Industrie 4.0 Technologien

Die Industrie 4.0 ist wie die erste, zweite und dritte industrielle Revolution ein technischer, ökonomischer und gesellschaftlicher Prozess. Wichtige Träger wie früher die Dampfmaschine, die Eisenbahn oder der Computer sind neue Technologien, ohne die der ökonomische und gesellschaftliche Prozess nicht möglich wäre. Allerdings werden die Prozesse, die die industriellen Revolutionen bestimmen, immer komplexer. Bei der Industrie 4.0 kann deren Bedeutung nur durch Unterscheidung der verschiedenen Zieldimensionen erreicht werden. Die wichtigsten operativen Ziele der Industrie 4.0 sind

  1. Digitalisierung: Vollständige Abbildung der realen Prozesse in digitalen Systemen (Digitalisierung).
  2. Smart Factory: Die intelligente, sich weitgehend selbst steuernde Fabrik (Smart Factory)
  3. Vernetzung: Die Vernetzung mehrere Fabriken konzernintern, die Vernetzung mit Logistik-Netzwerken und mit den Kunden (Industrie 4.0).

Um diese Ziele zu erreichen, bedarf es des Einsatzes modernster Technologien. In den letzten Jahren wurde eine Reihe solcher Technologien entwickelt, die die Tür zur Welt der Industrie 4.0 öffnen. Einige dieser Technologien werden hier vorgestellt. Technologien sind dabei nicht nur physische neue Gegenstände oder Maschinen, sondern auch besondere Techniken und Strategien der Anwendung digitaler Informationen.

Inhaltsverzeichnis

Digitale Strategien und Anwendungsszenarien

Embeded Systems

Diese Systeme werden in Geräte eingebunden. Sie sind elektronisch Rechner, die Überwachungs- Steuerungs- und Regelfunktonen übernehmen. Diese Systeme arbeiten, ohne für den Benutzer in Erscheinung zu treten, zum Beispiel in Kühlschränken, Routern, Mobiltelefonen oder Produktionsmaschinen in Form von „Firmware“. Die Hardware der Embeded Systems wird dabei so genau dimensioniert, dass die geforderten Aufgaben erledigt werden können, ohne dass die Kosten zu hoch werden.

Value Based Services und auftragsgesteuerte Produktion

Mit diesen Services werden Daten aus der Produktion gesammelt, analysiert und zum Beispiel für optimierte Wartung verwenden. Die Datensammlung beruht überwiegend auf Sensorentechniken. Über das Internet oder Netzwerke greifen gewerbliche oder auch private Kunden im Rahmen von Systemen auf Produktionsanlagen praktisch direkt zu, indem sie individualisierte Produkte, zum Beispiel Fahrzeugausstattungen, ordern. Zeitweise nicht ausgelastete Produktionssysteme können an Dritte vermietet und von diesen direkt gesteuert werden.

Internet der Dinge

Im Internet der Dinge (IOT, Internet of Things) werden Maschinen oder Teile direkt über das Internet an Überwachungssysteme und Steuerungssysteme angeschlossen. Ein einfaches Beispiel ist die Auslösung der Kaffeemaschine über das Smartphone per WLAN, ein komplexeres Exempel ist die Überwachung und Wartung von Kühlaggregaten entlang der Lieferkette oder am Point of Sales durch die Aggregat-Hersteller.

Cloud Computing

Das Cloudcomputing, also die Speicherung von Daten über das Internet in fernen Rechnern, nimmt immer mehr zu. Die Bereitstellung ausreichender sicherer Systeme dezentral vor Ort wird umgekehrt schwieriger. Die Daten werden in gesicherten Serversystemen gespeichert und geschützt.

Künstliche Intelligenz

Eine erhebliche Rolle spielt innerhalb der zwischen Sensoren und Aktoren ablaufenden Prozesse die künstliche Intelligenz. Die Technologien der künstlichen Intelligenz helfen, große Datenmengen schnell zu erfassen, zu analysieren, mathematische Muster zu erkennen und kontextgebundene Ergebnisse zu liefern. Der Computer hilft, Muster und Strukturen zu erkennen und Lösungen vorzuschlagen, die der Mensch allein nicht erkennen würde. In der Augmented Reality, also der erweiterten Realität, werden diese neuen Strukturen und Muster optisch dargestellt. Technische Systeme lernen, Aufgaben selbstständig zu lösen. Für diese Schlüsseltechnologie braucht es Bild- und Spracherkennung, die Interpretation mathematischer Muster durch die Maschine und Planung und Ausführung von Prozessen.

Neue technische Systeme und Aggregate

Fernüberwachungssysteme

Der Austausch von Daten zwischen Maschinen, M2M genannt, erfordert enorme Sicherheitsvorkehrungen. Remote Maintenance Gateways, also Fernüberwachungssysteme, stellen große Anforderungen an die Sicherheit. Hier wurde spezielle Anlagen für das IOT entwickelt. Sie regeln gleichzeitig die Datenspeicherung in der Cloud. Diese Maschinen überwachen die Sicherheit vom Sensor, der Daten erfasst, über das Netzwerk bis hin zum Aktor, also dem Maschinenteil, das in den Produktionsprozess eingreift.

3-D-Druck

Im 3-D-Druck werden dreidimensionale Gegenstände von einem Drucker, der sich festigende Flüssigkeit abgesondert, auf der Basis von digitalen Plänen Schicht für Schicht gefertigt. Das Material wird anschließend durch Abkühlung oder chemische Prozesse gefestigt. Diese Technologie hat nach anfänglichem Nischendasein gewaltige Wachstumsraten erreicht. Heute ist auch der 3-D-Druck mit Metallen und Legierungen möglich. So kann erreicht werden, dass Maschinenteile vor Ort im 3-D-Drucker umgehend und sicher gefertigt werden, wenn das System Instandsetzungsbedarf ermittelt hat. Das wird schrittweise eine immer stärkere Automatisierung nicht nur der Produktion, sondern auch der Wartung erlauben.