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Industrie 4.0

Teil 1 Einführung

Industrie 4.0 steht für die 4. Industrielle Revolution.
Es handelt sich um Marketingbegriff der deutschen Bundesregierung. Die sogenannte vierte industrielle Revolution zeichnet sich durch Individualisierung bzw. Hybridisierung der Produkte und die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in die Geschäftsprozesse aus.

Industrielle Revolutionen

Die Begriffe Erste, Zweite und Dritte Industrielle Revolution wurden historisch im Nachhinein gebildet.

Die Erste Industrielle Revolution bestand in der Mechanisierung mit Wasser- und Dampfkraft, darauf folgte die Zweite Industrielle Revolution: Massenfertigung mit Hilfe von Fließbändern und elektrischer Energie, daran anschließend die Dritte Industrielle Revolution oder digitale Revolution mit Einsatz von Elektronik und IT zur Automatisierung der Produktion.

Bei der Vierten Industriellen Revolution handelt es sich nicht um einen historisch im Nachhinein gebildeten Begriff, sondern um eine deutsche Initiative. Diese wurde 2011 in Leben gerufen, um die Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland zu stärken.

Die Vierte Industrielle Revolution soll geprägt werden durch Individualisierung und Digitalisierung. Hier übernehmen cyber-physische Systeme eine zentrale Funktion. Unter cyber-physischen Systemen versteht man Systeme, bei denen informations- und softwaretechnische mit mechanischen Komponenten verbunden sind, wobei Datentransfer und -austausch sowie Kontrolle bzw. Steuerung über eine digitale Infrastruktur wie das Internet erfolgen.


Das Internet der Dinge

Das Internet er Dinge wird meist in einem Atemzug mit dem Begriff Industrie 4.0 genannt.

Das Internet der Dinge beschreibt eine globale Netzwerkinfrastruktur, an die Maschinen und Geräte angeschlossen werden. Es soll Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things) mit einer virtuellen Repräsentation in einer internet-ähnlichen Struktur darstellen. Das Internet der Dinge soll den Menschen bei seinen Tätigkeiten unmerklich unterstützen.

Ein Beispiel stellen die sogenannten Wearables dar. Bei Wearables handelt es sich um Computer die während der Anwendung am Körper des Benutzers befestigt oder in die Kleidung integriert sind. Diese Wearables können über verschiedenste Sensoren Daten erheben und somit das Leben erleichtern.

Im Alltag begegnen uns immer mehr Dinge die miteinander verknüpft sind und kommunizieren. Für das Jahr 2020 wird erwartet, dass es pro Person in etwa sechs Objekte geben wird, die vernetzt sind und aufgrund des Kontakts untereinander wissen, was die jeweils anderen Geräte machen.

Das Internet der Dinge ist jedoch nicht nur im Alltag zu finden, sondern auch eine notwendige Komponente von Industrie 4.0. Die cyber-physischen Systeme, in Form von intelligenten Objekten, Geräten, Maschinen und Anlagen können mittels M2M Daten erzeugen, analysieren und weitergeben. M2M ist die Abkürzung für Machine-to-Machine und beschreibt die Datenübertragung zwischen Maschinen, aber auch zwischen Maschinen und IT-Systemen.


Vorteile von Industrie 4.0

Der Vorteil von Industrie 4.0 liegt in der Flexibilität. Es können verschiedene Varianten eines Produktes auf einer Produktionslinie hergestellt werden. Durch neuste Fertigungstechnik und der Vernetzung der einzelnen Systeme kann auf eine Auftragsänderung schnellstens reagiert werden. Des Weiteren sichert die Industrie 4.0 jedem Unternehmen die Konkurrenzfähigkeit: Durch effiziente Produktion und auf spezielle Kundenwünsche angepasste Produkte.

Die Vorteile lassen sich in 5 Punkten zusammenfassen:
  1. Bestellprozesse werden vereinfacht: Durch Übermittlung von Bestandsdaten können Einkaufsprozesse völlig digital und automatisiert abgewickelt werden.
  2. Transparente Lieferkette: Alle Positionen entlang einer Lieferkette werden einsichtig. Dadurch werden Engpässe und Verschwendung sichtbar und können besser bewältigt werden.
  3. Informationswege entfallen: Durch die Verfügbarkeit von Informationen in Echtzeit entsteht eine bereichsübergreifende Effizienz und eine effizientere Ressourcennutzung.
  4. Verbrauchsgesteuerte Versorgung: Die Versorgung von Maschinen kann autonom erfolgen durch automatisierte Prozesse und Algorithmen.
  5. Mensch und Maschine als Partner: Maschinen lernen mit dem Menschen zu kooperieren, sie werden sich in Zukunft selbständig optimieren und schneller umzustellen sein, beispielsweise durch flexible Fertigungsmodule.

Beispiele für Industrie 4.0
  • Schokolade wie der Kunde sie wünscht: In Düsseldorf wird Schokolade produziert, bei welcher der Kunde über die Formgebung entscheidet. Bei der Form kann es sich z.B. um ein Firmenlogo handeln.
  • Transparenz in Echtzeit: Die Rota Yokogawa GmbH & Co. KG in Süddeutschland arbeitet mit einem digitalen Echtzeit-Produktionsüberblick für eine termingetreue Versandsteuerung und eine effizientere Verknüpfung von Logistik und Produktion.

Marketing Begriff Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 ist ein Marketingbegriff der von der Deutschen Bundesregierung im Jahr 2011 ins Leben gerufen wurden. Außerhalb Deutschlands wird dieser Begriff nicht verwendet. Innerhalb Deutschlands sehen viele Unternehmen Industrie 4.0 als Chance, jedoch läuft die gezielte Umsetzung schleppend. Zu den häufig genannten Hindernissen zählen:
  • Fehlende Koordinierung: Koordinierungsprobleme zwischen den einzelnen Abteilungen in einer Unternehmensstruktur erschweren die Umsetzung von Industrie 4.0-Projekten über die gesamte Organisation.
  • Mangelnder Mut zu Veränderungen: Viele Firmen fehlt es an Mut, notwendige radikale Veränderungen anzugehen.
  • Personalprobleme: Unternehmen haben Schwierigkeiten, Mitarbeiter mit erforderlichen Qualifikationsprofilen, z.B. Data Scientists, zu gewinnen.
  • Cybersicherheit: Die Einführung von Industrie-4.0-Anwendungen erfordert häufig die Zusammenarbeit mit Partnern, wie z.B. Softwareanbietern. Viele Unternehmen haben Bedenken zur IT-Sicherheit im Netzwerk des Partners oder im Transit. Sie zögern, ihre Daten zu teilen.
  • Vermeintlich fehlende Geschäftsgrundlage: Vielen Organisationen fällt es schwer, notwendige größere Investitionen in die IT-Architektur zu rechtfertigen, wenn die möglichen Erlöse durch Industrie 4.0 noch nicht zu beziffern sind.

erstellt am 02.03.2018

Teil 2 Additive Fertigung

Industrie 4.0 zeichnet sich durch neue Innovative Fertigungsverfahren aus. Durch die Additive Fertigung ist es möglich auf individuelle Kundenwünsche einzugehen. Durch die wachsende Anzahl von Verfahren wächst auch die Anzahl von Materialien die mittels Additiver Fertigung verarbeitet werden können.

Innovation mit geringem Risiko

Neue Produkte und Ideen auf einem Markt zu etablieren ist schwer und mit hohen Kosten verbunden. Oft werden Ideen schon vor der Erstellung eines Prototyps verworfen, da die Investition von Zeit und finanziellen Mitteln mit einem zu hohen Risiko behaftet ist. Durch den 3D-Druck kann sich dies ändern. Prototypen können viel schneller erzeugt werden. Mit diesen Prototypen kann die Marktforschung sich ein besseres Bild von den jeweiligen Produkten machen. Die Entscheidung eine Idee zu verwerfen kann genauer überprüft werden mit einem viel geringeren Risiko.

Sollte ein Produkt sich nicht für den Massenmarkt eignen, ermöglicht die Additive Fertigung dieses Produktes es dennoch auf den Markt zu bringen. Es ist möglich kleine Stückzahlen wirtschaftlich zu produzieren. Dies liegt an der Tatsache, dass es bei der Additiven Fertigung keine Stückkostendegression gibt.

Im folgenden Diagramm wird dies grafisch dargestellt und mit dem Spritzgussverfahren verglichen. Der Vorteil des Spritzgussverfahren liegt in der Massenfertigung. Die Spritzgussform, das sogenannte Werkzeug, ist sehr teuer. Daher lohnt es sich nicht dies für kleine Stückzahlen anfertigen zu lassen.

Ein weiterer Vorteil ist der Faktor Zeit. Je nach Größe des zu erstellenden Objekts kann es sein, dass ein 3D-Druck Stunden benötigt um es herzustellen. Beim Spritzguss sind es nur wenige Minuten.

Nachteil: Beim Spritzguss kann nicht auf Kundenwünsche eingegangen werden, außer der Kunde nimmt hohe Stückzahlen ab.

Produktion ohne Überfluss

Die Additive Fertigung ermöglicht Produkte mit der „Losgröße 1“ wirtschaftlich zu erzeugen. Dies ermöglicht nicht nur Individualität, sondern auch Einsparung von Lagerkosten. Werden derzeit Produkte in großen Mengen hergestellt, werden diese meist gelagert und nach und nach abverkauft. Durch die Additive Fertigung kann die Anzahl von Produkten erzeugt werden, welche benötigt wird um einen Auftrag zu erfüllen.

Kombination zweier Verfahren

Wie bereits beschrieben ermöglicht die Additive Fertigung die Herstellung eines Produktes mit der „Losgröße 1“. Stellt man nun ein Werkzeug für eine Spritzgussmaschine mittel Additiver Fertigung her, ist es möglich Kleinserien noch wirtschaftlicher zu produzieren als nur mittels Additiver Fertigung.


Dies wird durch Photopolymer Jetting ermöglicht. Beim Photopolymer Jetting werden Tintenstrahl-Druckköpfe verwendet um flüssige Photopolymere tröpfchenweise aufzutragen und sofort mittels UV-Lampen auszuhärten. Mehrere Materialien können gleichzeitig aufgetragen werden. Die Technologie kann sehr genaue Teile mit guten Oberflächen produzieren. Ein Anwendungsbereich dieses Verfahren ist das Erzeugen von Werkzeugen für den Spritzguss. Diese können wenige Male verwendet werden.

Der Kunde kann nun ein Objekt anfordern und einen Prototyp erhalten. Erfüllt der Prototyp die Anforderungen kann ein Negativ aus den Dateien des Prototyps erstellt werden – dieses Negativ kann mittels Photopolymer Jetting erzeugt werden und als Spritzgusswerkzeug verwendet werden.

Beispiel für Individualität

Adidas arbeitet an personalisierten Schuhsohlen. Hierfür kooperiert Adidas mit dem kalifornischen Start-up Carbon. Carbon will die Produktionszeit einer einzelnen Sohle auf maximal 20 Minuten reduzieren. Derzeit würden dem Unternehmen zufolge noch 90 Minuten pro Sohle im 3D-Drucker benötigt.


Foto © Adidas

Hier ein paar Literaturempfehlungen
erstellt am 08.03.2018