschland in diesem Bereich ganz vorne ist. In gewisser Weise lebt der CIM Gedanke wieder auf und bekommt einen neuen Schub. Maschinenbauer verbinden sich (wieder) stärker mit (Wirtschafts-)Informatikern und erproben neue industrielle Prozesse. Deutschland hat hier die Chance, weltweit führend zu bleiben. Ich hoffe, wir halten dieses Zepter weiter in der Hand. Ich hoffe auch, dass Politik und Unternehmen diese Chancen früh gleichermaßen erkennen. Erste Erfolge auf Ebene der Bundespolitik sind in der gleichnamigen Initiative „Industrie 4.0“ angestoßen und werden hoffentlich langfristig angedacht.

Den Autoren dieses eBooks danke ich an dieser Stelle herzlich für Ihre Mitarbeit.

Ihr

August-Wilhelm Scheer

Industrierevolution 4.0 ist mit weitreichenden organisatorischen Konsequenzen verbunden!

(Bildnachweis: Fotolia)

Industrierevolution 4.0 ist mit weitreichenden organisatorischen Konsequenzen verbunden!

Eine Bestandsaufnahme von Prof. Dr. Dr. h.c. mult. August-Wilhelm Scheer

Revolutionen werden normalerweise nicht von Etablierten durchgeführt, sondern von den Trägern neuer Ideen, die gerade die Etablierten stürzen wollen. Übertragen würde dieses bedeuten, dass neue industrielle Unternehmen die Platzhirsche verdrängen möchten. Die gegenwärtigen Marktführer sind deshalb aufgerufen, die neuen Ideen zu analysieren und auf ihre Durchsetzungskraft zu prüfen. Bei Industrie 4.0 verbünden sich zurzeit etablierte Industrieunternehmen mit der Forschung und start-up Unternehmen, um die neue Ideen aufzunehmen und weiterzutreiben.

Kennzeichen für Innovationen ist, dass mit etablierten Regeln gebrochen wird. Überkommenes wird infrage gestellt und durch völlig Neues ersetzt. Was könnte dieses bei Industrie 4.0 sein? Einige Regelbrüche möchte ich ohne Anspruch auf Vollständigkeit andeuten.

1.Anstelle starrer Zuordnung von Produktionsanlagen zu Produkten werden flexible Rekonfigurationsmöglichkeiten der Produktionsanlagen geschaffenWerke werden nicht mehr für bestimmte Produktionstypen gebaut, sondern es werden bestimmte Produktionstechnologien zur Verfügung gestellt, die nahezu beliebig auf unterschiedliche Produkte in kurzer Zeit umgerüstet werden können.

2.Industriebetriebe werden mehr zu DienstleisternAls Folge der flexiblen Rekonfiguration können Industriebetriebe ihre Produktionstechnologien einem offenen Markt anbieten, der diese dann für die Produktion neuer Produkte, oder auch um Kapazitäten auszugleichen, kurzfristig nutzen kann. Ein Beispiel ist bereits die Produktion der Apple Produkte, etwa des iPhones. Das Unternehmen Apple besitzt keine eigenen Produktionswerke. Es führt die Forschungs- und Entwicklungsprozesse im eigenen Haus durch, um dann die Produkte in Asien durch den Zukauf von Komponenten aus unterschiedlichen Quellen zusammensetzen zu lassen.

3.Es entstehen neue Unternehmenstypen in Form von MaklernUm die Verbindung zwischen der Entwicklung von Produkten und der davon getrennten Produktion möglichst effizient durchzuführen, können neue Unternehmen entstehen, die über Plattformen den Bedarf an Produktionskapazitäten und das Angebot miteinander verknüpfen. Hier bietet das Internet mit seiner offenen Struktur Möglichkeiten, auch in Verbindung mit Logistikdienstleistern, global neue Produktionsstrukturen zu eröffnen.

4.Selbststeuerung anstelle von hierarchischen ­PlanungssystemenAutonome Produktionsanlagen in Verbindung mit intelligenten Werkstücken können zu einer weitgehenden Selbststeuerung von Produktionen führen. Wird den Werkstücken über Chip-Technologien ihr Arbeitsplan mitgegeben, so können sie sich praktisch selbstständig den Weg durch die Produktion suchen. Dieses Vorgehen setzt den bereits bestehenden Weg einer Dezentralisierung der Produktion in extremer Weise fort. Der Weg reicht von zentral gesteuerten Werkstätten und Fließbandanlagen über flexible Fertigungs- und Leitstandsysteme nun bis hinunter zu den einzelnen Produktionsanlagen.

5.Die Produktentwicklung wird Herr der ProduktdatenGegenwärtig werden die Daten zur Beschreibung von Produkten in Form von Arbeitsplänen und Stücklisten von Produktionsplanungssystemen verwaltet. Diese sind Teil der mehr betriebswirtschaftlich orientierten PPS Systeme. Da die Produktdaten aber bei der Produktentwicklung entstehen, wird durch Konzepte des Product Lifecycle Managements (PLM), bis hin zu einem den Lebenszyklus eines Produktes übergreifenden Produktgedächtnis, nun die Zuständigkeit geändert. Produktdaten sind nicht mehr Beiwerk der Planungsfunktionen, sondern eine zentrale Ressource, an die auch Planungsfunktionen angedockt werden können. Damit bahnt sich eine kleine Revolution innerhalb der IT-Systeme zur Produktionsplanung und -steuerung an.

Diese Aufzählung soll zeigen, dass Industrie 4.0 nicht nur eine technische Herausforderung oder nur ein IT-Problem darstellt. Industrie 4.0 ist mit weitreichenden organisatorischen Konsequenzen verbunden und eröffnet Möglichkeiten für neue Businessmodelle und neue Unternehmenskonzeptionen. Es kann also gar nicht weit genug gedacht werden, um den revolutionären Ideen zum Erfolg zu verhelfen.

Die vierte industrielle Revolution zeichnet sich ab!

Die vierte industrielle Revolution zeichnet sich ab!

Im Gespräch mit Professor Dr. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster

Smart Factories, Industrie 4.0, Internet der Dinge – all diese Begriffe begegnen uns derzeit als Buzz-Words der Digitalen Welt. Wir haben nachgefragt, bei Professor Dr. Wolfgang Wahlster, der mit der SmartFactory des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI), großes Interesse bei Forschung, Politik und Wirtschaft erfährt.

Prof. Wahlster, Sie haben mit dem DFKI zur Hannover Messe 2012 die cyber-physische Fabrik der Zukunft vorgestellt, eine sogenannte SmartFactory, wo Produkte ihre eigenen Produktionsprozesse regeln. Was genau muss man sich darunter vorstellen?

Die SmartFactory des DFKI in Kaiserslautern ist weltweit die erste herstellerübergreifende cyber-physische Produktionsanlage. Hier findet eine plattformneutrale Maschine-zu-Maschine-Kommunikation zwischen allen Produktionskomponenten statt, besser bekannt unter dem Kürzel M2M. Entstehende Produkte sind selbst aktive Systemkomponenten. Ein Mikro-Webserver, der etwa so groß ist wie zwei Zuckerwürfel, beschreibt für jeden Teil einer Fertigungsanlage den Dienst, den er einem Rohling für dessen weitere Produktion anbieten kann. Der Rohling führt alle Daten für seine Fertigstellung mit sich und holt sich die einzelnen Produktionsdienstleistungen in der Fabrikationsstraße selbst ab. In einer cyber-physischen Produktionsanlage kann etwa eine über ein Internetportal bestellte kundenindividuelle Müslimischung als leere Versandhülse, die mit allen Fertigungsdaten versehen ist, starten und an den verschiedenen Füllmaschinen für Hunderte von Zutaten vorbeifahren, um dann nach der spezifischen Rezeptur grammgenau und damit auch individuell befüllt zu werden. Besonders anschaulich ist in unserer SmartFactory in Kaiserslautern auch die Produktion eines individuellen Schlüsselfinders. Er startet als Rohling und kann dank eingebauter Intelligenz am Ende nicht nur den einen spezifischen Auto- oder Haustürschlüssel finden, auf den er programmiert ist, und warnen, wenn man sich zu weit von ihm entfernt, sondern erhält auf Wunsch auch noch die Gravur des Namens des Besitzers. Alle Informationen für das individuelle Produkt werden diesem mit auf den Weg gegeben. Wir stehen so vor einem klaren Paradigmenwechsel: Ein Produkt steuert seine Herstellung durch proaktive M2M Kommunikation selbst. Es wird zum Beobachter und Akteur durch eingebettete Sensorik und Aktuatorik. Im Ergebnis entscheidet das Produkt selbst über seinen Produktionsweg auf der Basis eigener und auch übergeordneter Prozessdaten, wie etwa der aktuellen Verfügbarkeit eines Produktionsschrittes. Im Kern geht es um das Internet der Dinge und das Internet der Dienste, die gemeinsam die Basis für die vierte industrielle Revolution darstellen.

Das vielgebrauchte Stichwort dazu ist Industrie 4.0. Was genau haben wir uns darunter vorzustellen?

Ende des 18. Jahrhunderts haben wir die erste industrielle Revolution durch die Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraft erlebt. Ihr folgte zu Beginn des 20. Jahrhunderts die zweite durch die Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion mit elektrischer Energie. Die dritte industrielle Revolution setzte mit Beginn der 70er Jahre des vergangenen Jahrhunderts durch die Verfügbarkeit von Elektronik und IT zur weiteren zentralen Steuerung der Automatisierung in der Produktion ein. Aktuell zeichnet sich mit dem Einsatz von cyber-physischen Systemen die vierte Welle ab. Das Internet der Dinge und der Dienste macht innovative dezentral gesteuerte Produktionsverfahren für kleine Losgrößen und eine sehr hohe Anzahl von Produktvarianten möglich. Ein aktives digitales Produktgedächtnis ebnet den Weg für intelligente und individualisierte Produkte. Produktdaten können auch zu einem späteren Zeitpunkt sogar noch vom Verbraucher ausgelesen werden. In der Zukunft wird z.B. der Kauf eines Gebrauchtwagens kein Vabanque-Spiel mehr sein, denn alle verwendeten Ersatzteile und erfolgte Reparaturen lassen sich einfach per Smartphone aus dem digitalen Produktgedächtnis des Fahrzeuges auslesen. Produktpiraterie wird kaum noch möglich sein, denn jedes Produkt trägt seine eigene Black Box in sich, sozusagen mit einem eigenen Fingerabdruck, der jeden Versuch einer Fälschung offensichtlich werden lässt.

Smarte Produktion (Bildnachweis: DFKI)

Die SmartFactory ist als Forschungs- und Demonstrationsplattform aufgebaut. Dafür brauchten Sie Industriepartner, die bereit sind, in Forschung zu investieren. Wie haben Sie diese gefunden und wer sind sie?