Produktion 4.0 - diese Begriffe sollten Sie kennen

Die Produktion 4.0 ist ein wichtiger Teil der Industrie 4.0 – sie steht für die durch Digitalisierung und Automatisierung unterstützte und optimierte Herstellung von Produkten im Unternehmen der Zukunft. Sensoren prüfen die Qualität der hergestellten Produkte in Echtzeit und überwachen die Funktionstüchtigkeit der Maschinen, während automatisierte Abläufe eine schnelle und fehlerfreie Herstellung ermöglichen. Die neue Arbeitswelt bringt allerdings auch allerhand neue Begrifflichkeiten mit sich, die Sie kennen sollten. Wir bieten hier einen Überblick.

2. Begriffe zur Produktion 4.0

Industrie 4.0

Die Industrie 4.0 trägt ihren Namen, weil es sich bei dem Wandel durch die Digitalisierung um die sogenannte vierte industrielle Revolution handelt. Es handelt sich um einen Marketingbegriff für ein Projekt der Bundesregierung, das die althergebrachten Strukturen in der produzierenden Industrie durch vernetzte, intelligente neue Strukturen ersetzen möchte. Die Arbeit kann dadurch flexibler ablaufen, wird weniger fehleranfällig und erlaubt Individualisierungen, mit denen sich Kundenwünsche umsetzen lassen.

Arbeit 4.0

Mit den Veränderungen, die die Industrie 4.0 mit sich bringt, verändern sich die bislang bekannten Arbeitsformen und teilweise auch die Arbeitsverhältnisse. Viele Jobs erfordern im Rahmen der Arbeit 4.0 von den Mitarbeitern, dass sie sich mit neuartigen Abläufen auseinandersetzen und in Schulungen lernen, wie sie mit technischen Neuerungen umgehen und welche Sicherheitsvorkehrungen sie treffen müssen. Die Arbeitszeiten können sich stark wandeln und deutlich flexibler werden, was dem Privatleben zugutekommen kann. Auch Modelle wie Jobsharing sind denkbar. Körperlich anstrengende Arbeit wird mehr und mehr automatisiert, während die Mitarbeiter die Maschinen überwachen, sie warten und ihnen Befehle erteilen.

Internet der Dinge

Werkzeuge und Maschinen, die bei der Arbeit benutzt werden, können inzwischen dank Mikrochips internetfähig gemacht werden und im Netzwerk miteinander kommunizieren. Sie sammeln selbstständig Daten und werten sie aus, sodass sie weiterverwendet werden können. Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) wird in der Industrie verfeinert zum Industrial Internet of Things (IIoT), das die Abläufe in der Produktion fehlerfrei, sicher, zügig und günstig gestaltet. Man kann das IoT auch als Schnittstelle zwischen Realität und virtueller Welt bezeichnen.

Smart Factory

Jede Abteilung macht ihre Arbeit, Verzögerungen in der einen sorgen für Verzögerungen auch in der nächsten Abteilung – das ist die Realität in vielen Unternehmen heutzutage. Die Smart Factory hingegen zeichnet sich durch eine enge, digitale Vernetzung der verschiedenen Abteilungen und Maschinen aus. Sie wird zwar noch von Menschen gelenkt, doch das Ziel ist die autonome Organisation. Voraussetzung dafür ist, dass die Maschinen laufend Daten sammeln, sie auswerten und daraus zu lernen imstande sind: Sie optimieren sich auf diese Weise selbst.

Digitalisierung & Vernetzung

Durch die Digitalisierung und die Vernetzung können Prozesse in Unternehmen deutlich schneller ablaufen: Werden Daten in hohem Maße gesammelt, aufbereitet und innerhalb des Unternehmens zur Verfügung gestellt, können die Computer und die Maschinen jederzeit auf sie zugreifen und alle nötigen Anpassungen vornehmen, um schnell und kosteneffizient zu arbeiten. Die Produktion wird dadurch sicherer und läuft auf einem gleichbleibend hohen Qualitätsstandard ab.

OPC UA

Eine neue Arbeitswelt benötigt eine einheitliche Sprache – und es sieht ganz so aus, als würde die OPC UA (kurz für Open Protocol for Communication Unified Architecture) das Rennen machen. Es handelt sich dabei um ein Kommunikationsformat, das von den Sensoren in den Maschinen bis hin zu den Daten verarbeitenden Systemen von jeder Stelle des Unternehmens genutzt werden kann. Auf diese Weise muss nicht übersetzt werden, es gehen keine Informationen verloren und man benötigt niemanden, der die gesammelten Daten "übersetzt". Zahlreiche namhafte Unternehmen, unter anderem Microsoft, unterstützen OPC UA bereits.

Big Data

Bei jedem Prozess können Daten gesammelt werden, um ihn besser zu verstehen und sogar zu optimieren. Diese Option war allerdings lange nicht von Interesse, da es keine Möglichkeit gab, derartige große Datenmengen zu speichern und auszuwerten. Das hat sich inzwischen geändert: Big Data (Massendaten) können von Sensoren gesammelt werden, die etwa Maschinen oder Gegenstände des IoT überwachen. Die Daten werden direkt gespeichert und ausgewertet, und bei Bedarf kann sofort eine Veränderung durchgeführt werden. Zeigt der Sensor eines intelligenten Regalsystems etwa an, dass der Bestand von Rohstoffen unter eine bestimmte Menge gesunken ist, wird automatisch Nachschub bestellt. Mittels Vernetzung können Mitarbeiter über das Internet von überall her auf die Daten zugreifen, die sie benötigen.

Datensicherheit und IT Security

Neue Vernetzungen bieten auch neue Angriffspunkte. Um die Daten von Kunden und Mitarbeitern zu schützen und das Netzwerk des Unternehmens vor Spionage und Sabotage zu schützen, muss die IT Security in der Industrie 4.0 ganz neue Wege beschreiten: Sie müssen mittels Firewalls für einen Grundschutz sorgen, alle Schnittstellen absichern, alle Endgeräte mit einem besonderen Schutz versehen und nicht zuletzt alle anderen Mitarbeiter des Unternehmens über die Notwendigkeit gewisser Verhaltensweisen aufklären. Die IT Security hat einen aktiven Job, muss also dauernd das Netzwerk des Unternehmens und die Server aktiv überwachen, um beim kleinsten Anzeichen einer Attacke sofort Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Dieses Thema sollte bei der Digitalisierung von Anfang an ganz oben auf der Prioritätenliste stehen.

Robotik

Mehr und mehr übernehmen Maschinen körperlich schwere Jobs. Roboterarme können Aufgaben schnell, präzise und ohne Qualitätsverlust immer wieder durchführen, werden nicht müde und können nicht durch Krankheit ausfallen. Die Robotik steckt zwar noch in ihren Anfängen, aber irgendwann soll in einem Industrieunternehmen ein ganzes Netzwerk aus Robotern quasi Hand in Hand arbeiten und so die komplette Produktion übernehmen. Es ist nicht nötig, für jede Aufgabe einen neuen Roboter zu entwerfen, da sich die Arme mit verschiedenen Werkzeugen ausstatten lassen. Dank der Steuereinheit und der eingebauten Sensoren können die Roboter nicht nur auf unterschiedliche Weise gelenkt werden, sondern während dieses Prozesses auch dazulernen und sich so selbst beaufsichtigen und optimieren.

Human Machine Interface (HMI)

Das Human Machine Interface beschreibt die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine: Der Mensch gibt seine Befehle ein, etwa am Computer, über das Touchpad seines Handhelds oder auch mittels Sprache. Mehr und mehr kommt auch die Gestensteuerung dazu, die durch 3D-Kameras möglich wird. Es ist wichtig, dass die Eingabe von Befehlen so intuitiv und benutzerfreundlich wie möglich abläuft, damit möglichst alle Mitarbeiter sie problemlos erlernen können.

Eingebettete Systeme

Eingebettete Systeme oder Embedded Systems sind Mikroprozessoren, die besonders wichtig sind für das Internet der Dinge. Sie werden überwacht und gesteuert von Chips. Die eingebetteten Systeme, die über das Internet mit anderen in Verbindung stehen, sind flexibel und intelligent: Sie können nicht nur Daten sammeln, sondern sie auch selbstständig verarbeiten. Das bedeutet, dass sie innerhalb ihres Arbeitskontextes lernfähig sind.

3. Fazit

Die Produktion 4.0 kann niemals isoliert in der Industrie 4.0 stehen – sie ist grundsätzlich abhängig von der Digitalisierung des ganzen Unternehmens. Diese läuft in vielen einzelnen Schritten ab, von denen keiner überflüssig ist und die ineinandergreifen: Automatisierung verbessert die Produktion, Kontrollen durch Sensoren in Verbindung mit Datenauswertung vermag die Qualität zu steigern und die Fehleranzahl nach unten zu korrigieren – aber all das kann nicht eingerichtet werden, ohne dass gleichzeitig der geeignete Schutz eingerichtet wird.

Wer mit seinem Unternehmen den Sprung in die Arbeitswelt 4.0 wagt, sollte sich gründlich mit den Möglichkeiten beschäftigten, die die Automatisierung, Vernetzung und Digitalisierung mit sich bringt. Es gilt Chancen zu ergreifen und Risiken zu minimieren – aber das funktioniert nur, wenn man sich mit der Materie auskennt. Da die Transformation noch in vollem Gange ist, lassen sich bei der Vielzahl an unterschiedlichen Unternehmen keine verallgemeinernden Regelungen aufstellen: Was für eine Firma ein großer Schritt nach vorn sein kann, ist für eine andere möglicherweise überflüssig. Entsprechend ist es wichtig, dass Sie sich nicht nur über die Möglichkeiten informieren, sondern auch feststellen, wo genau in Ihrem Unternehmen Bedarf besteht. Die Kombination aus beiden Erkenntnissen erlaubt Ihnen den nächsten sicheren Schritt in Richtung Zukunft.