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Industrie 4.0 in der Schweiz

23. Mai 2019 - 14 Minuten

Industrie 4.0 als Antwort auf die aktuellen Herausforderungen der produzierenden Industrie in der Schweiz?

Die Anforderungen an Schweizer Industrieunternehmen steigen stetig: hohe Produktions- und Personalkosten, zunehmender internationaler Wettbewerb, hohe Volatilität der Märkte, steigende Ansprüche der Kunden und ansteigende Produktvarianz bei gleichzeitig abnehmenden Stückzahlen. Die wenig flexiblen Automatisierungskonzepte der dritten industriellen Revolution bieten dafür kaum Lösungen an. Können Technologien, die sich hinter dem Begriff Industrie 4.0 verbergen, helfen diese Schwierigkeiten zu meistern und die Wettbewerbsfähigkeit der heimischen Industrie zu verbessern? Die Hoffnungen, die Wirtschaft und Politik in diese Entwicklung setzen, sind riesig. Doch erste Verfechter der Digitalisierung und Automatisierung rudern bereits zurück. Unter ihnen Elon Musk (Mitgründer und CEO von Tesla):

«Die exzessive Automatisierung bei Tesla war ein Fehler – mein Fehler, um genau zu sein. Menschen sind unterbewertet.» (Elon Musk am 12. April 2018 via Twitter)

Was ist Industrie 4.0?

Nach der Einführung mechanischer Produktionsanlagen im 18. Jahrhundert, der Umstellung auf Massenproduktion und Automatisierung ab 1870 und dem Einsatz von Elektronik und IT ab 1969 prägen nun intelligente Objekte und das Internet der Dinge die neue, vierte industrielle Revolution (kurz Industrie 4.0). Der Begriff Industrie 4.0 wurde 2011 vom deutschen Physikprofessor Henning Kagermann geprägt. Er steht für die Verbindung der Stärken der traditionellen Industrie mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik. Die zunehmende Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft bildet die Grundlage dafür und ist im Begriff die Art, wie wir produzieren und arbeiten, fundamental zu verändern. Industrie 4.0 ist keine einzelne Technologie sondern ein Konzept, das sich aus vielen verschiedenen Methoden und Technologien zusammensetzt. Im Kern geht es um die Vernetzung der produzierenden Industrie mithilfe intelligenter, digital vernetzter Systeme, die eine selbstorganisierte Produktion erlaubt.

Industrie 4.0 in der Praxis: zwei Beispiele aus Wirtschaft und Forschung

Die Digitalisierung hat in der verarbeitenden Industrie bereits Einzug gehalten: Die Hälfte der von der Unternehmensberatung Ernst & Young befragten Schweizer Unternehmen nutzen heute erfolgreich Lösungen der Industrie 4.0. Von der zunehmenden Bedeutung der vernetzten Produktion in den kommenden fünf Jahren sind 90 Prozent der befragten Firmen überzeugt.

Advanced Analytics in der Pharmaindustrie

In der Produktion von Biopharmazeutika (z. B. Impfstoffe, Hormone) werden Werkzeuge der Industrie 4.0 erfolgreich eingesetzt. Die Produktionsgrundlage bilden lebende, gentechnisch veränderte Zellen. Um die Qualität der Substanzen zu gewährleisten, müssen über 200 Variablen überprüft werden. Trotz identischer Herstellungsverfahren weisen die Produkte eine hohe Variabilität auf. Führende Pharmahersteller nutzen deshalb Advanced Analytics, um ihre Produktion zu steigern. Dazu wird der gesamte Produktionsprozess in viele kleine Schritte zerlegt und geclustert. Zu den Clustern werden umfangreiche Daten zu Prozessen und Materialien erhoben. Laut einer Studie von McKinsey gelang es, Abhängigkeiten und die einflussreichsten Parameter herauszuarbeiten und Prozesse so anzupassen, dass die Impfstoffproduktion um mehr als 50 Prozent gesteigert werden konnte. Der Begriff Advanced Analytics steht für eine erweiterte Geschäftsanalytik, die anhand von Daten und Statistiken Muster und Zusammenhänge herausarbeiten kann. Durch die zunehmende Komplexität der Produktionsprozesse sind Werkzeuge nötig, die differenzierte Diagnosen liefern können.

Assistierte Montage im Future Work Lab

Medizinische Geräte oder Autos zusammenzusetzen, setzt motorisch anspruchsvolle Handgriffe voraus. Mit der Geschicklichkeit und Flexibilität eines Menschen können Maschinen nicht mithalten. Doch sie können Menschen bei der Montage unterstützen, indem sie das Auswendiglernen oder Nachschlagen einzelner Arbeitsschritte übernehmen. Im Future Work Lab des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation in Stuttgart wird an intelligenten Werkbänken geforscht. Mit Monitor und Projektor ausgestattete Montagetische können zum richtigen Zeitpunkt Videos abspielen, die zeigen, wie ein Produkt zusammengebaut werden soll. Der Projektor kann auf den Tisch projizieren, welches Bauteil als nächstes bearbeitet werden soll und wo sich Teile für die Montage befinden. Das System kennt den aktuellen Arbeitsstand, indem es die Handgriffe des Menschen über Kameras und die teilweise mit Chips ausgestatteten Bauteile registriert. Durch die assistierte Montage muss der Arbeiter oder die Arbeiterin sich die einzelnen Arbeitsschritte nicht vorher einprägen, was sich etwa bei sehr kleinen Stückzahlen nicht rechnen würde. Sie ermöglicht es, stark individualisierte Produkte anzufertigen. Angestellte können so auch sehr komplexe Montageabläufe meistern und werden von kleinteiligen, monotonen Arbeitsinhalten entlastet.

Was kann Industrie 4.0?

Effizienz steigern

Forschung und Entwicklung, Fertigung, Lager, Kundendienst und Buchhaltung in Unternehmen nutzen heute häufig getrennte Systeme. Fortan können alle Einheiten miteinander vernetzt operieren. Industrie 4.0 macht direkte Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen Menschen, Maschinen, Produkten, Logistik und Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette möglich. Prozesse können über Abteilungs-, Unternehmens- und Landesgrenzen hinweg intelligent aufeinander abgestimmt werden, um für mehr Effizienz in der Produktion zu sorgen.

Flexibilität und individuelle Produkte

Intelligente Wertschöpfungsketten können Kundenwünsche und angeschlossene Dienstleistungen von Anfang an mitdenken und integrieren. Dafür sind Informationsaustausch und Kooperation von Anfang bis Ende nötig: von der Produktidee über die Fertigung und Nutzung bis hin zum Recycling. Auf individuelle Kundenwünsche zugeschnittene Produkte können leichter hergestellt, schneller geliefert und besser gewartet werden. Auch sehr kleine Losgrössen können wirtschaftlich gefertigt werden. Grosse Sportschuhhersteller etwa bieten ihren Kunden den Service an, Farbe und Ausstattung ihrer Schuhe auszuwählen. Das industrielle Massenprodukt wird individualisiert.

Kosten reduzieren und Ressourcen schonen

Durch die Vernetzung aller an der Wertschöpfungskette beteiligten Akteure kann ein Teil der Produktion oder auch die gesamte Wertschöpfungskette analysiert und verbessert werden. Durch Informationen, die in Echtzeit vorliegen, können Unternehmen besser mit Veränderungen am Markt umgehen. Stehen etwa bestimmte Rohstoffe nicht zur Verfügung, können sie nicht nur schneller darauf reagieren, sondern auch unternehmensübergreifend Veränderungen im Produktionsprozess vornehmen, um Ressourcen einzusparen.

Wartungsvorhersagen (Englisch Predictive Maintenance)

In der Vergangenheit fand die Wartung von Anlagen in der Regel reaktiv nach Auftreten eines Fehlers statt, weil Veränderungen nicht erkannt werden konnten. Heute können Anlagen live und mobil überwacht werden. Dafür werden Daten genutzt, die ohnehin vorhanden sind und zusätzliche Sensoren etwa für Vibration und Akustik installiert. So können Geräusche, Drehzahl oder Temperaturen von Motoren analysiert und Unwuchten oder ungewöhnliche Vibrationen schnell erkannt werden. Der Zustand der Anlage ist zu jeder Zeit transparent und es können Vorhersagen für auftretende Fehler abgeleitet werden. Anlagen werden schon vor dem Ausfall gewartet und kostspielige Ausfallzeiten werden reduziert.

Maschinen entlasten Mitarbeitende

Das Internet der Dinge macht es möglich, dass sich Maschinen gegenseitig kontrollieren und untereinander oder mit dem Lagersystem kommunizieren können. Die Maschine merkt beispielsweise von allein, wann neue Teile aus dem Lager geholt werden müssen oder eine andere Maschine für den folgenden Produktionsschritt aktiviert werden muss. Durch einen hohen Grad der Digitalisierung und Automatisierung verändern sich die Einsatzgebiete von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Einfache, wiederkehrende oder körperlich anstrengende Tätigkeiten in der Montage oder Logistik können von Robotern oder selbstfahrenden Transportfahrzeugen übernommen werden. Mitarbeitende können sich so sinnvolleren Aufgaben wie der Verbesserung und der Entwicklung von Prozessen sowie der Kunden- und Lieferantenbetreuung widmen.

Innovation vorantreiben

Neben neuen, smarten Produkten und vernetzten Wertschöpfungsketten bieten die Ansätze der Industrie 4.0 auch Möglichkeiten für die Vermarktung neuer Dienstleistungen und die Entstehung völlig neuer Geschäftsmodelle. Einen vielversprechenden Zweig stellt hier die additive Fertigung beispielsweise per 3-D-Druck dar. Mit dem 3-D-Druck lassen sich sehr präzise und mit wenig Materialverlust komplexe Formen fertigen. Momentan ist die additive Fertigung nur für kleine Losgrössen geeignet.

Wie gelingt der Einstieg in Industrie 4.0?

Derzeit existiert noch keine grosse Auswahl etablierter und standardisierter Lösungen, die für eine Digitalisierung gebraucht werden. Unternehmen, die Werkzeuge der Industrie 4.0 einbinden wollen, setzen deshalb am Anfang auf individuelle Use Cases (Deutsch Anwendungsfälle). Diese Anwendungsfälle setzen sich aus verschiedenen Technologien, Methoden, Daten, Modellen und Diensten zusammen. Um die Produktivität zu steigern, ist eine genaue Analyse der gesamten Prozess- und Logistikkette nötig. Häufig soll und kann nur ein Teil erneuert oder optimiert werden. Diesen Teil zu identifizieren und durch passgenaue, effiziente Lösungen zu ersetzen, ist eine komplexe aber lohnende Aufgabe. Firmen sollten darauf achten, dass Informationen, Prozesse und Produkte vor der Digitalisierung qualitativ auf die aktuellen und neuen Anforderungen zugeschnitten werden. Professionelle Beratung und Begleitung durch einen erfahrenen Dienstleister helfen auf dem Weg ins digitale Business. Die Nutzung von Big Data kann ein ausschlaggebendes Instrument sein, um Erträge zu erhöhen, besonders bei hoher Komplexität und Variabilität der Produktionsprozesse. Unternehmen, die es schaffen, ihre Kompetenzen bei der Erhebung und Analyse ihrer Daten fortlaufend auszubauen, haben einen deutlichen Wettbewerbsvorteil gegenüber Mitbewerbern.

Welche Herausforderungen birgt Industrie 4.0?

Eine der grössten Herausforderungen der Industrie 4.0 ist der wirksame digitale Schutz von Betrieben vor Angriffen von aussen. Unternehmen müssen dafür sorgen, dass Daten, Produkte und Anlagen sicher sind und zu keinem Zeitpunkt eine Gefahr darstellen. Die Anfälligkeit der Systeme für Cyberattacken darf nicht unterschätzt werden. Eine weitere Herausforderung ist, weitreichende Standards und Normen zu etablieren, um die Kommunikation zwischen Menschen, Unternehmen, Produkten und Maschinen zu garantieren. Zudem ist es nötig, Akzeptanz in der Breite der Gesellschaft und der eigenen Belegschaft zu schaffen. Mitarbeitende und Führungskräfte sollten behutsam auf diese umfassenden Veränderungen vorbereitet und an Entscheidungsprozessen beteiligt werden, so dass ein positiver Zugang zu und ein kompetenter Umgang mit den Werkzeugen der Industrie 4.0 entstehen können.

Fazit

Mit den Möglichkeiten, die Industrie 4.0 bietet, kann die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie sowie die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Produktion deutlich erhöht werden. Industrie 4.0 ist damit eine mögliche Antwort auf die aktuellen Herausforderungen der verarbeitenden Industrie in der Schweiz. Intelligente, vernetzte Systeme sind in der Lage, Menschen bei ihrer Arbeit enorm zu unterstützen und immer mehr Standardaufgaben zu übernehmen. Trotzdem bleiben gut ausgebildete und erfahrene Mitarbeitende unersetzbar für den Erfolg eines Unternehmens. Viele Schweizer Unternehmen sind Innovationstreiber und der Digitalisierung gegenüber offen eingestellt. Sie haben längst Prozesse angestossen, um auch zukünftig mit tragfähigen Geschäftsmodellen erfolgreich zu sein. Doch auch Firmen, die diese Veränderungen bisher gemieden haben, brauchen den Mut und die Risikobereitschaft, um neue Dinge auszuprobieren und die Digitalisierung für sich zu nutzen. Nicht jede Neuerung wird zum Erfolg führen. Doch Unternehmen, die sich nicht rechtzeitig technisch und organisatorisch neu ausrichten, riskieren, von besser vorbereiteten Mitbewerbern oder neuen Marktteilnehmern abgehängt zu werden. Die Digitalisierung ist dabei nicht das Ziel an sich. Sie ist ein Mittel, mit dem Ziele erreicht werden können. Deshalb brauchen Unternehmen eine eigene Idee der Industrie 4.0, die zu ihnen und ihrer Branche passt.

Literatur & Quellen


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