Industrie 4.0: Die Zukunft hat bereits begonnen

Industrie 4.0: Die Zukunft hat bereits begonnen

Die allgegenwärtige Vernetzung von Personen, Dingen und Maschinen wird ganz neue Produktionsumgebungen hervorbringen, so eine Vision der Fertigung der Zukunft. In Deutschland arbeiten Industrie, Forschung und Politik unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ an der Umsetzung dieser Vision.

Der Weg in die Zukunft hat bereits begonnen. Um die industrielle Wertschöpfung zu steigern, arbeitet die Industrie mit Hochdruck daran, die nächste Stufe der industriellen Fertigung zu verwirklichen. In Deutschland geschieht dies unter der Überschrift „Industrie 4.0“. In anderen europäischen Ländern, in den USA, in China und vielen anderen Ländern gibt es ähnliche Initiativen, um der jeweils maßgeschneiderten „Zukunft der Industrie“ den Weg zu ebnen. Bei Industrie 4.0 geht es um Produktionsvorteile durch eine vernetzte, flexible und sich dynamisch organisierende Fertigung für im höchsten Maße individualisierbare Produkte. Damit soll in den nächsten 15 bis 20 Jahren ein Paradigmenwechsel einhergehen, der dann durchaus als die vierte industrielle Revolution bezeichnet werden kann. Das Endergebnis wird zwar aus heutiger Sicht revolutionär sein, doch letztlich handelt es sich um eine Vielzahl von evolutionären Entwicklungsschritten.

Die erste industrielle Revolution wurde durch die Einführung der Dampfmaschine und die Mechanisierung von Handarbeit im 18. Jahrhundert ausgelöst, die zweite durch die Massenfertigung – erst durch Elektrifizierung ermöglicht – zu Beginn des 20. Jahrhunderts, die dritte durch den Einsatz von Elektronik und Computertechnik zur Fertigungs- und Produktionsautomatisierung in den vergangenen Jahrzehnten. Jetzt werden die Digitalisierung der kompletten Wertschöpfungskette und der durchgängige Zugriff auf Informationen in Form von virtuellen Modellen, Daten und Wissen überall und zu jeder Zeit erneut die Spielregeln vieler Branchen verändern.

Deutschland will bei der Modernisierung der Produktion die Nase vorn haben: Nach Ansicht von Politik und Wirtschaft sind die Voraussetzungen ideal, um deutsche Unternehmen als Leitanbieter für „Cyber physical Systems“ (CPS) zu entwickeln. Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, acatech, rechnet damit, dass die neuen Fertigungsverfahren zu einer Produktivitätssteigerung der Industrie von 30 Prozent führen werden. Sie weist auch darauf hin, dass CPS nicht nur das Feld der Produktion, sondern auch das der Mobilität und der Medizinversorgung revolutionieren werden. Letztlich steht die Entwicklung für eine massive Ausweitung der Automatisierung, die smarter sein wird, als wir es heute selbst von modernen Produktionsanlagen wie beispielsweise in der Automobilindustrie kennen. So rechnen die Marktforscher von IHS Technology, dass der weltweite Umsatz mit Industrieautomation von 170 Milliarden US-Dollar in 2013 bis 2016 auf 209,4 Milliarden US-Dollar ansteigen wird. In Deutschland ist der Anteil der industriellen Wertschöpfung an der gesamten Wirtschaftsleistung mehr als doppelt so hoch wie etwa in Großbritannien, Frankreich oder den USA.

Produktionsprozesse müssen auch in Zukunft gemanagt werden

Wie die smarte Fabrik der Zukunft im Detail aussehen wird, kann heute noch niemand sagen. Bereits heute sind in modernen, automatisierten Fabriken Bauteile, Werkzeuge und Transportcontainer, Maschinen und Fördereinrichtungen mit Sensoren und Kommunikationssystemen ausgestattet, die in jeder Sekunde Tausende von Daten untereinander austauschen und auswerten, um schnell und effizient Massengüter herzustellen. Während einige Protagonisten glauben, dass sich Maschinen in smarten Fabriken der Zukunft weitgehend selbst organisieren, Lieferketten sich automatisch zusammenstellen, und Aufträge direkt in Fertigungsinformationen umgewandelt und in den Produktionsprozess münden, gehen die Strategen bei Siemens davon aus, dass es auch in fernerer Zukunft ein übergeordnetes Produktionsmanagementsystem geben muss. „Auch wenn Anlagen und Maschinen eines Tages sich sehr viel selbständiger organisieren können, müssen Produktionsprozesse dennoch übergeordnet gemanagt werden, um z. B. Kosten-, Zeit- und Umweltziele vorgeben zu können.“, erklärt Prof. Dr.-Ing- Dieter Wegener, der bei Siemens das Industrie 4.0-Office leitet.

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Jetzt sind erst einmal die Forscher gefragt: Im Juli 2014 hat Siemens einen Forschungsverbund mit der Technischen Universität München (TUM), der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) und dem Fraunhofer Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit gegründet. Ziel dieses Campus‘ „Automatisierung und Digitalisierung“ ist es, neue Technologien für Automatisierung, Internet der Dinge, Cloud-Lösungen, IT-Sicherheit und Smart Data zu entwickeln.

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„Die USA sind das Land des Internets, aber wir sind die stärksten Automatisierer und haben die beste Maschinenbau-Landschaft“, erklärt Wolfgang Heuring, Leiter der Konzernforschung bei Siemens. Jetzt geht es darum, wer am besten mit den Unmengen von Daten umgehen kann, die in den Anlagen generiert werden und wer diese Anlagen am besten miteinander vernetzt.

Professor Jay Lee vom Cooperative Research Center on Intelligent Maintenance Systems (IMS-Center) an der University von Cincinnati weist darauf hin, dass je nach Stand der Industrialisierung die Unternehmen in den westlichen Volkwirtschaften unterschiedlich vorgehen, um die Fertigung der Zukunft umzusetzen: In Deutschland gehen die großen und mittelständischen Unternehmen von den Produktionsprozessen aus, die in Zukunft immer stärker vernetzt werden. Sie bedienen sich neuer Automatisierungslösungen, um ihre Produktivität zu steigern und international wettbewerbsfähig zu halten. Dagegen haben die USA und viele andere westlichen Industrieländer in den vergangenen Jahrzehnten Produktionskapazitäten abgebaut und beginnen jetzt, sie wieder aufzubauen. Hier sind vor allem die großen IT-Unternehmen die Treiber der Entwicklung, Produktionsprozesse stärker miteinander zu vernetzen.

„Siemens ist derzeit das einzige Unternehmen weltweit, das die reale und virtuelle Fertigungswelt unter einem Dach miteinander verbindet“, erklärt Thomas Hahn, Leiter der Softwareentwicklung bei der zentralen Konzernforschung. Mit neuesten Forschungsergebnissen werde die Digitalisierung der Unternehmen Stück für Stück vorangebracht, Standards gesetzt und dem Industriestandort Deutschland so weiterhin ein Spitzenplatz gesichert.

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