Was ist IoT / Industrie 4.0?

Was ist Industrie 4.0?

Industrie 4.0 bezeichnet die Digitalisierung von industriellen Produktionsprozessen mit dem Ziel, die Prozesse effizienter zu gestalten. Im Kern soll dies durch die Vernetzung aller im Prozess beteiligter Systeme erfolgen, sprich jeder Sensor in einer Betriebsanlage ist miteinander vernetzt und wiederum alle Betriebsanlagen sind über digitale Systeme verbunden.
Industrie 4.0 wird auch als vierte industrielle Revolution bezeichnet, deren Ziel es ist, die Produktivität in der gesamten Fertigungsindustrie zu verbessern.

<Geschichte der industriellen Revolutionen >

Die Mechanisierung der Produktionsfabriken durch Wasserkraft- und Dampfmaschinen, die Ende des 18. Jahrhunderts begann, wird als die erste industrielle Revolution bezeichnet. Die Serienproduktion, die durch die Nutzung von Strom im frühen 20. Jahrhundert möglich wurde, wird als zweite industrielle Revolution bezeichnet. Die Digitalisierung mit Elektronik- und IT-Technologien im späten 20. Jahrhundert wird als dritte industrielle Revolution bezeichnet.

Industrie 4.0 ist ein nationales Projekt der Bundesregierung, das sich als „industrielle Revolution der nächsten Generation“ positioniert. Sie wird seit Mitte der 2000er-Jahre durch die Zusammenarbeit zwischen Industrie, Regierung und Hochschulen gefördert und ist in der Erwartung definiert, die vierte industrielle Revolution zu sein.

Technologien zur Materialisierung der Industrie 4.0

Industrie 4.0 erfordert zweierlei Arten von innovativen Technologien.

Der erste Typ sind Infrastrukturtechnologien für die Kommunikation, Speicherung und Verarbeitung der enormen Datenmengen, die sich aus der Verbindung aller Bereiche ergeben. Ein Beispiel für solche Technologien ist das Fog Computing.

Bisher wurde Cloud Computing für die Datenkommunikation und -verarbeitung eingesetzt. Die Materialisierung von Industrie 4.0 erfordert die Fähigkeit, weitaus mehr Daten zu verarbeiten. Wenn Cloud Computing zur Verarbeitung all dieser Daten eingesetzt wird, kann sich der Netzwerkverkehr auf eine außergewöhnliche Größe ausdehnen und über das kontrollierbare Maß hinausgehen.

Als Gegenmaßnahme wird zwischen der Cloud und den Geräten eine verteilte Verarbeitungsumgebung namens Fog implementiert, um dieses enorme Datenvolumen im Voraus zu verarbeiten und Überkonzentrationen in der Cloud zu vermeiden. Dieser Ansatz der Verwendung von verteilter Verarbeitung zur Verhinderung der Lastkonzentration des Netzwerkverkehrs ist das Konzept des Fog Computing.

Ein weiteres Mittel sind KI-Technologien (Künstliche Intelligenz). Der Aufbau der notwendigen Infrastruktur und das Sammeln enormer Datenmenge bringt nur einen Mehrwert, wenn wir diese auch nutzen können.
Hierbei kommen die KI-Technologien ins Spiel. Von der KI wird erwartet, dass sie eine Vielzahl von Aufgaben erfüllt - von der Unterstützung bei Plänen und Entscheidungen bis hin zur Bereitstellung optimaler Vorhersagen, die für den Menschen schwierig zu treffen sind.

Vorteile für Fertigungslinien

Die Materialisierung von Industrie 4.0 wird zu reduzierten Produktionskosten und deutlich kürzeren Durchlaufzeiten führen.

Denn die Materialisierung fördert die Einführung digitaler Daten in Produktionsprozesse sowie deren Automatisierung und virtuellen Betrieb, was eine höhere Integration der Engineering-Kette und der Lieferkette ermöglicht.

So erlauben es beispielsweise präzise KI-basierte Simulationen der Bedarfs- oder der Einführungsplanung den Entwicklungs- oder Konstruktionsmitarbeitern, diverse Prozesse zu verkürzen oder zu überspringen.

Darüber hinaus verhindert die rechtzeitige Synchronisation von Stücklisten zwischen Konstruktionsbüro und Produktionsstätte, dass Fertigungsprozesse umgekehrt oder fehlerhafte Ziele erzeugt werden. Wenn die Daten zwischen Herstellern und Materiallieferanten synchronisiert werden können, können Materialien automatisch und zum besten Zeitpunkt bereitgestellt werden.

• Datensynchronisation/-austausch
• Engineering-Kette: der Prozess von der Produktentwicklung und dem Design bis zur Einstellung der Produktion
• Lieferkette: der Prozess von der Bedarfsschätzung und Materialbeschaffung eines Produkts bis zur Lieferung an den Verbraucher

Smart Factories als Ziel von Industrie 4.0

Eine Smart Factory ist eine Betriebsanlage, in der Industrie 4.0 realisiert wurde. Es handelt sich um eine Produktionsstätte, an der alle Geräte, Roboter und Sensoren in der Betriebsanlage an ein Netzwerk angeschlossen sind, um verschiedene Arten von Informationen zu visualisieren und die kausalen Zusammenhänge zwischen diesen Informationen zu klären.

Die Realisierung des Smart-Factory-Konzepts führt zu Produktivitätssteigerungen und Kostensenkungen. Die Informationen werden in Echtzeit gesammelt, was eine entsprechende Programmierung von Anlagen und Robotern erfordert. Die Arbeitseffizienz verbessert sich und Probleme, die durch menschliches Versagen verursacht werden, können verhindert werden.

KEYENCE-Lösungen für Probleme mit Sensoren

Voraussetzung für Industrie 4.0 ist der Datenaustausch von Geräten auf verschiedenen Ebenen.
Das Informationssystem in einer Betriebsanlage kann wie folgt als eine Struktur von Schichten dargestellt werden:

Wenn Sensoren oder andere Endgeräte an ein Netzwerk angeschlossen werden, treten aufgrund der Verwendung vieler verschiedener Standards häufig Probleme auf. Da sich die Einführung von IoT in einer Übergangsphase befindet, bauen Unternehmen Netzwerke mit unterschiedlichen Kommunikationsstandards auf, was die Verbindung zwischen den Netzwerken oft erschwert. Dadurch wird auch der Anschluss von Sensoren und anderen Geräten verhindert, die nicht mit der entsprechenden Norm kompatibel sind.

Im derzeitigen Übergangszustand, in dem jeder Bestandteil einer Betriebsanlage durch Industrie 4.0 vernetzt wird, unterstützt KEYENCE Kunden vor Ort durch die Entwicklung von Produktionslinien, die mit verschiedenen Netzwerken kompatibel sind und sich an Veränderungen anpassen können.