Industrie 4.0 ist die auf Intelligenz konzentrierte Revolution der Produktion (und entsprechender Bereiche) in einem verdrahteten Netzwerk aus Makrodaten, Menschen, Vorgängen, Bestimmungen, Plänen und IoT-aktiven Fertigungsressourcen, das über die Verbreitung, Kontrolle und Anwendung verwertbarer Daten als Modus zur Wahrnehmung intelligenter Industrie und von Netzen für Fertigungserfindungen und -kooperation verfügt.
Das Internet der Dinge spielt im Bereich des industriellen IoT von Industrie 4.0 neben seinen umfangreichen IoT-Stack-Bestandteilen, zu denen IoT-Programme, Möglichkeiten zum industriellen IoT, Gadgets und vieles mehr gehören, zweifellos eine wesentliche Rolle.
Mithilfe von IoT-Anwendungen können Vorgesetzte und Werksleiter die Leistung ihres Teams in Echtzeit verfolgen, indem sie die Werkzeuge, die die Bediener zur Ausführung ihrer Arbeit verwenden, mit den Maschinen in der Produktion verbinden.
Mit IoT in der Industrie können Bediener die benötigten Teile schneller finden, indem sie Arbeitsabläufe schneller durchlaufen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.
IoT-Geräte können Aktivitäten erkennen und sich automatisch ein- und ausschalten. Beispielsweise können sie Klimaanlagen prüfen und feststellen, ob sie auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden müssen.
IoT ermöglicht Sensoren, Ereignisse in der gesamten Lieferkette zu überwachen und bietet durch die Verfolgung von Eingaben, Geräten und Produkten Zugriff auf Echtzeitinformationen.
Umweltsensoren überwachen kontinuierlich qualitätskritische Bedingungen und benachrichtigen Manager, wenn Qualitätsschwellenwerte überschritten werden. Manager können die Variablen überwachen und erhalten sofortige Benachrichtigungen, wenn diese die erwarteten Parameter überschreiten.
Betriebe, die das Internet der Dinge unterstützen, ermöglichen die automatische Datenerfassung und haben so mehr Zeit, Prozesse zu verbessern.
Das Internet der Dinge in Industrie 4.0 verbindet Industriegeräte mit einem gemeinsamen Server. Dies ermöglicht einen einfachen Daten- und Informationsaustausch zwischen Industrieanlagen und anderen Geräten sowie zwischen Mitarbeitern. Dies verbessert den reibungslosen Betrieb und erleichtert den zeitnahen Informationsaustausch, was eine kooperative Arbeitsumgebung fördert.
IIoT-Technologien ermöglichen eine schnellere Produktion von Waren und Dienstleistungen. Sie ermöglichen die schnelle und kompetente Bereitstellung und Beschaffung großer Informationsmengen. Durch die umfassende Sammlung und Speicherung gleichzeitiger Informationen steigert IIoT die Leistung, indem es den Bedarf an manueller Datenerfassung minimiert.
IIoT stattet Branchen mit Echtzeitinformationen, vorausschauender Diagnose, onlinebasierten Fertigungsanlagen und computergestützten Systemen aus, die eine einfachere Erkennung potenzieller Risiken ermöglichen, die manuell nicht erkannt werden können. Dadurch sind rechtzeitige Lösungen möglich und schwerwiegende Folgen wie Maschinenschäden können vermieden werden.
Der Aufbau einer automatisierten Fabrik mit IoT-Systemen erfordert möglicherweise ein relativ hohes Anfangsbudget. Die Betriebskosten nach der Einrichtung dürften jedoch deutlich sinken. Die Automatisierung und Konsolidierung industrieller Systeme sowie die Informationsverarbeitung und andere Dienstprogramme des IIoT senken die Kosten auf vielfältige Weise. Diese Aspekte steuern und optimieren alle Bereiche der Produktionsabläufe und Logistikabläufe. Darüber hinaus liefern sie Echtzeitdaten und die Vorausschau, die für schnelle und intelligente Maßnahmen erforderlich sind, was langfristig zur Kosteneffizienz des gesamten Produktionsprozesses beiträgt.
Die vierte industrielle Revolution bringt Fortschritte mit sich, die es Unternehmen ermöglichen, staatliche Anforderungen automatisch zu erfüllen, und zwar durch erweiterte Warenverfolgung, Verbraucherprofile, Informationsaufzeichnung und mehr.
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Nutzung der Industrie 4.0-Funktionen durch:
Im Wesentlichen lassen sich all diese Geräte durch vier Hauptbestandteile zusammenfassen, die dem Begriff Industrie 4.0 Bedeutung verleihen:
Industrie 4.0 verknüpft ein breites Spektrum moderner Technologien zur Qualitätssicherung. Durch den Einsatz intelligenter Systeme, die greifbare Prozesse steuern, entsteht eine automatisierte Nachbildung der realen Umgebung. Zu den Eigenschaften intelligenter Systeme gehört die Fähigkeit, einzelne Lösungen individuell zu treffen und so ein hohes Maß an Unabhängigkeit zu erreichen.
Die in der Industrie 4.0 erzeugte Qualität kann von automatisierter Erkennung abhängen. Intelligente Produktion erfordert dabei die Integration etablierter Technologien in Produktionsprozesse und ist nicht der Digitalisierung, sondern dem Entwicklungspfad der Industrie 4.0 zuzuordnen.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) forderte 2011 Wirtschaft und Wissenschaft auf, Vorschläge für die kreative Umwälzung der Produktionswirtschaft zu erarbeiten. Ziel war es, deutschen Unternehmen die Möglichkeit zu geben, Industrie 4.0 aktiv mitzugestalten.
Die German School of Science and Technology hat im Jahr 2013 auf Drängen des Ministeriums ein Erhebungsschema und Ausführungsvorschläge erarbeitet. Dies wurde in die Nationale Leitlinie für verwurzelte Systeme umgesetzt.
Laut dem Präsidenten des Acatech-Rates, Henning Kagermann, werden die Industrien der Zukunft außergewöhnliche Elastizität mit maximaler Kapitalisierung verbinden. Mit Industrie 4.0 könne Deutschland seine Position als Industriestandort, Maschinenbauer und IT-Dienstleister weiter stärken.
Darüber hinaus bestanden die Hauptziele des deutschen Unternehmens darin, eine Grundlage für das vom Europäischen Komitee als Teil der europäischen Ziele für das Jahr 2020 verabschiedete E-Commerce-Programm der Europäischen Union zu schaffen und das digitale Programm der vierten Generation der industriellen Revolution voranzutreiben. Dieses Programm zählt derzeit zu den sieben wichtigsten europäischen Start-ups und trägt 5 % zum BIP der Europäischen Union bei, was einem geschätzten Wirtschaftsvolumen von 660 Milliarden Euro pro Jahr entspricht.
Henrik von Scheel, ein deutscher Architekt der digitalen Transformation und Begründer von Industrie 4.0, erklärte: „Im Grunde liegt der Fokus bei Industrie 4.0 nicht auf der Technologie, sondern auf den Menschen.“ Er führte weiter aus, dass die Menschheit von dem Moment an, als der Urmensch einen Fels behauen hat, in der Lage war, Geräte zu entwickeln, mit denen sie mit ihrer Umgebung umgehen kann. Die vierte Industrielle Revolution wird da keine Ausnahme sein. Im Gegensatz zu den vorherigen industriellen Transformationen sind die letzten beiden, die dritte und die vierte, aggressiver vorangeschritten. Industrie 3 führt eine Kombination aus elektronischen, greifbaren und virtuellen Realitäten ein und ist der bemerkenswerteste morphologische Wandel der letzten 4 Jahre. Die Revolution wird in ihrem Ausmaß, ihrem Umfang und ihrer Komplexität die menschlichen Erwartungen bei weitem übertreffen. Ihre Auswirkungen werden alle Sektoren in allen Ländern der Welt betreffen.
Der Begriff „Internet der Dinge“ entstand in den 1990er Jahren. Damals war es jedoch nur ein theoretisches Konzept. Revolutionäre Philosophen sagten voraus, dass mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie alltägliche Geräte eines Tages miteinander kommunizieren und Informationen an ein gemeinsames Netzwerk senden würden, um ihre Funktionsweise effizienter zu gestalten. Das IoT kann mit intelligenten Geräten wie Smartphones, Smart Cars, Smartwatches usw. verknüpft werden.
IIoT (Industrial Internet of Things) ist ein Begriff, der industrielle IoT-Geräte von denen der Verbraucher unterscheidet. Die Grundidee ist jedoch grundsätzlich ähnlich. Industrielle IoT-Geräte sind per Fernzugriff mit privaten Internetnetzwerken und der ganzen Welt verbunden. Diese Geräte markieren ein neues Kapitel der Mechanisierung, indem sie aus jedem Betriebselement eine außergewöhnliche Menge an Informationen zusammentragen und an den zentralen Internetserver senden. Die Informationen ermöglichen eine noch nie dagewesene Diagnose und Bedienung und sorgen für enorme Effektivität und Kompetenz.
Hier sind die Unterschiede zwischen Industrie 4.0 und IIoT:
Trotz dieser Unterschiede sollen Industrie 4.0 und das industrielle IoT die Produktion verbessern. Um in der wettbewerbsintensiven Produktionsbranche die Nase vorn zu behalten, müssen wir diese neuen Technologien nutzen.
Die Industrielle Revolution bezeichnet die globale Entwicklung der Industrien vom späten 18. Jahrhundert bis zur Wende zum 21. Jahrhundert in Großbritannien und den Vereinigten Staaten. Es war eine rasante Ära, die stark von der Entwicklung des Maschinenbaus und der Energieversorgung geprägt war und in vier Phasen unterteilt war:
Industrie 1.0 – Prägte den Einsatz organisierter Arbeiterschaft. Allerdings fehlte ihr das Arbeitsrechtsgesetz, das für die Sicherheit der Arbeiter von entscheidender Bedeutung war (1760er-1840er Jahre).
Industrie 2.0 – Einführung des Arbeitsrechtsgesetzes, das die Bedürfnisse der Fabrikarbeiter schützte. Die Energie wurde aus Kohlebergwerken gewonnen (1840er-1913).
Industrie 3.0 – Sie begann mit dem Ausbruch des Ersten Weltkriegs. Regierungen und private Unternehmen wie Ford setzten auf Montage und Massenproduktion von Gütern. Bedeutende technologische Fortschritte, wie die Erfindung des Flugzeugs und des Fahrzeugs, ermöglichten diese Phase. Die Erfindung der Elektrizität und die Entdeckung natürlicher Energiequellen trieben die Revolution zu ungeahnten Höhen. Stahl und Eisen waren die wichtigsten Rohstoffe dieser Ära der Industrialisierung (1914 bis in die 1970er Jahre).
Industrie 4.0 – diesen Begriff prägte Botch 2011 in Hannover. Er beschrieb ihn als die Zusammenführung von Daten und Übertragungstechnologien in der industriellen Produktion. Der Begriff „Industrie 4.0“ definiert sich durch seine vier Kernprinzipien:
Industrie 4.0 zeichnet sich im Vergleich zu den vorherigen industriellen Revolutionen wie folgt aus:
Dies sind die ursprünglichen Faktoren, die die Entwicklung von Industrie 4.0 gefördert haben:
Obwohl Industrie 4.0 die revolutionärste aller industriellen Phasen ist, bringt sie wie ihre Vorgänger noch immer Herausforderungen und Risiken mit sich. Die Herausforderungen sind in Sektoren unterteilt, die wahrscheinlich von Industrie 4.0 betroffen sein werden, darunter:
Die hohen wirtschaftlichen Kosten für Anschaffung, Wartung und Ersatz von Maschinen belaufen sich jährlich auf Milliarden Dollar. Die Anpassung industrieller Geschäftsmodelle ist komplex und für die Mehrheit derjenigen, die sich an die Industrie 3.0 angepasst haben, unbekannt. Zudem sind wirtschaftliche Investitionen unklar, da die meisten Branchen auf Aktien setzen, die volatil sind und von globalen Herausforderungen abhängen.
Datenschutzbedenken wurden sowohl von Industriellen als auch von der Öffentlichkeit geäußert. Die Gesichtserkennung im IoT wird aufgrund der Erkennung von Gesichtern und Fahrzeugkennzeichen als Verletzung der Privatsphäre wahrgenommen. Industrie 4.0 soll zudem zur Überwachung beigetragen haben, was zu Misstrauen bei privaten Unternehmen und Regierungen geführt hat.
Darüber hinaus hat das IoT in der Industrie dazu geführt, dass viele Arbeiter ihre Arbeitsplätze verloren haben. Dies liegt daran, dass Automatisierung und Fernsteuerung in den Vordergrund gerückt sind. Darüber hinaus besteht ein erhöhtes Risiko für ein Geschlechterungleichgewicht in Bereichen, in denen KI am anfälligsten ist.
Organisatorische Probleme ergeben sich aus IT-Sicherheitsproblemen, die durch die notwendige Öffnung kürzlich geschlossener Produktionsstätten erheblich verschärft werden. Industrie 4.0 erfordert zudem gleichbleibende Zuverlässigkeit und Belastbarkeit, die für die Bedeutung des maschinellen Lernens mit sehr kurzen und sicheren Latenzzeiten erforderlich sind. Gleichzeitig besteht die ständige Anforderung, die Qualität der Produktionssysteme aufrechtzuerhalten, um IT-Probleme zu vermeiden, da diese kostspielige Produktionsausfälle verursachen würden. Durch die Notwendigkeit, industrielles Know-how zu schützen (auch in den Sicherheitsakten für die industrielle Mechanisierung enthalten), sind andere Arbeitnehmer unsicheren Arbeitsbedrohungen ausgesetzt, was zu einer Benachteiligung führt. Hinzu kommt das Fehlen geeigneter Qualifikationen, um den Übergang zu einer 4IR zu beschleunigen.
Die meisten Länder verfügen über institutionelle Instrumente, um die Einführung von Industrie 4.0-Technologien zu erleichtern, wie beispielsweise:
Die DGA (Digital Transformation Agency) fördert in Zusammenarbeit mit der IIoT-Taskforce des Premierministers die Einführung des IoT in der Industrie. Diese beiden Organisationen fördern die Zusammenarbeit zwischen Industriekonzernen in den USA und Deutschland. Dies fördert automatisch das Wachstum von Industrie 4.0.
Die für das Management von Industrie 4.0 zuständige Arbeitsgemeinschaft (AAG) legte der Bundesregierung im Oktober 2012 mehrere Gesetzesentwürfe vor, die die Mitglieder und Partner der Arbeitsgemeinschaft als treibende Kraft hinter Industrie 4.0 anerkennen sollten. Ein Jahr später wurde der Industrie 1-Abschlussbericht auf der Hannover Messe vorgestellt. Diese unterstützende Zusammenkunft fand unter der Schirmherrschaft der Deutschen Akademie der Wissenschaften und Technik statt.
Da sich die Grundsätze der Industrie auf Unternehmen bezogen, wurden sie mitunter umbenannt. Beispielsweise bezeichnete der Luft- und Raumfahrtteilehersteller Meggitt PLC seine Analyse im Rahmen von Industrie 4.0 als M4.
Die Kernpunkte der Industrie 4.0-Strategie der Bundesregierung umfassen die robuste Produktanpassung unter den flexiblen Bedingungen der Massenproduktion. Die dafür notwendige Industrialisierungstechnologie wird durch die Erweiterung, Konfiguration, Diagnose und Unterstützung von Kreativen und Arbeitern bei ihrer komplexen Arbeit ergänzt.
In Südafrika wurde eine Präsidentenkommission für die vierte Industrielle Revolution eingesetzt, die sich aus verschiedenen branchenkundigen Akteuren der Bundesregierung zusammensetzte. Im selben Jahr richtete das Land außerdem einen interministeriellen Industrieausschuss ein.
Das Land hält jährlich (gegr. 2017) den Präsidialausschuss zur vierten industriellen Revolution ab. Der I-Korea-Strategieausschuss (2017) konzentriert sich auf moderne Entwicklungsgeräte, darunter KI und autonome Fahrzeuge, und setzt damit die innovationsorientierte Finanzstrategie der Regierung um.
Obwohl Uganda ein Entwicklungsland ist, fördert es Industrie 4.0 maßgeblich. Gemäß seiner 4IR-Strategie plant das Land die Entwicklung intelligenter Stadtzentren, die Einführung moderner Gesundheitsversorgung, den Ausbau der Agrarwirtschaft und des Bildungssektors sowie die E-Government- und digitale Ökonomisierung. Um die regionale Industrie zu fördern, erwägt das Land 2020 die Einführung eines Gesetzes für lokale Start-ups. Dieses würde alle Buchhalter verpflichten, zunächst den lokalen Markt zu nutzen, bevor sie digitale Erkenntnisse aus dem Ausland erwerben.
Industrie 5.0 mag fremd klingen, aber sie existiert. Sie umfasst KI-Software und intelligente Geräte, die intelligentes und komfortables Arbeiten für Menschen ermöglichen. „Industrie 5.0 wird die Fabrik zu einem Ort machen, an dem Kreative arbeiten und zusätzliche, individuelle und menschliche Erfahrungen für alle schaffen.“ – Esben Østergaard. Dies geschieht durch die Verknüpfung der Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Studien besagen, dass die nächste industrielle Revolution dazu führen wird, dass in den nächsten fünf Jahren in den meisten Industriezweigen primäre Robotik-Administratoren beschäftigt sein werden.
Der Industriemarkt soll von 64.9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 165.5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 wachsen, was einer Wachstumsrate von 20.6 % zwischen 2021 und 2026 entspricht.
Die wichtigsten Merkmale, die die Entwicklung des Marktes vorantreiben
COVID-19 hat die wichtigsten Akteure des Industrie-4.0-Wachstums negativ beeinflusst. Derzeit leiden noch immer einige Länder unter den Auswirkungen, was das Wachstum von Industrie 4.0 hemmt. Da sich die Pandemie in den USA und einigen asiatischen Ländern explosionsartig ausbreitet, ist der Fertigungssektor mit enormen Nachteilen konfrontiert. Die US-Automobilindustrie, eine der größten Branchen weltweit, stagniert seit Ende 2020. Der sinkende Bedarf führte dazu, dass zahlreiche Automobilunternehmen weltweit ihre Produktion drosselten, was Autonomiekonzepte wie IoT, KI und Blockchain überflüssig machte.
Der asiatisch-pazifische Raum, eine der größten Entwicklungsländer der Welt, litt am stärksten unter COVID-19. Die Elektronikproduktion in dieser Region deckt rund 70 % des weltweiten Elektronikgeschäfts ab, angeführt von China, das im ersten Quartal 2020 aufgrund des Ausbruchs schwere Verluste in diesem Sektor verzeichnete. Auch Indien war von einer zweiten COVID-19-Welle betroffen, die die Lieferketten des Landes stark veränderte. Periodische Ausgangssperren und Transportbeschränkungen im Juli 2021 verursachten große Verluste in der Güterproduktion. Auch Japan und Südkorea versuchen, die Folgen von Covid-XNUMX zu überwinden.
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