Automatisierung und Industrie 4.0 Die Fabrik der Zukunft – selbstlernend, flexibel und smart
Auf der Hannover Messe 2011 stellten deutsche Forscher und Informatiker erstmals das Zukunftskonzept „Industrie 4.0“ vor: An die Stelle der linearen Fließbandproduktion treten modulare Fertigungskonzepte. Alle Maschinen werden miteinander vernetzt und organisieren sich selbst über digitale Plattformen, auf denen zahlreiche Datenströme zusammenfließen. Das Projekt entwickelte sich zu einem Exportschlager, das in Wirtschaft, Wissenschaft und Politik rund um den Globus Aufmerksamkeit und Anerkennung erfahren hat.
Auf dem Vormarsch
2021 ist die vierte industrielle Revolution in vollem Gange: Fabriken werden zunehmend digitaler, Maschinen intelligenter, Roboter immer leistungsfähiger. Aufgrund des demografischen Wandels mit rückläufigen Geburtenraten und steigender Lebenserwartung ist der Einsatz von Robotern unerlässlich, um Produktivitätsverluste auszugleichen.
In Europa werden bereits etwa 580.000 Industrieroboter eingesetzt – im Vergleich zum Vorjahr stieg der Bestand um 7 Prozent, sagt Milton Guerry, Präsident der International Federation of Robotics. Deutschland ist in der Europäischen Union mit rund 221.500 Industrierobotern die am stärksten automatisierte Volkswirtschaft.
Der größte Markt für Industrieroboter ist nach wie vor Asien – der Bestand des größten regionalen Abnehmers, China, stieg 2019 um 21 Prozent und lag Anfang 2020 bei 783.000 Einheiten. An zweiter Stelle steht Japan mit knapp 355.000 Einheiten – ein Plus von 12 Prozent. Ein Aufsteiger in der Region ist Indien mit einem neuen Rekordbestand von rund 26.300 Einheiten – ein Plus von 15 Prozent. Damit hat sich die Zahl der Industrieroboter in den indischen Fabriken innerhalb von fünf Jahren verdoppelt.
Ihr Einsatz erfolgt derzeit noch überwiegend in der Automobil- oder der elektronischen Industrie. Aufgrund der Digitalisierung werden Maschinen „intelligenter“, entsprechend erweitern sich ihre Einsatzmöglichkeiten. Künftig dürften Roboter vermehrt in anderen Bereichen zu finden sein beispielsweise im Gesundheitswesen.
Fabrik der Zukunft
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Wichtige Elemente für die Fabrik der Zukunft sind neue Fertigungstechnologien wie der 3D-Druck für Werkzeuge und Komponenten, ein großflächiger Einsatz von Robotern, die mit den Menschen zusammenarbeiten, maschinelles Lernen und eine Lagerautomatisierung. An allen wichtigen Schnittstellen sammeln Sensoren große Mengen an Daten, die zusammengefasst und analysiert werden, um zeitnah Rückmeldungen in den Entwicklungs- oder Produktionsprozess einzuspeisen. Daraus resultierende Anpassungen oder Korrekturen erfolgen weitgehend automatisch.
Eng verbunden mit der Fabrik der Zukunft ist das Internet der Dinge im industriellen Bereich (IIoT), also die Vernetzung der betrieblichen Einheiten mittels intelligenter Systeme und flexibler Produktionstechniken. Ein zentraler Bestandteil dessen ist das Produkt-Lebenszyklus-Management. Dabei werden sämtliche Daten nahtlos integriert, die im Verlauf des Lebenszyklus eines Produktes anfallen. Damit lässt sich eine hohe Effizienz über die gesamte Zeit erreichen – von Entwicklung über Produktion bis hin zu Vertrieb, Serviceleistungen, Entsorgung und gegebenenfalls Recycling.
Diese Trends werden mittelfristig zu großen Verschiebungen innerhalb der Volkswirtschaften führen. Für die Industrie birgt das sowohl Chancen als auch Risiken.
Chancen
Die Hauptgründe für Unternehmen, die Automatisierung voranzutreiben, sind die Steigerung der Produktivität bei gleichzeitigen Kosteneinsparungen sowie die Verbesserung der Produktqualität. Die Corona-Krise hat nicht zuletzt für einen Boom bei Industrie-4.0-Technologien gesorgt: Zahlreiche Fabriken mussten über Nacht in weiten Teilen der Welt schließen. Das hat zu wesentlichen Unterbrechungen in den Lieferketten geführt, auf die die meisten Unternehmen nicht vorbereitet waren.
Aufgrund dessen haben Unternehmen zunehmend ihre Betriebsmittel, Maschinen und Logistiksysteme in Cyber-Physical-Systems (CPS) mit dem Internet vernetzt. Sie ermöglichen die Steuerung und die Kontrolle von komplexen Systemen und Infrastrukturen. Die Folge: Es entsteht eine intelligente Produktion, in der sich alle Objekte durch den eigenständigen Informationsaustausch gegenseitig steuern. Somit unterliegt die daraus entstehende „Smart Factory“ einer völlig neuen Produktionslogik.
