©WrightStudio - stock.adobe.com

Themen:

01 Wofür steht die Industrie 4.0 Produktion?
02 Produktion der Zukunft
03 Smarte Hersteller & Fabriken
04 Vernetzte Systeme
05 Weitere Artikel

Die Produktion in der Industrie ist nicht effizient genug – Industrie 4.0 Produktion als nächster Schritt?

Die Geschichte der industriellen Fertigung ist eine Erfolgsstory über mehr als 200 Jahre. Waren die ersten Neuentwicklungen noch langfristig und wurden in kleinen Schritten vollzogen, so hat die Dynamik der Veränderungen in den vergangenen Jahren rapide zugenommen. Dies sind die vier Epochen der bisher erfolgten industriellen Revolutionen:

1. Mechanisierung (erste Massenprodukte Anfang des 19. Jahrhunderts)

2. Elektrifizierung (Akkord und Fließband zu Beginn des 20. Jahrhunderts)

3. Automatisierung (Computer unterstützen die Produktion ab Anfang der 1970er-Jahre)

4. Digitalisierung und Vernetzung (Internet of Things (IoT) und digitale Kommunikation als aktueller Prozess der Evolution)

Definition künftiger Herausforderungen und deren Nutzen

Bei der Vernetzung von Maschinen, Menschen und Produkten mit digitaler Technik ist es entscheidend, eine insgesamt effiziente Einheit zu schaffen. Nur wenn es gelingt, die Abläufe in der Industrie 4.0 Produktion reibungslos mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie zu optimieren, wird Ihr Business auch in der Zukunft erfolgreich sein.

Damit Sie alle Ziele erreichen, sind diese Bereiche im Umfeld Ihres Unternehmens exakt zu analysieren:

• Modulare Produktionsstätten
• Flexible Produktionsabläufe
• Kundenorientierte Produkte und Lösungen
• Effiziente Logistik und intelligente Maschinen
• Nutzung von Informationen und Daten
• Perfekt geschulte Mitarbeitende
• Schonung von Ressourcen und Umweltschutz

Modulare Produktionsstätten

Die Produktion von Gütern an langen Fließbandanlagen ist ein Relikt vergangener Tage. Die moderne Industrie 4.0 Produktion ist an den Standorten aus flexiblen, vollautomatisierten Produktionslinien aufgebaut. Entsprechend geänderte Produktionsabläufe können mit diesen Produktionseinheiten ohne großen Aufwand durchgeführt werden, um neue Aufgaben zu bewältigen.

Dadurch ist es möglich, effizient kleine Stückzahlen herzustellen oder auf individuelle Kundenwünsche sofort zu reagieren. Diese modernen Produktionsstätten erhöhen die Produktivität Ihres Unternehmens und verbessern die Wirtschaftlichkeit.

Flexible Produktionsabläufe

In der Industrie 4.0 Produktion gibt es oft eine Lieferkette, bei der mehrere Unternehmen gemeinsam ein fertiges Endprodukt erstellen. Damit es zu keinen zeitlichen Verzögerungen kommt, müssen alle Beteiligten just in time ihren Beitrag leisten.

Digital vernetzte Systeme sind in der Lage, die einzelnen Arbeitsschritte exakt zu überprüfen und bei auftretenden Problemen sofort gegenzusteuern. Dadurch ist sichergestellt, dass es keine Verzögerungen bei der Herstellung gibt und der Maschinenpark immer optimal ausgelastet ist.

Kundenorientierte Produkte und Lösungen

Die Zyklen der Güterherstellung werden in der Industrie 4.0 Produktion nicht mehr ausschließlich vom Hersteller bestimmt. Kunden fordern flexible Lösungen, bei denen sie während der Produktion noch in den Herstellungsprozess eingreifen können. So ist es beispielsweise eine Option, die Produktion zu verändern, wenn ein Kunde ein selbst designtes Teil in das fertige Produkt mit eingearbeitet haben möchte.

Umgekehrt besteht mit den technischen Voraussetzungen der Industrie 4.0 Produktion die Möglichkeit für den Hersteller, Nutzungsdaten von bereits ausgelieferten Gütern zu erhalten. Mit den beim Kunden gemachten Erfahrungen liefern smarte Produkte digitale Signale an den Hersteller, um die Qualität der Waren zu verbessern.

Effiziente Logistik und intelligente Maschinen

Im Rahmen der Industrie 4.0 Produktion darf es keinen Stillstand in Ihrem Unternehmen geben. Die digitale Kommunikation einzelner Produktionseinheiten durch eine smarte Vernetzung sorgt für optimale Abläufe. Ideale Lieferwege innerhalb der Produktionshalle werden beispielsweise mittels Algorithmen selbstständig ermittelt.

Ihre Maschinen erkennen auftretende Probleme, rechtzeitig vor dem Stillstand und melden beispielsweise, dass neues Material für die weitere Produktion erforderlich ist.

Entscheidend ist, dass der Warenfluss innerhalb Ihres Business nicht unterbrochen wird und kein Leerlauf in der Produktion entsteht. Intelligente Systeme sind in der Lage, anstehende Wartungsarbeiten im Maschinenpark noch vor einem möglichen Ausfall zu erkennen und darauf entsprechend zu reagieren.

Nutzung von Informationen und Daten

Die Überwachung der Herstellung in Bezug auf Effektivität der Maschinenlaufzeiten und Qualität der Waren ist im Rahmen der Industrie 4.0 Produktion mit der Erfassung digitaler Daten gut möglich. Durch Analyse der während der Herstellung permanent gesammelten Daten ist die Wirtschaftlichkeit des Produktionsprozesses sofort erkennbar.

Als Ergebnis können Abläufe verändert werden oder es gibt Ansatzpunkte für neue Produkte für das Geschäftsmodell. Bei bereits ausgelieferten intelligenten Gütern können beispielsweise Sensoren dem Kunden anzeigen, wann Wartungsarbeiten erfolgen sollten, noch bevor das Produkt ausfällt.

Perfekt geschulte Mitarbeiter

Damit alle Produktionsabläufe in Ihrem Unternehmen reibungslos funktionieren, sind gut geschulte Mitarbeiter unverzichtbar. Arbeitsschritte im Rahmen der Industrie 4.0 Produktion sind oft komplex und erfordern ausgeprägtes technisches Verständnis auch in Bezug auf die digitalen Prozesse zwischen den einzelnen Maschinen. Es wird nicht mehr nur noch handwerkliches Geschick benötigt, sondern zusätzlich sind umfangreiche Kenntnisse der Kommunikationstechnologie und des Internet of Things (IoT) erforderlich.

Lohnt sich eine Investition in Maschinen und Anlagen für die Industrie 4.0 Produktion?

Bereits heute ist die Zusammenarbeit mit Lieferanten und Kunden ein wichtiger Faktor, um am Markt mit den eigenen Produkten bestehen zu können. Im Rahmen der Industrie 4.0 Produktion wird sich dieser Trend noch deutlich verstärken. Vertiefte Kooperationen mit Wertschöpfungspartnern sind der Schlüssel für ein erfolgreiches Business. Der permanent ansteigende Digitalisierungsgrad in der Produktion verlangt von allen Partnern Technik auf dem neuesten Stand.

Wenn Ihr Unternehmen nicht bereit ist, in Technologien zu investieren, die dem Standard der Industrie 4.0 Produktion entsprechen, kann es passieren, dass Sie bei Wertschöpfungspartnern in der Supply Chain für anspruchsvolle Produkte schnell den Anschluss verlieren.

Schonung von Ressourcen und Umweltschutz

Mit Blick auf den Klimawandel und die Schonung der Umwelt stehen Fragen der Nachhaltigkeit sowohl bei Kunden als auch den Herstellern weit oben auf der Agenda. So ist die Industrie 4.0 Produktion dazu aufgerufen, Ausgangsmaterialien zu wählen, die diesen Erfordernissen gerecht werden. Bereits beim Design von Produkten werden datengestützt Werte ermittelt, die den gesamten Lebenszyklus der Güter betrachten. So wird schon vor Beginn der Herstellung festgelegt, wie die Ausgangsmaterialien am Ende der Nutzungsdauer wiederverwertet oder umweltgerecht recycelt werden können.

Wie bleiben Sie bei veränderten Marktbedingungen erfolgreich?

Bisher haben Sie ein gut eingeführtes Produkt mit einem zufriedenstellenden Marktanteil, dass Ihnen ein erfolgreiches Business mit hohen Margen und Gewinnen beschert. Glückwunsch!

Doch die Märkte verändern sich zurzeit rapide und die Digitalisierung Ihres Service- und Produktangebotes ist der Schlüssel für Ihren zukünftigen Unternehmenserfolg. Basiert Ihr Geschäftsmodell bisher auf einem mechanisch ausgereiften Produkt mit funktioneller Handhabung, so könnte sich hier bereits ein empfindlicher Wandel vollzogen haben.

Der Trend geht in vielen Bereichen auch bei Konsumgütern des Alltags in diese Richtung:

• Datengenerierung

• Digitalisierung

• Sensorik

• Software

• Vernetzung

Dadurch steigen die Anforderungen an die produzierten Waren, da mit modernster digitaler Technik ausgestattete Güter einen höheren Kundennutzen besitzen und somit am Markt bessere Erfolgsaussichten haben.

Anspruchsvolle Produkte erfordern eine moderne und flexible Fertigung

Die Bedeutun der Digitalisierung bei der Herstellung von Produkten des Alltags wird in Zukunft deutlich zunehmen. Produkte mit hochwertigen technischen Applikationen und einer Verbindung zum Internet erreichen aufgrund einer aufwendigeren Herstellung eine höhere Wertschöpfung für den Hersteller. Gleichzeitig erfordern diese anspruchsvollen Güter Produktionsanlagen in der Fertigung, die auf dem neuesten Stand der Technik sind.

Nur mithilfe der Industrie 4.0 Produktion ist es möglich, größere Serienfertigungen und individuelle Kundenwünsche gleichzeitig zu bedienen.

Intelligent vernetzte Produktionsbetriebe sind die Gewinner der Zukunft

Hochwertige Produkte von guter Qualität erfordern in der Herstellung oft flexible Lösungen. Hier sind digital vernetzte Hersteller, die bereits Industrie 4.0 Produktion betreiben, klar im Vorteil.

Sie können durch wechselnde, spezifisch auf unterschiedliche Kundenwünsche abgestimmte Produktionsabläufe Ihr Produktportfolio deutlich erweitern und damit zusätzliche Marktanteile hinzugewinnen. Durch die Investition in Zukunftstechnologien und die damit verbundene Effizienzsteigerung verzeichnen diese Unternehmen nachhaltige Erfolge bei Absatz, Umsatz und Gewinn in den kommenden Geschäftsperioden.

Wie sieht eine Fabrik mit Industrie 4.0 Produktion aus?

Basis für die industrielle Produktion in einer modernen Fabrik sind digital vernetzte, intelligente Systeme, die in der Lage sind, nahezu ohne Einwirkung von außen die Produktion selbstorganisiert zu steuern und durchzuführen. Zu diesen Neuerungen zählen Systemsteuerungen, die mit den Produktionsanlagen digital kommunizieren und auftretende Störungen bereits im Vorfeld erkennen. Ein Störfall wird dadurch entweder verhindert oder es wird umgehend eigenständig ein Reparaturauftrag erteilt. Durch die Produktionshalle rollen selbstfahrende Transporter, die Logistikaufgaben autonom erledigen.

Sensorgesteuerte Fertigung als Zeichen der Industrie 4.0 Produktion

Die Maschinen und Produktionsanlagen sind sensorgesteuert auf die einzelnen Abläufe programmiert und können in Echtzeit auf veränderte Rahmenbedingungen sofort reagieren. Das Monitoring des gesamten Produktionsablaufes anhand der Fertigungsdaten wird digital gesteuert in einer Leitstelle überwacht. Damit kann jederzeit der Ablauf verändert werden, wenn es neue Entscheidungen erfordern.

Flexibilität der Anlagen und Einbindung wichtiger Partner

In einer modernen Fertigungsanlage mit Industrie 4.0 Produktion kann beispielsweise eine flexible Serienproduktion gleichzeitig mit individuellen Losgrößen auf Kundenwunsch zusammengeführt werden, ohne dass dabei Reibungsverluste oder gar Stillstand entsteht. Durch die Option, mit dem Produktionsstandort digital vernetzte Zuliefererbetriebe in den Herstellungsprozess mit einzubeziehen, wird der gesamte Wertschöpfungsprozess noch flexibler und effizienter.

Intelligente Produktion dank Condition Monitoring

Ein optimaler Zustand sind Produktionsanlagen, die rund um die Uhr störungsfrei laufen und als Ergebnis Produkte von höchster Qualität liefern. Technische Anlagen und Maschinen der Industrie 4.0 Produktion sind in der Lage, digitale Daten zu liefern, um eine laufende Zustandsüberwachung ('condition monitoring') zu gewährleisten. Durch Aufzeichnung und Messung physikalischer Parmeter wie beispielsweise:

• Ausdünstungen
• Geräusche
• Temperatur
• Vibrationen

mittels Sensoren ist es möglich, die Daten digital zu sammeln und sofort auszuwerten. Auf Basis der erhaltenen Ergebnisse können Prognosen bezüglich möglicher Ausfälle, anstehender Wartungsarbeiten oder das Ende des Lebenszyklus der Produktionsanlage ermittelt werden.

Embedded Systems – Prozessoren für intelligente Produktionsanlagen

In fast allen Lebensbereichen begegnen uns eingebettete Systeme in Form von Mikroprozessoren oder in einen technischen Kontext eingebundenen Computern, die meist unsichtbar wichtige Funktionen übernehmen. Vertraut sind uns diese Systeme z. B. aus:

• Autos
• Fernsehgeräten
• Mobiltelefonen
• Waschmaschinen

Die Hauptaufgaben dieser kleinen Helfer sind die Regelung, Steuerung und Überwachung wichtiger Funktionen.

Durch das Internet of Things wird im Rahmen der Industrie 4.0 Produktion aus den bisher isoliert arbeitenden Prozessoren eine digital vernetzte Einheit. Sie können über das Internet direkt miteinander kommunizieren und die von ihnen selbst erzeugten Daten intelligent verarbeiten. Zusätzlich eingebaute Sensortechnik ergänzt und erweitert die Möglichkeiten einer modernen Produktionsanlage im Internet of Things.

Moderne Intralogistik dank effizienter Monorail Systeme

Durch immer kürzere Herstellungszyklen sind die Zeitabläufe in der Produktionshalle zu einem kostbaren Gut geworden. Ein effizientes Intralogistik-System wie beispielsweise ein Monorail- und Shuttle-Transportsystem ermöglicht eine flexible Gestaltung der Produktionskapazitäten, da sich die Leistung eines Shuttle-Systems durch die Anzahl der eingesetzten Shuttles anpassen lässt.

Die hochempfindliche Sensortechnik erkennt Gefahren und sorgt für einen stoßfreien Transport von sensiblen Gütern sogar in komplizierten Kurvenfahrten. Sind die Shuttles mit einer Stromversorgung für externe Verbraucher ausgestattet, besteht während des Transports die Möglichkeit die Werkstücke zu bearbeiten und mit Energie zu versorgen. So wird die Transportzeit zu zusätzlicher Produktionszeit.

Schnelle und effiziente Entscheidungen im Internet of Things

Die Kernbotschaft für vernetzte Systeme als revolutionäre Entwicklung der Industrie 4.0 Produktion sind die Begriffe Vernetzung und Selbststeuerung. In der Vergangenheit wurden technische Informationen über Produktionsanlagen und Maschinen von Menschen gesammelt und anschließend ausgewertet. Als Ergebnis wurden zeitverzögert Maßnahmen ergriffen, um Abläufe zu optimieren.

In der Industrie 4.0 Produktion sind technischen Anlagen, Maschinen sowie die von ihnen produzierten Güter mit Informations- und Kommunikationstechnologien (z. B. über Sensoren, Aktoren, ...) ausgestattet. Diese kommunizieren permanent miteinander und optimieren Prozessabläufe selbstständig. Durch die Verbindung zum Internet können sich diese vernetzten Systeme auch abteilungsübergreifend in Ihrem Unternehmens digital austauschen. Am Herstellungsprozess beteiligte Bereiche / Parteien wie:

• Produktion
• Entwicklung
• Vertrieb
• Kunden
• Lieferanten

können über das Internet of Things miteinander verbunden werden, jederzeit Informationen abfragen oder sogar in laufende Produktionsprozesse eingreifen.

Intelligente Steuerung mit digitaler Vernetzung verbessert Ihre Produktion

Digital vernetzte Maschinen mit Hochleistungssensoren in der Industrie 4.0-Produktion steuern sich selbst und sind in der Lage, selbstständig die richtigen Entscheidungen zu treffen. Beispielsweise weiß eine Produktionsanlage exakt, wie viel Material sich noch im Lager befindet. Ist der Lagerzustand kritisch, erfolgt sofort automatisch eine Bestellung neuer Teile beim Lieferanten. Ein anderes Beispiel aus der Praxis ist, wenn der Designer eines Kunden kurzfristig einen Änderungswunsch für eine Sonderserie hat.

Die intelligente Fabrik findet eigenständig einen Weg, um geänderte Produktionsanforderungen umzusetzen.

Ein Kennzeichen der Smart Factory ist der Wechsel von der Zentralsteuerung auf die Selbstverwaltung der Produktion durch intelligent vernetzte Maschinen. Es werden nicht nur einzelne Befehle von Robotern nach demselben Schema ausgeführt, sondern dank der Vernetzung über das Internet of Things ist jede Produktionseinheit in der Lage, Entscheidungen selbstständig zu treffen und auszuführen. Dabei kenne die Maschinen ihre Identität, ihre Aufgaben innerhalb des Herstellungsprozesses sowie ihren Platz innerhalb der Intralogistikprozesse.

Das Internet ist die Grundlage der digitalen Produktionsprozesse

Damit die Kommunikation aller an der Produktion beteiligten Partner funktioniert, müssen Gegenstände wie:

• Bauteile
• Werkstoffe
• Lagerbestände
• Fertige Güter
• Produktionsanlagen
• Maschinen
• Transportfahrzeuge und Logistik

mit beispielsweise RFID-Tags oder Sensoren an den Maschinen ausgestattet sein. Nur so ist die digitale Kommunikation untereinander über das Internet möglich. Für diese Herausforderung ist ein leistungsstarkes Internet of Things erforderlich. Die Grundvoraussetzung für noch präzisere und schnellere Kommunikation wird mit dem neuen Mobilfunkstandard 5G aktuell überall in der Welt installiert.

Der digitale Zwilling als Alternative für optimierte Produktionsabläufe

In der Industrie hat sich im Zusammenhang mit der Industrie 4.0 Produktion der Standard LPWAN (Low Power Wide Area Networks) etabliert, mit dem verschiedenste Daten kabellos übertragen werden können. Hier werden Produktionsabläufe digital nachgebildet und es entsteht dabei ein „digitaler Zwilling“. Damit ist es möglich, laufende Prozesse in der Herstellung digital zu simulieren und Veränderungen zunächst nur virtuell vorzunehmen.

Fazit

Die vierte industrielle Revolution hat mittlerweile die Produktionsprozesse in Industrie und Wirtschaft erreicht. Damit Sie in der Lage sind, hochwertige Güter für Ihre Kunden herzustellen, sind intelligente Produktionsabläufe mit digital vernetzten Maschinen und Anlagen unverzichtbar geworden. Die Industrie 4.0 Produktion beinhaltet modulare Produktionsstätten und flexible Abläufe in der Herstellung, damit intelligente Maschinen die Möglichkeit besitzen, kundenorientierte Produkte und Lösungen zu generieren.

Nur smarte Fabriken sind mithilfe von ausgefeilter Sensortechnik, RFID-Tags und dem Internet of Things darauf vorbereitet, permanent miteinander zu kommunizieren und Abläufe zu jeder Zeit selbstständig zu optimieren. Damit werden Sie auch in der Zukunft erfolgreich Ihr Business gestalten.