Industrie 4.0 und ihre Auswirkungen auf die Unternehmenswelt
Zusammenfassung
Insbesondere die Cyber-Physischen Systeme spielen dabei eine primäre Rolle. Das letzte Kapitel beschäftigt sich mit der Auswirkung von Industrie 4.0 auf die Logistik. Unterteilt wird dies in Lager- und Produktionslogistik. Abschließend werden die wichtigsten Aspekte hinsichtlich Chancen und Risiken mit Hilfe der Literaturrecherche dargestellt.
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abstract
Abbildungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Historischer Kontext
3 Industrie 4.0
3.1 Begriffliche Abgrenzung und Definition
3.2 Neue Technologien
3.2.1 Cyber-Physische Systeme
3.2.2 Cloud Computing
3.2.3 Kollaborative Roboter
4 Auswirkung auf die Logistik
4.1 Entwicklung der Logistik
4.2 Auswirkung auf die Lagerlogistik
4.3 Auswirkung auf die Produktionslogistik
4.4 Risiken und Chancen
5 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
2.1 Entwicklungsgeschichte
3.1 Industrieanteile int. im Vergleich
3.2 Wachstumskurve vernetzter Geräte
3.3 Technologie Netzwerk CPS
3.4 Stufen von der Roboter Vollautomatisierung bis zur Kooperation
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1 Einleitung
Seit 2011 ist ein stetig zunehmendes Interesse an dem Thema Industrie 4.0 in der In- dustriebranche zu verzeichnen. Mitte des 18. Jahrhunderts wurde mit Erfindung der Dampfmaschine die erste industrielle Revolution angestoßen. Fortan entwickelte sich der industrielle Sektor rasch weiter. Mit Erfindung der Elektrizität hielt die Massen- fertigung in Fabrikhallen einzug. Ab 1960 veränderte die Informationstechnik (IT) grundlegend den Produktionsprozess. Die europäische Wirtschaft, mit Deutschland als großer und offener Volkswirtschaft im Zentrum, steht mehr denn je im globalen Wettbewerb1.
Der industrielle Sektor, das produzierende Gewerbe und der Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland, nutzen die zunehmende Digitalisierung von Produktion, Prozessen und Dienstleistung, um in der Zukunft Wettbewerbsvorteile zu erhalten. Im Rahmen dieser Seminararbeit wird vorerst ein Überblick über die historische und industrielle Entwicklungsgeschichte gegeben.
Für den Begriff „Industrie 4.0“ sind einige Definitionen und Abgrenzungen ent- standen. Die Bundesregierung beschreibt den vierten industriellen Wandel als ein Zukunftsprojekt oder auch als Internet der Dinge.2 Die vierte industrielle Revo- lution wird von vielen Experten als eine große Chance betrachtet, dem Indus- triestandort Deutschland Wettbewerbsvorteile zu verschaffen. Allerdings geht die- se auch mit Risiken einher. Zum einen besteht die Gefahr, dass Fabrikhallen sich zu Geisterhallen entwickeln. Zum anderen spielt Datensicherheit eine große Rolle. Durch den Austausch von großen Datenmengen existiert immer die Gefahr eines Daten-Lecks. Daher wird die folgende Arbeit neben der Definition von Industrie 4.0 auch die relevanten Aspekte der Digitalisierung der Industriebranche beleuch- ten.3
2 Historischer Kontext
Europa ist mit Deutschland in seinem Zentrum zu einem weltweit wettbewerbsfä- higen Standort herangewachsen. Insbesondere die Fähigkeiten, Abläufe global zu planen, zu steuern und umzusetzen, verleiht Deutschland eine Vormachtstellung. Diese Fähigkeiten konnten durch eine fortwährende Verbesserung der Informations- und Kommunikationstechnologien errungen werden.1 Das folgende Kapitel gibt einen Rückblick darüber, welche wesentlichen Trends und Entwicklungen der vergangenen industriellen Revolutionen zu dem heutigen technologischen Fortschritt geführt ha- ben.
Die erste industrielle Revolution hatte ihren Ursprung vor etwa 250 Jahren. Bei der Betrachtung des Wandels von damals bis heute stellen wir fest, dass sich die in- dustrielle Entwicklungsgeschichte in vier Revolutionen gliedert. Abbildung 2.1 zeigt eine Übersicht über den Verlauf der industriellen Entwicklung der letzten 200 Jah- re.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2.1: Entwicklungsgeschichtea a Picot_Muenchner Kreis; in Anlehnung an Forschungsunion (2012).
Anfang des 18. Jahrhunderts lebten die Menschen von der Agrarwirtschaft und der traditionellen Handarbeit. Mit Beginn der Industrialisierung, also der ersten indus- triellen Revolution Mitte des 18. Jahrhunderts, begannen die Menschen, sich von Maschinen abhängig zu machen. Die Produktion von Waren durch Maschinen, wie dem Webstuhl, wurde möglich. Allerdings gab es für den Antrieb noch keine Energie- quelle, sodass die menschliche Kraft erforderlich war. Mit den ersten Primärenergien, der Wasser- und Windkraft, war es möglich, Maschinen anzutreiben.
Einer der wichtigsten Erfindungen für die Entwicklung einer industriellen Struk- tur war die Dampfmaschine. Mit ihrer Hilfe konnten rasch neue Industriezweige er- schlossen werden. Die Eisenbahn und die Dampfschiffe ermöglichten einen schnellen Transport von Gütern. Es entstanden, ausgehend von England, viele Schwerindus- triestandorte in Europa. In Deutschland primär in Berlin und im Ruhrgebiet.2
Die erste industrielle Revolution hatte sowohl Vor- als auch Nachteile. Bedingt durch die schnelle Entwicklung von neuen Technologien und Fortbewegungsmitteln, wur- den strukturelle Hungersnöte in der Bevölkerung seltener und die Bevölkerungszahl stieg stark an. Durch die neuen Transportsysteme konnte eine schnelle und zuver- lässige Versorgung durch den Agrarsektor für die Menschen in den Industriestädten gesichert werden. Aus dieser Zeit stammte jedoch auch der Begriff Pauperismus. Die- ses Wort beschreibt eine strukturelle Armut unter den Fabrikarbeitern. Hintergrund ist die immense Landflucht der Bevölkerung. Aufgrund der vermeintlich besseren Arbeitsbedingungen zogen viele Menschen in die Städte, um dort ihr Geld zu ver- dienen. Allerdings entstand eine zwei Klassen-Gesellschaft. Auf der einen Seite die Fabrikbesitzer, auf der anderen die Arbeiter. Die Fabrikbesitzer beuteten ihre Ange- stellten aus. Ein Arbeiter bekam zudem nur wenig Entlohnung, so dass er nur schwer für sich und seine Familie sorgen konnte. In dieser Zeit war die Lebenserwartung der Menschen insbesondere in der Arbeiterklasse sehr gering.3
Ende des 19. Jahrhunderts bahnte diese Entwicklung den Weg zur zweite industrielle Revolution. Anschließend an die Gründerkrise 1873 prägten zwei neue Industriezweige die Entwicklungsgeschichte. Verbrennungsmotoren und elektrische Antriebe lösten die Dampfmaschine ab. Somit wurde das Erdöl, insbesondere für den Verbrennungsmotor und die chemische Industrie, bedeutender.4
Neben der chemischen Industrie war besonders die Entdeckung der Elektrizität ein wichtiger Meilenstein für die weitere technologische Entfaltung. Außerdem hat die arbeitsteilige Massenproduktion die zweite Revolution stark beeinflußt. Henry Ford entwickelte für seine Automobilherstellung das Fließband maßgebend weiter, so dass es für ein breites Spektrum von Produktionsprozessen in Fabrikhallen genutzt werden konnte. In der Automobilindustrie gilt die Entwicklung der Fließbandfertigung und des Taylorismus als erste industrielle Revolution. Ford konnte mit Standardisierung und mit Hilfe von Transport- und Montagebändern eine enorme Zeit- und Kostenersparnis in der Serienproduktion erreichen.5
Durch die wachsende Bevölkerung und die steigende Beschäftigungsrate führte das gesteigerte Einkommen zu einem Wohlstandsbedürfnis. Im weiteren Verlauf sah sich die Industrie mit dem Problem der Präferenzverlagerung der Arbeiter konfrontiert, welches durch steigende Skalenerträge behoben wurde. Produkte wurden günstig hergestellt und das Bedürfnis der Bevölkerung damit befriedigt. Dazu begann die Welt weiter zusammen zu rücken. Erste Anzeichen von Globalisierung waren zu erkennen. Produkte wie Kleidung, Lebensmittel und auch Rohstoffe konnte durch automatisierte Prozesse in Rekordzeit verarbeitet werden.6
Nach dem zweiten Weltkrieg und dem Wiederaufbau Deutschlands stand die dritte industrielle Revolution in den Startlöchern. Das Wirtschaftswunder Anfang der 60er Jahre gab der Revolution einen enormen Antrieb. Die Weiterentwicklung der Elektrotechnik und der Kommunikations- sowie Informationstechnologien ebneten den Weg für die Globalisierung. Unternehmen konnten durch die neuen Technologien weltweit über Netzwerke agieren und kooperieren.7
Bei Betrachtung der voraus gegangenen Revolutionen hinsichtlich der Orientierung und des Ergebnisses, lässt sich eine grundsätzliche Tendenz in Richtung der Unternehmensbereiche Technologie, Organisation und Anwendung erkennen. Dies zeigt, dass Menschen in der Lage sind, komplizierte Vorgänge zu verstehen und gleichzeitig innovative Neuerungen zu erarbeiten.8
3 Industrie 4.0
Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution. Das vorangegangene Kapitel hat einen Überblick gegeben, worauf die technologische Umwälzung basiert. Zu Beginn des nächsten Abschnitts wird der Begriff Industrie 4.0 näher beleuchtet. Daran schließt sich die Vorstellung einer Auswahl an Technologien an, die für die vierte industrielle Revolution prägend sind.
3.1 Begriffliche Abgrenzung und Definition
Industrie 4.0 lässt Deutschland auf neue Märkte und einen Wettbewerbsvorteil hof- fen. Laut einer Aussage von Staatssekretärin Zypries in einer Pressemitteilung des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie ist der anstehende Wandel in der industriellen Produktion durch eine enge Verzahnung der Produktion mit dem In- ternet eine sehr wichtige Zukunftschance. Zypries sagt außerdem: "Diese müssen wir nutzen, um die weltweite Spitzenposition Deutschlands in der Produktion zu sichern und auszubauen".1
Industrie 4.0 ist ein neuer Schritt in der Organisation und Durchführung im gesam- ten Verlauf eines Produktlebenszyklus. Ziel ist es, von Beginn einer Produktidee bis zum Lebensende eines Produktes, eine echtzeitfähige und intelligente Verbindung zwischen allen wichtigen Instanzen der Prozesskette herzustellen. Mit diesem Wert- schöpfungsnetzwerk kann zum Beispiel der Ressourcenverbrauch optimiert werden.2
Mit dem Aufkommen von Industrie 4.0 fällt häufig auch der Begriff Internet der Dinge. Damit wird die gegenseitige Verknüpfung von Produktionseinheiten über das Internet bezeichnet. Die Schnittstelle Mensch spielt eine sekundäre Rolle, da die Objekte selbständig Aufgaben für den Anwender erledigen. Daneben wird häufig auch der Begriff Internet der Dienste genannt. Dieser beschreibt den Nutzen bedarfsabhängiger Serviceleistung aus dem Internet.3 Die Produktionseinheiten sollen in der Lage sein, in Echtzeit über das Internet die gewonnenen Produktionsdaten schnell, simpel und bezogen auf die aktuelle Situation auszuwerfen, so dass sie für den Regelkreis genutzt werden können.4
Basis für die vierte industrielle Revolution ist das selbständige Agieren der Maschinen und Produkte in einer Fabrik. Dies wird durch die flächendeckende und zudem bezahlbare Infrastruktur in Form von Internetverbindung ermöglicht. Die physische und virtuelle Welt wächst somit weiter zusammen. In diesem Zusammenhang stellen die Cyber-Physische Systeme (CPS) einen sehr wichtigen Bestandteil dar.5 Im Abschnitt 3.2.1 auf Seite 8 wird der Aspekt vertieft.
Smart Factory wird häufig als Synonym für Industrie 4.0 genutzt. Dies bezeichnet das Zusammenspiel von mehreren CPS. Die Smart Factory steht für die Realisierung einer intelligenten Interaktion von Objekten und einer sich selbstorganisierenden Fabrik.6 Die intelligente Fabrik soll eine hohe Flexibilität und Wandlungsfähigkeit, den effizienten Einsatz von Ressourcen, ergonomisch optimierte Arbeitsbedingungen sowie die Interaktion von Kunden und Geschäftspartnern in die Wertschöpfungspro- zess widerspiegeln.7
Vor 20 Jahren gab es die ersten Versuche, die virtuelle mit der realen Welt zu verknüpfen und somit Produkte, Maschinen und Objekte miteinander kommunizie- ren zu lassen. Unter dem Namen Computer Integrated Manufacturing (CIM) soll- ten kaufmännische und technische Systemen miteinander verknüpft werden. Diese Idee war allerdings zu modern, da die Informations- und Kommunikationstechnolo- gie (IKT) noch am Anfang stand. Heute kann mit Hilfe neuer Sensoren, standar- disierter IKT, nahezu unbegrenzten Speicherkapazität und der mittlerweile bezahl- baren Hardware eine immense Informationsdichte- und qualität erreicht werden. In Verbindung zu Industrie 4.0 wird häufig zuerst der Begriff Big Data genannt. Für das IKT-Konzept bildet eine deterministische, zentrale Planung die Grundlage, wobei die Steuerung bei Industrie 4.0 dezentral über selbstoptimierende Systeme erfolgt.8
[...]
1 Vgl. Bundesregierung Deutschland, Globalisierung gestalten.
2 Vgl. Bundesregierung Deutschland, Industrie 4.0 .
3 Vgl. Botthof, Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0 .
1 Vgl. Kagermann, Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 .
2 Vgl. ZDF-Terrax/Industrielle Revolution in Deutschland .
3 Vgl. Bauernhansl, Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik .
4 Vgl. Marvin Brendel, Die Industrielle Revolution in Deutschland .
5 Vgl. Womack, Die zweite Revolution in der Autoindustrie.
6 Vgl. Bauernhansl, Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik .
7 Vgl. Kagermann, Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 .
8 Vgl. ebd.
1 Vgl. Bundesministerium Wirtschaft und Energie, Zypries startet neues Technologieprogramm für die Industrieproduktion.
2 Vgl. Bauernhansl, Industrie 4.0 - Whitepaper FuE Themen.
3 Vgl. Lackes, Internet der Dinge.
4 Vgl. Wolfgang Dorst, „Fabrik- und Produktionsprozesse der Industrie 4.0 im Jahr 2020“.
5 Vgl. Spath, Porduktionsarbeit der Zukunft - Industrie 4.0 .
6 Vgl. Kagermann, Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 .
7 Vgl. Geisberger, „Studie - Cyber physical Systems“.
8 Vgl. Spath, Porduktionsarbeit der Zukunft - Industrie 4.0 .