Einbezogen werden idealerweise alle Bereiche und Wertschöpfungsstufen über den gesamten Produktlebenszyklus. Die Industrie 4.0 reicht damit von der Produktentwicklung über die Beschaffung der Ressourcen sowie die Produktion und die Logistik bis hin zum Endabnehmer – und zum Recycling. Die maschinelle Arbeit muss dabei in Zukunft hohen Anforderungen an (künstliche) Intelligenz (Stichwort KI), Effizienz und Nachhaltigkeit genügen.
Industrie 4.0: die technischen Grundlagen
Grundlage der Industrie 4.0 sind digitale, vernetzte Systeme, die selbstorganisiert – autonom – produzieren können. Menschen, Maschinen und Produkte stimmen sich dabei miteinander ab. Die automatisierten und standardisierten Prozessabläufe werden auf den Kunden ausgerichtet, da jede Fertigung mit der Bestellung angestoßen wird und individuell erfolgt – bis hin zur Losgröße 1 (Pull-Prinzip).
Dies ist möglich, da die digitale und die physische Welt durch cyber-physische Systeme (CPS) verbunden werden. Die darin agierenden Logistikelemente handeln für sich autonom, verknüpfen selbstständig Transport- mit Fertigungsprozessen und übernehmen damit über das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) – zumindest teilweise – die Funktion des Supply Chain Managements. Insgesamt werden die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Produktion gesteigert.
Industrie 4.0: das Ergebnis
Das Ergebnis der Vernetzung sind Smart Factories. Wesentliche Bestandteile sind eingebettete Systeme, unter anderem in Form von Mikrochips in Werkstücken als Basis des IoT oder als RFIDs zur individuellen Kennzeichnung von Produkten. Dazu kommen Sensoren und Aktoren zur Aufnahme von Informationen und zur Ausführung bestimmter Tätigkeiten. Auf dieser Basis können (teil-)autonome Maschinen, die sich untereinander über Machine-to-Machine-Kommunikation mitteilen, selbstständig Entscheidungen treffen oder sich als Roboter ohne menschliche Steuerung in und durch Umgebungen bewegen. So wird auch die Zusammenarbeit mit dem Kollegen Mensch an einem Arbeitsplatz oder an einer Fertigungsinsel ohne trennende Schutzeinrichtungen möglich – mit kollaborativen Robotern, den sogenannten „Cobots“.
Fazit
Maschinen ersetzen keine Menschen. Trotz Automatisierung findet weiterhin eine Mensch-Maschine-Interaktion statt. Ziel des Industrie-4.0-Ansatzes ist eine Low-Cost-Automation als effizientes Zusammenwirken von Mensch und Maschine, in der qualifizierte Mitarbeiter die Verantwortung tragen. Damit besteht die Möglichkeit, Produktionen in einem One-Piece-Flow (Chaku Chaku) zu gestalten: Mitarbeiter begleiten ihr Produkt während der gesamten Fertigung. So können Produktvarianten schneller umgesetzt werden. Die Qualifikationen und die Verantwortung der Mitarbeiter nehmen insgesamt zu.
