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Das Magazin für Forschung und Innovation
 

Digitale Fabrik

Industrie 4.0: Was Sie über die Produktion der Zukunft wissen müssen

Rasanter Wandel: Von der Planung bis zum fertigen Produkt werden alle Prozesse vernetzt.

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. Doch was genau verbirgt sich hinter diesem Begriff?

Weshalb der Name Industrie 4.0?

Die erste industrielle Revolution wurde durch die Einführung der Dampfmaschine und die Mechanisierung von Handarbeit im 18. Jahrhundert ausgelöst, die zweite durch die elektrifizierte Massenfertigung zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Die dritte folgte durch den Einsatz von Elektronik und Computertechnik zur Fertigungs- und Produktionsautomatisierung in den vergangenen Jahrzehnten. Jetzt wachsen in der Produktion die reale und die virtuelle Welt zusammen und deshalb spricht man von Industrie 4.0 – oder auch von der Vierten Industriellen Revolution.

Lärm und der Geruch von Schmieröl gehörten zu Beginn der Industrialisierung zu jeder Fabrikhalle, so auch bei Siemens & Halske.

Von Big Data zu Smart Data

Die zunehmende Digitalisierung und Vernetzung verändert die komplette industrielle Produktionskette. Der weltweite Datenbestand explodiert regelrecht. So betrug er 2005 130 Exabyte, 2012 waren es bereits 462 Exabyte. Und bis 2020 erwarten Experten einen Anstieg des Datenvolumens auf 14.996 Exabyte (also rund 15 Billionen Gigabyte). Um diese gigantischen Datenmengen richtig auswerten und nutzen zu können, muss man sie erst einmal verstehen. Das heißt, man muss über das Wissen verfügen, wie die Geräte und Anlagen funktionieren und mit welcher Sensorik und Messtechnik man an die wirklich nützlichen Daten herankommt.

Zukunftsmarkt Industrie 4.0

Marktforscher rechnen damit, dass der weltweite Umsatz mit industrieller Automatisierung zwischen 2013 und 2018 von rund 160 Milliarden Euro auf rund 195 Milliarden Euro steigen wird. Allein die deutsche Industrie will bis 2020 jährlich rund 40 Milliarden Euro in Industrie-4.0-Anwendungen investieren. Schon heute ist in Deutschland der industrielle Anteil an der gesamten Wirtschaftsleistung mehr als doppelt so hoch wie etwa in Großbritannien, Frankreich oder den USA. Grundsätzlich gilt: Die Digitalisierung wird über Erfolg oder Misserfolg der deutschen Industrie entscheiden.

Fast schon klinisch sauber ist dagegen eine hochmoderne Fertigung wie die des Siemens-Elektronikwerks Amberg.

Produktion wird schneller, flexibler, effizienter

Im Zuge von Industrie 4.0 werden künftig weltweit Milliarden Maschinen, Anlagen oder Sensoren miteinander kommunizieren und Informationen austauschen. Damit kann ein Unternehmen seine Produktion nicht nur wesentlich effizienter gestalten, sondern auch deutlich flexibler auf die Bedürfnisse des Marktes ausrichten. Henry Ford sagte 1908: „Jeder Kunde kann sein Auto in einer beliebigen Farbe lackiert bekommen, solange die Farbe, die er will, schwarz ist.“ Heute gibt es nahezu unendlich viele Variationen.

Virtuelle und physische Welt verschmelzen

Bei Industrie 4.0 wird die physische mit der virtuellen Welt kombiniert. Wie das funktioniert, zeigt beispielsweise die PLM-Software von Siemens, mit der Produkte virtuell entwickelt und auf Herz und Nieren getestet werden, ehe auch nur an einer einzigen realen Schraube gedreht wurde. Damit sind Produkte bis zu 50 Prozent schneller auf dem Markt – bei mindestens gleicher Qualität. Möglich wird dies dank der Simulation mit einem digitalen Zwilling, einem virtuellen Abbild des Produktes, in das sich dessen einzelne Bestandteile in unterschiedlicher Ausführung einfügen und so testen lassen – entlang der kompletten Entwicklungskette. Die Landung des Mars Rovers „Curiosity“ 2012 beispielsweise wurde auf diese Weise im Vorfeld mehrere Tausend Male simuliert.

Die Nasa setzte für die Entwicklung und Tests des Mars-Erkundungsfahrzeugs "Curiosity" PLM-Softare von Siemens ein.

Fabriken organisieren sich selbst

Informationstechnik, Telekommunikation und Fertigungsindustrie verschmelzen – die Autonomie der Produktionsmittel nimmt immer weiter zu. Wie die smarte Fabrik der Zukunft aber im Detail aussehen wird, kann heute noch niemand sagen. Ein wahrscheinliches Szenario: Die Maschinen in der Fabrik der Zukunft werden sich weitgehend selbst organisieren, Lieferketten sich automatisch zusammenstellen und Aufträge sich direkt in Fertigungsinformationen umwandeln, um in den Produktionsprozess münden. Dennoch: Der Mensch bleibt in einer Industrie-4.0-Welt unerlässlich – als kreativer Lenker und Denker, der mit seiner Intelligenz alle Vorgänge und Abläufe „vordenkt“ und in Form von Software den Maschinen „beibringt“.

Die Fabrik der Zukunft gibt es schon heute

Ob digitale Planungsmethoden (Virtual Reality), 3D-Druck oder Leichtbauroboter: Neue Technologien für Industrie 4.0 sind schon heute Realität. Das Siemens-Werk für Industriesteuerungen im bayerischen Amberg gilt als eines der modernsten Werke weltweit. Hier kann man heute bereits sehen, wie Produkte und Maschinen miteinander kommunizieren – die Produkte steuern so ihre Herstellung selbst. Ein Ergebnis: Bei gleichbleibender Produktionsfläche und kaum veränderter Mitarbeiterzahl hat das Werk sein Produktionsvolumen in den vergangenen 20 Jahren verachtfacht. Mensch und Maschine sind also heute acht Mal so produktiv wie vor 20 Jahren.

Sebastian Webel
Picture credits: von oben: 4.Bild NASA / JPL-Caltech