Digitalisierung 4.0 ist eine ganzheitliche Architektur für Automatisierung, Geschäftsinformationen und Produktionsabläufe, die die Industrie 4.0 durch die Integration aller Aspekte von Produktion und Handel über Unternehmensgrenzen hinweg verbessern soll, um die Effizienz zu steigern. Der Begriff Digitalisierung 4.0 genauso wie der Begriff Industrie 4.0 hat seinen Ursprung in Deutschland, aber die Konzepte stehen im Einklang mit weltweiten Initiativen, darunter Smarte Fabriken, Internet der Dinge, intelligente Fertigung und hochentwickelte Produktion.
Die Digitalisierung 4.0 Definition
Die Initiative Digitalisierung 4.0 begann als Folge eines-Plans der deutschen Hightech-Strategie aus dem Jahr 2005. Mitte 2010 beschloss das Bundeskabinett, die Strategie mit der Digitalstrategie fortzuführen und die Forschungs- und Innovationspolitik des Landes auf ausgewählte zukunftsweisende Projekte für wissenschaftliche und technologische Entwicklungen in den nächsten fünfzehn Jahren zu konzentrieren.
Digitalisierung 4.0 ist eine Zukunftsvision der integrierten Industrie 4.0 Strategie, die durch den Einsatz von Computer-, Software- und Internettechnologien umgesetzt wird. Die Digitalisierung 4.0 bezieht sich auf die Idee einer vierten industriellen Revolution. Nach der Mechanisierung um 1800 (Industrie 1.0), der Massenproduktion durch Elektrizität um 1900 (Industrie2.0) und der Automatisierung durch Computertechnologien in den 1970er Jahren (Industrie 3.0) befinden wir uns derzeit im digitalen Zeitalter (Industrie 4.0), also dem Zeitalter der Digitalisierung 4.0.
Digitalisierung 4.0 und die Industrie 4.0
Die deutsche Strategie betont die Zusammenarbeit zwischen Industrie und Wissenschaft, um eine engere Verknüpfung von Wissen und Fähigkeiten zu fördern. Die Intension der Digitalisierung 4.0, sind Empfehlungen aus der Wirtschaft zur Umsetzung der Strategischen Initiative Industrie 4.0, und beschreibt den Einsatz von Technologien wie Internets der Dinge, Kommunikation und Digitale Initiativen in der Produktion.
Sie ermöglichen es, Netzwerke zu schaffen, die den gesamten Fertigungsprozess umfassen und Fabriken in intelligente Umgebungen verwandeln. Zu den Verknüpfungen gehören intelligente Maschinen, Lagersysteme und Produktionsanlagen, die eine End-to-End-Integration aufweisen, einschließlich Eingangslogistik, Produktion, Marketing, Ausgangslogistik und Service. Die Digitalisierung 4.0 im Kontext von Industrie 4.0 wird voraussichtlich zu einer engeren Zusammenarbeit zwischen Geschäftspartnern wie Lieferanten und Kunden sowie zwischen den Beschäftigten führen und neue Möglichkeiten zum gegenseitigen Nutzen bieten.
Digitalisierung 4.0 Vor- und Nachteile
Die Digitalisierung 4.0 ist eine deutlich höhere Produktivität, Effizienz und sich selbst steuernde Produktionsprozesse, bei denen Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistiksysteme und Bauteile direkt miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten. Ein wichtiges Ziel ist die Anwendung kostengünstiger Massenproduktionsverfahren, um durch den Einsatz eingebetteter Verarbeitungs- und Kommunikationsverfahren eine Einzelfertigung in Stückzahlen zu erreichen.
Produktions- und Logistikprozesse werden auf intelligente Weise über Unternehmensgrenzen hinweg integriert, wodurch ein effizienteres und flexibleres Ökosystem für die schlanke Produktion in Echtzeit entsteht. Dies ermöglicht intelligente Wertschöpfungsketten, die alle Phasen des Produktlebenszyklus umfassen, von der ersten Produktidee über die Entwicklung, Produktion, Nutzung und Wartung bis hin zum Recycling. Auf diese Weise kann das Ökosystem die Kundenwünsche von der Produktidee bis zum Recycling nutzen, um darauf zu reagieren und kontinuierlich Verbesserungen vorzunehmen.
Die Vernetzung von Unternehmen in der Lieferkette ermöglicht es, einzelne Produktionsschritte und die gesamte Wertschöpfungskette zu optimieren. Umfassende Echtzeitinformationen ermöglichen es Unternehmen zum Beispiel, während der Produktion auf die Verfügbarkeit bestimmter Rohstoffe auf der Grundlage von Preis, Qualität und anderen Faktoren zu reagieren und so die Effizienz zu optimieren. Durch externe Verknüpfungen können Produktionsprozesse über Unternehmensgrenzen hinweg gesteuert werden, um Ressourcen und Energie zu sparen.
Es wird prognostiziert, dass die Digitalisierung 4.0 der Industrie neue Geschäftsmodelle fördern und große Chancen für kleine und mittelständische Unternehmen bieten wird. Diese Entwicklung hat bereits begonnen. Um Metallteile in kleinen Stückzahlen zu fertigen, erstellen Unternehmen beispielsweise virtuelle 3D-Modelle und verwenden das als additives Verfahren direkte Metall Lasersintern – als DMLS- bekannt, um Teile herzustellen. Diese Teile bestehen aus völlig dichtem Metall mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Interessanterweise können mit dem Verfahren komplexe Geometrien hergestellt werden, die mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren nicht möglich sind.
Digitalisierung 4.0 in der Fertigung
Herkömmliche Montagelinien sind synchron, mit vordefinierten Arbeitsabläufen auf der Grundlage von Produktionsaufträgen, die in Unternehmenssystemen laufen. Die Produktionsschritte werden zentral an jede Fertigungsstation übermittelt, die mit dem Fließband synchronisiert ist. Im Gegensatz dazu basiert der Digitalisierung 4.0 Ansatz in der Industrie auf einer asynchronen Fertigung, bei der die Komponenten im Produktionsfluss mithilfe von Auto-Identifikationstechnologie jeder Maschine und jedem Bediener mitteilen, was zu tun ist, um das maßgeschneiderte Endprodukt in jedem Schritt des Produktionsprozesses herzustellen.
Eine weitere Dimension von Digitalisierung 4.0 in der Industrie ist der Einsatz neuer flexibler Maschinen, die sich an die Anforderungen des herzustellenden Teils anpassen. Dadurch wird ein hochflexibler, schlanker und agiler Produktionsprozess erreicht, der es ermöglicht, eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte in derselben Produktionsstätte herzustellen. Profitable Massenfertigung ermöglicht die Produktion von kleinen Losen, sogar von Einzelstücken, da die Maschinen schnell konfiguriert werden können, um sich an die vom Kunden gelieferten Spezifikationen und die additive Fertigung anzupassen.
Datenanalyse mittels Digitalisierung 4.0
Die Industrie-Systeme erfassen mittels der Digitalisierung eine Vielzahl von Daten, die mit Hilfe von Analysen zur Verbesserung der Leistung und Produktivität genutzt werden können. Die Auswertung wird auf verschiedene Weise genutzt, z. B. für die vorausschauende Wartung in Echtzeit, die Fertigungsunternehmen dabei hilft, Produktionsunterbrechungen durch ungeplante Maschinenausfälle in der Fabrikhalle zu vermeiden – und damit die Auslastung der Anlagen direkt zu verbessern. Eine weitere Anwendung ist die Optimierung der Produktionsabläufe, um die Produktivität und Energieeffizienz zu verbessern.
Digitalisierung 4.0 durch den Einsatz von Technologie
Die Umsetzung der Strategie Digitalisierung 4.0 wird durch enorme technologische Fortschritte möglich, die durch das Internet der Dinge vorangetrieben werden, einschließlich offener Softwareplattformen, offener Kommunikation, offener Datenmodelle und leistungsstarker eingebetteter Prozessoren. Die Industrie verwendet den Begriff cyber-physische Systeme, um das Zusammenspiel von physischen und computergestützten Systemen zu beschreiben, einschließlich eingebetteter Intelligenz auf allen Ebenen, und der Einbindung von Maschinen, Sensoren, Aktoren, Produktionsteilen, Unterbaugruppen und produzierten Produkten.
Cyber-physische Systeme bestehen aus physischen Einheiten, wie z. B. Mechanismen, die von computerbasierten Algorithmen gesteuert oder überwacht werden. Ein aktuelles Beispiel für die Anwendung von cyber-physische Systeme sind mechatronische Antriebssysteme, die in Motorantrieben eingebettete Prozessoren und Kommunikationseinrichtungen nutzen, um koordinierte Abläufe in einer Verpackungsmaschine ohne physisches Getriebe zu erreichen. Das spart erhebliche Kosten und bietet größere Flexibilität und höhere Zuverlässigkeit.
Eine treibende Kraft, die die Einführung einer stärkeren Automatisierung und Digitalisierung 4.0 Initiativen von Produktion und Prozessen weltweit vorantreibt, ist die Erkenntnis, dass das Streben nach niedrigen Lohnkosten nicht länger eine erfolgreiche Strategie ist. Um wettbewerbsfähig und flexibel zu bleiben, müssen die neuesten Technologien eingesetzt werden, wobei die Automatisierung eine grundlegende Komponente für den Erfolg dieses Übergangs ist. Die Einführung neuer Technologien in Zeiten bedeutender Innovationen ist entscheidend für den Erfolg der Produktion. Die Geschichte neigt dazu, sich zu wiederholen; man denke nur an das Automobil, das zu Beginn des 20. Jahrhunderts ein Spielball der Wohlhabenden war.
Antworten auf häufig gestellte Fragen zur Digitalisierung 4.0
Die Digitalisierung der Industrie 4.0 hat es den Herstellern ermöglicht, digitale Zwillinge zu erstellen, also virtuelle Abbilder von Prozessen, Produktionslinien, Fabriken und Lieferketten. Ein digitaler Zwilling wird erstellt, indem Daten von IoT-Sensoren, Geräten, Steuerungsanlagen und anderen mit dem Internet verbundenen Objekten gesammelt werden.
Die Digitalisierung beschreibt den zunehmenden Einsatz von vernetzten, webfähigen und automatisierten Technologien in unserer Gesellschaft. Industrie 4.0 bezieht sich speziell auf die Entwicklung in der Industrie, zum Beispiel im Fahrzeugbau, im Maschinenbau und im Transportwesen.
Die Schuhdesigns wurden auf der Grundlage von Big Data erstellt und sind ein weiteres praktisches Beispiel für Industrie 4.0, das von Unternehmen heute genutzt wird. Industrie-, Metall- und Automobilhersteller können den 3D-Druck nicht nur für das Prototyping, sondern auch für die Herstellung von Werkzeugen und schließlich für die Herstellung von Teilen in größeren Mengen nutzen.
Industrie 4.0 bezieht sich auf intelligente und vernetzte Produktionssysteme, die so konzipiert sind, dass sie die physische Welt erkennen, vorhersagen und mit ihr interagieren, um Entscheidungen zu treffen, die die Produktion in Echtzeit unterstützen. In der Produktion kann sie die Produktivität, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit steigern.