Vierte industrielle Revolution: Was sind die Prinzipien von Industrie 4.0?

Die vierte industrielle Revolution verändert, wie Unternehmen Produkte entwickeln, fertigen und über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg betreuen. Maschinen, Materialien, Produkte, Software und Menschen werden digital miteinander vernetzt. Daten aus Produktion und Unternehmensprozessen stehen dadurch schneller zur Verfügung und können für Planung, Steuerung und Optimierung genutzt werden.

Dieses Konzept wird als Industrie 4.0 bezeichnet. Die Zahl 4.0 verweist darauf, dass Industrie 4.0 als vierte grundlegende Entwicklungsstufe der industriellen Produktion verstanden wird.

Im Mittelpunkt stehen nicht einzelne Maschinen oder eine bestimmte Software. Entscheidend ist das Zusammenspiel aus vernetzten Systemen, aktuellen Daten, automatisierter Kommunikation und neuen Formen der Entscheidungsunterstützung.

Die vierte industrielle Revolution basiert auf vier zentralen Gestaltungsprinzipien:

1. Vernetzung
2. Informationstransparenz
3. dezentrale Entscheidungen
4. technische Assistenz

Diese Prinzipien helfen Unternehmen dabei, Industrie-4.0-Anwendungen einzuordnen und konkrete Einsatzmöglichkeiten für Produktion, Logistik, Qualität, Instandhaltung und Unternehmenssteuerung zu entwickeln.

Was ist die vierte industrielle Revolution?

Die vierte industrielle Revolution bezeichnet die digitale Vernetzung industrieller Prozesse mithilfe moderner Informations- und Kommunikationstechnologien.

Menschen, Maschinen, Anlagen, Produkte und Softwaresysteme tauschen Informationen aus und arbeiten auf einer gemeinsamen Datengrundlage zusammen. Dadurch lassen sich Produktions- und Logistikprozesse flexibler planen, transparenter überwachen und bei Veränderungen schneller anpassen.

Industrie 4.0 verbindet unter anderem:

• Produktionstechnik
• Informationstechnologie
• Kommunikationstechnologie
• Automatisierung
• Sensorik
• Datenanalyse
• künstliche Intelligenz
• betriebswirtschaftliche Software
• vernetzte Produkte und Services

Die vierte industrielle Revolution betrifft nicht nur den Shopfloor. Sie verbindet die Produktion mit Einkauf, Materialwirtschaft, Lager, Vertrieb, Service, Qualität, Instandhaltung und Controlling.

Ein Beispiel: Eine Maschine meldet einen ungeplanten Stillstand. Diese Information ist nicht nur für die Instandhaltung relevant. Der Ausfall kann auch Fertigungsreihenfolgen, Materialbereitstellung, Folgeaufträge und zugesagte Liefertermine beeinflussen. In einer vernetzten Systemlandschaft können diese Zusammenhänge schneller sichtbar und neu bewertet werden.

Warum heißt es Industrie 4.0?

Die Bezeichnung Industrie 4.0 greift die Vorstellung auf, dass die industrielle Entwicklung vier grundlegende Stufen durchlaufen hat.

Die Ergänzung „4.0“ erinnert an die Versionsbezeichnungen von Software und kennzeichnet eine neue Entwicklungsstufe. Industrie 4.0 bezeichnet dabei weniger eine einzelne Erfindung als die Verbindung mehrerer technologischer und organisatorischer Entwicklungen.

Dazu gehören insbesondere:

• digitale Vernetzung
• industrielle Sensorik
• Internet of Things
• cyber-physische Systeme
• Cloud Computing
• künstliche Intelligenz
• Big Data
• digitale Zwillinge
• Robotik
• automatisierte Datenverarbeitung
• vernetzte Unternehmenssoftware

Die vier industriellen Revolutionen im Überblick

Die vierte industrielle Revolution baut auf den technologischen Entwicklungen der vorangegangenen Phasen auf.

Erste industrielle Revolution: Mechanisierung

Die erste industrielle Revolution begann mit dem Übergang von handwerklicher Arbeit zu mechanisierten Produktionsverfahren.

Maschinen wurden zunächst durch Wasser- und später verstärkt durch Dampfkraft angetrieben. Besonders sichtbar wurde diese Entwicklung in der Textilindustrie, im Bergbau, in der Metallverarbeitung und im Transportwesen.

Charakteristische Merkmale waren:

• mechanische Produktionsanlagen
• Wasser- und Dampfkraft
• Übergang von Handarbeit zu Maschinenarbeit
• Entstehung industrieller Fabriken
• zunehmende Arbeitsteilung

Zweite industrielle Revolution: Elektrifizierung und Massenproduktion

Die zweite industrielle Revolution wurde durch Elektrizität, Fließbandfertigung und eine stärkere Standardisierung geprägt.

Produkte konnten in höheren Stückzahlen und mit wiederholbaren Abläufen hergestellt werden.

Typische Merkmale waren:

• elektrische Energie
• Fließbandproduktion
• Massenfertigung
• Standardisierung
• weitergehende Arbeitsteilung
• größere Produktionsvolumen

Dritte industrielle Revolution: Automatisierung

Die dritte industrielle Revolution brachte Elektronik, Informationstechnologie und computergestützte Steuerungen in die industrielle Produktion.

Maschinen und Anlagen konnten automatisiert gesteuert und Produktionsprozesse genauer überwacht werden.

Kennzeichnend waren:

• Elektronik
• Computertechnik
• speicherprogrammierbare Steuerungen
• CNC-Maschinen
• Industrieroboter
• automatisierte Produktionsanlagen
• digitale Unternehmenssoftware

Vierte industrielle Revolution: intelligente Vernetzung

Die vierte industrielle Revolution erweitert die Automatisierung um eine weitreichende digitale Vernetzung.

Maschinen, Produkte, Sensoren, Mitarbeitende und Unternehmenssysteme können Daten austauschen. Informationen werden nicht nur lokal an einer Maschine genutzt, sondern übergreifend in Produktions-, Logistik- und Geschäftsprozesse eingebunden.

Typische Merkmale sind:

• vernetzte Maschinen und Anlagen
• cyber-physische Systeme
• Echtzeitdaten
• Internet of Things
• digitale Zwillinge
• intelligente Assistenzsysteme
• datenbasierte Entscheidungen
• flexible Produktionssysteme
• Verbindung von Shopfloor und ERP
• standort- und unternehmensübergreifende Datenflüsse

Der entscheidende Unterschied zur dritten industriellen Revolution liegt somit nicht allein in einem höheren Automatisierungsgrad. Neu ist vor allem die intelligente Vernetzung bislang getrennter Systeme und Prozesse.

Was sind die Prinzipien von Industrie 4.0?

Industrie 4.0 lässt sich anhand von vier grundlegenden Gestaltungsprinzipien erklären:

1. Vernetzung
2. Informationstransparenz
3. dezentrale Entscheidungen
4. technische Assistenz

Die vier Prinzipien beschreiben keine konkrete technische Architektur. Sie geben vielmehr Orientierung dafür, wie eine Industrie-4.0-Umgebung organisatorisch und technologisch gestaltet werden kann.

1. Vernetzung

Vernetzung bedeutet, dass Menschen, Maschinen, Produkte, Sensoren und Softwaresysteme Informationen austauschen können.

Diese Verbindung kann innerhalb einer Maschine, einer Fabrik, zwischen mehreren Standorten oder über Unternehmensgrenzen hinweg erfolgen.

Beispiele für Vernetzung

• Eine Maschine meldet ihren Betriebszustand an ein übergeordnetes System.
• Ein Fertigungsauftrag wird aus dem ERP-System an die Produktion übergeben.
• Ein Sensor erfasst Temperatur, Druck oder Vibration.
• Eine Materialentnahme aktualisiert den verfügbaren Lagerbestand.
• Lieferanten erhalten Bedarfsinformationen über eine digitale Schnittstelle.
• Qualitätsdaten werden einem bestimmten Auftrag und Produkt zugeordnet.
• Produktionsmengen fließen in Planung und Nachkalkulation ein.

Welche Technologien ermöglichen die Vernetzung?

Zu den möglichen technischen Grundlagen gehören:

• Schnittstellen und APIs
• Sensoren
• Industrial Internet of Things
• Maschinenkommunikation
• RFID
• Barcodes
• mobile Endgeräte
• Netzwerktechnik
• Cloud- und Edge-Systeme
• ERP-, MES- und Produktionssysteme

Vernetzung allein erzeugt noch keinen konkreten Nutzen. Die übertragenen Informationen müssen fachlich verständlich, korrekt zugeordnet und für den jeweiligen Prozess relevant sein.

2. Informationstransparenz

Informationstransparenz bedeutet, dass relevante Zustände, Abläufe und Abhängigkeiten digital sichtbar werden.

Daten aus Maschinen, Produkten und Prozessen werden mit ihrem betrieblichen Kontext verbunden. Dadurch entsteht ein digitales Bild der realen Produktion.

Beispiele für Informationstransparenz

• Der aktuelle Fortschritt eines Fertigungsauftrags ist sichtbar.
• Materialengpässe werden vor der Auftragsfreigabe erkannt.
• Maschinenstillstände werden mit Zeitpunkt und Ursache erfasst.
• Plan- und Ist-Zeiten können verglichen werden.
• Qualitätsabweichungen lassen sich einem Arbeitsgang zuordnen.
• Produktionsleitung und Vertrieb sehen den aktuellen Auftragsstatus.
• Energie- oder Materialverbräuche werden einem Prozess zugeordnet.
• Bestände und Reservierungen sind standortübergreifend verfügbar.

Warum ist Informationstransparenz wichtig?

Ohne aktuelle und verständliche Informationen müssen Entscheidungen häufig auf Erfahrungswerten, Schätzungen oder verspäteten Berichten beruhen.

Informationstransparenz unterstützt:

• Produktionsplanung
• Fertigungssteuerung
• Qualitätssicherung
• Instandhaltung
• Lieferterminermittlung
• Bestandsmanagement
• Nachkalkulation
• Prozessverbesserung

Transparenz bedeutet jedoch nicht, dass jede Person auf sämtliche Daten zugreifen sollte. Zugriffsrechte, Datenschutz, Geschäftsgeheimnisse und Informationssicherheit müssen berücksichtigt werden.

3. Dezentrale Entscheidungen

Dezentrale Entscheidungen bedeuten, dass miteinander vernetzte Systeme bestimmte Situationen selbstständig bewerten und innerhalb definierter Regeln reagieren können.

Entscheidungen müssen dadurch nicht immer vollständig durch eine zentrale Instanz getroffen werden.

Beispiele für dezentrale Entscheidungen

• Eine Anlage meldet, dass eine Wartung erforderlich ist.
• Ein System erkennt eine Abweichung und erzeugt eine Warnung.
• Eine Maschine passt einen definierten Prozessparameter innerhalb zulässiger Grenzen an.
• Ein Materialbehälter löst bei Erreichen eines Grenzwerts Nachschub aus.
• Ein Produktionssystem schlägt bei einem Ausfall eine alternative Maschine vor.
• Ein fahrerloses Transportsystem wählt eine verfügbare Route.
• Ein Qualitätsprozess sperrt eine betroffene Charge nach einer festgelegten Regel.

Welche Grenzen benötigen dezentrale Entscheidungen?

Nicht jede Entscheidung sollte automatisiert oder dezentral getroffen werden.

Unternehmen müssen festlegen:

• Welche Entscheidungen darf das System treffen?
• Welche Grenzwerte gelten?
• Wann ist eine menschliche Freigabe erforderlich?
• Wie werden Entscheidungen dokumentiert?
• Wie kann eingegriffen werden?
• Wer trägt die Verantwortung?
• Was geschieht bei widersprüchlichen Informationen?
• Wie wird auf Systemfehler reagiert?

Dezentralität bedeutet daher nicht den vollständigen Verzicht auf zentrale Steuerung. Sie beschreibt eine sinnvolle Verteilung von Entscheidungen zwischen Menschen, Maschinen und Softwaresystemen.

4. Technische Assistenz

Technische Assistenz bedeutet, dass digitale oder physische Systeme Menschen bei ihrer Arbeit unterstützen.

Die Unterstützung kann Informationen bereitstellen, Entscheidungen vorbereiten oder körperlich belastende Aufgaben übernehmen.

Informationsbasierte Assistenz

Informationsbasierte Assistenzsysteme stellen relevante Daten verständlich und situationsbezogen bereit.

Beispiele sind:

• digitale Arbeitsanweisungen
• auftragsbezogene Zeichnungen
• Warnmeldungen
• visuelle Dashboards
• mobile Fertigungsinformationen
• Schritt-für-Schritt-Anleitungen
• kontextbezogene Qualitätsvorgaben
• Unterstützung bei Fehlersuche und Diagnose

Physische Assistenz

Physische Assistenzsysteme unterstützen Menschen bei körperlich anstrengenden, gefährlichen oder besonders präzisen Aufgaben.

Beispiele sind:

• kollaborative Robotik
• Hebe- und Positionierhilfen
• fahrerlose Transportsysteme
• ergonomische Assistenzsysteme
• automatisierte Materialbereitstellung
• unterstützende Greif- und Montagesysteme

Technische Assistenz soll menschliche Fähigkeiten ergänzen. Bei der Einführung müssen Sicherheit, Ergonomie, Bedienbarkeit und Qualifizierung berücksichtigt werden.

Sind Interoperabilität und Echtzeitfähigkeit ebenfalls Prinzipien von Industrie 4.0?

In verschiedenen Darstellungen werden neben den vier grundlegenden Gestaltungsprinzipien weitere Merkmale genannt. Häufig erscheinen beispielsweise:

• Interoperabilität
• Echtzeitfähigkeit
• Modularität
• Serviceorientierung
• Virtualisierung

Diese Begriffe widersprechen den vier Grundprinzipien nicht. Sie konkretisieren einzelne technische oder organisatorische Eigenschaften.

Interoperabilität

Interoperabilität bezeichnet die Fähigkeit unterschiedlicher Systeme, Geräte und Anwendungen, Daten auszutauschen und sinnvoll weiterzuverarbeiten.

Sie ist eine wesentliche Voraussetzung für Vernetzung.

Echtzeitfähigkeit

Echtzeitfähigkeit bedeutet, dass Informationen schnell genug erfasst, verarbeitet und bereitgestellt werden, um einen bestimmten Prozess rechtzeitig zu unterstützen.

Nicht jeder Industrie-4.0-Anwendungsfall benötigt Reaktionen innerhalb von Millisekunden. Entscheidend ist die für den konkreten Prozess erforderliche Geschwindigkeit.

Modularität

Modulare Systeme lassen sich aus einzelnen Komponenten zusammensetzen und bei veränderten Anforderungen anpassen oder erweitern.

Serviceorientierung

Serviceorientierung beschreibt die Bereitstellung klar definierter Funktionen oder Daten, die von verschiedenen Systemen und Prozessen genutzt werden können.

Virtualisierung

Virtualisierung bezeichnet die digitale Abbildung physischer Produkte, Anlagen oder Prozesse. Ein mögliches Beispiel ist der digitale Zwilling.

Welche Komponenten gehören zur vierten industriellen Revolution?

Die Prinzipien beschreiben die grundlegende Gestaltung. Für ihre Umsetzung werden verschiedene technische und organisatorische Komponenten benötigt.

Cyber-physische Systeme

Cyber-physische Systeme verbinden physische Objekte mit Software, Sensorik, Datenverarbeitung und Kommunikation.

Eine Maschine kann beispielsweise:

• ihren Zustand erfassen
• Prozesswerte bereitstellen
• Informationen empfangen
• mit anderen Systemen kommunizieren
• innerhalb definierter Regeln reagieren

Internet of Things und Industrial Internet of Things

Das Internet of Things verbindet physische Objekte mit digitalen Netzwerken.

Im industriellen Umfeld wird häufig vom Industrial Internet of Things gesprochen. Dabei werden beispielsweise Maschinen, Sensoren, Werkzeuge, Produkte und Transportsysteme miteinander vernetzt.

Sensorik

Sensoren erfassen physische Zustände und Prozesswerte, zum Beispiel:

• Temperatur
• Druck
• Vibration
• Position
• Geschwindigkeit
• Feuchtigkeit
• Energieverbrauch
• Füllstand
• Stückzahl

Die erfassten Daten müssen einem Prozess, Auftrag, Produkt oder Betriebsmittel eindeutig zugeordnet werden, um einen betrieblichen Nutzen zu schaffen.

Cloud und Edge Computing

Cloud-Systeme stellen IT-Ressourcen und Anwendungen über externe oder verteilte Infrastrukturen bereit.

Edge Computing verarbeitet Daten näher an der Maschine oder Datenquelle. Dadurch können Informationen lokal ausgewertet werden, bevor ausgewählte Ergebnisse an weitere Systeme übertragen werden.

Welche Architektur geeignet ist, hängt unter anderem von Datenmenge, Reaktionszeit, Verfügbarkeit, Sicherheit und Systemlandschaft ab.

Big Data und Datenanalyse

Vernetzte Systeme können große und vielfältige Datenmengen erzeugen.

Datenanalyse hilft dabei:

• Muster zu erkennen
• Abweichungen zu untersuchen
• Ursachen einzugrenzen
• Prozesse zu vergleichen
• Prognosen zu erstellen
• Entscheidungen vorzubereiten

Die Qualität der Ergebnisse hängt wesentlich von Datenqualität, Kontext und geeigneter fachlicher Interpretation ab.

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz kann Daten analysieren und beispielsweise bei folgenden Aufgaben unterstützen:

• Anomalien erkennen
• Qualitätsabweichungen untersuchen
• Bedarfe prognostizieren
• Wartungsentscheidungen vorbereiten
• Produktionsdaten klassifizieren
• Muster in Störungen erkennen
• Informationen in Dokumenten auffinden
• Planungsvorschläge erstellen

KI setzt geeignete Daten, klar definierte Anwendungsfälle und eine fachliche Prüfung der Ergebnisse voraus.

Digitale Zwillinge

Ein digitaler Zwilling bildet ein physisches Produkt, eine Maschine oder einen Prozess digital ab.

Je nach Anwendung kann er genutzt werden, um:

• Zustände zu visualisieren
• Varianten zu vergleichen
• Veränderungen zu simulieren
• Wartung vorzubereiten
• Prozesse zu analysieren
• Produktionsszenarien zu prüfen

Robotik

Roboter können automatisierte oder teilautomatisierte Aufgaben übernehmen.

Kollaborative Systeme sind darauf ausgerichtet, Menschen bei bestimmten Tätigkeiten zu unterstützen. Die konkrete Anwendung benötigt eine geeignete Sicherheits- und Prozessgestaltung.

ERP-Systeme

Ein ERP-System verbindet betriebswirtschaftliche und logistische Informationen mit den Produktionsprozessen.

Dazu gehören beispielsweise:

• Kundenaufträge
• Stücklisten
• Arbeitspläne
• Materialbedarfe
• Lagerbestände
• Beschaffung
• Fertigungsaufträge
• Kapazitäten
• Liefertermine
• Qualität
• Kosten
• Rechnungswesen

Das ERP-System schafft damit den geschäftlichen Kontext für Daten aus Maschinen und Produktion.

MES, BDE und MDE

Ein Manufacturing Execution System unterstützt abhängig vom Funktionsumfang die operative Ausführung und Überwachung der Produktion.

Die Betriebsdatenerfassung erfasst unter anderem auftragsbezogene Zeiten, Mengen und Zustände.

Die Maschinendatenerfassung übernimmt technische Daten unmittelbar aus Maschinen und Anlagen.

Entscheidend ist eine klare Aufgabenteilung zwischen den Systemen.

Welche Rolle spielt ERP in der vierten industriellen Revolution?

Industrie 4.0 benötigt nicht nur Maschinendaten. Die technischen Informationen müssen mit Kundenaufträgen, Material, Terminen, Qualität und Kosten verbunden werden.

Eine Maschine kann beispielsweise melden, dass sie 500 Teile gefertigt hat. Ohne den betrieblichen Kontext ist jedoch nicht automatisch klar:

• Zu welchem Fertigungsauftrag gehören die Teile?
• Welcher Kunde hat sie bestellt?
• Welche Materialcharge wurde verwendet?
• Welcher Arbeitsplan gilt?
• Welche Qualitätsanforderungen müssen erfüllt werden?
• Welche Folgeprozesse sind betroffen?
• Ist der zugesagte Liefertermin weiterhin realistisch?
• Welche Ist-Kosten sind entstanden?

Das ERP-System stellt diesen Zusammenhang her.

ERP und Vernetzung

Das ERP-System verbindet Produktionsinformationen mit Einkauf, Vertrieb, Lager, Controlling und weiteren Bereichen.

ERP und Informationstransparenz

Auftragsstatus, Materialverfügbarkeit, Bestände, Kosten und Termine können auf einer gemeinsamen Datenbasis betrachtet werden.

ERP und dezentrale Entscheidungen

ERP-Daten liefern den Geschäftskontext, den automatisierte Regeln und Planungssysteme für ihre Vorschläge oder Entscheidungen benötigen.

ERP und technische Assistenz

Digitale Arbeitsvorräte, rollenbezogene Informationen und auftragsbezogene Dokumente können Mitarbeitende bei der Ausführung ihrer Aufgaben unterstützen.

Beispiele für Industrie 4.0 im Fertigungsunternehmen

Digitale Fertigungsaufträge

Mitarbeitende erhalten Aufträge, Zeichnungen und Arbeitsanweisungen digital am Arbeitsplatz.

Automatische Maschinendatenerfassung

Maschinenzustände, Stückzahlen und Stillstände werden automatisch erfasst und einem Auftrag oder einer Ressource zugeordnet.

Vernetzte Materialversorgung

Materialbedarfe werden aus Produktionsaufträgen ermittelt und mit Lagerbeständen, Reservierungen und offenen Bestellungen abgeglichen.

Zustandsorientierte Instandhaltung

Maschinenzustände und Störungsinformationen werden genutzt, um Wartungsbedarf gezielter zu beurteilen.

Digitale Qualitätsprüfung

Prüfmerkmale, Messwerte und Abweichungen werden dem jeweiligen Auftrag, Arbeitsgang oder Produkt zugeordnet.

Rückverfolgbarkeit

Materialien, Chargen, Seriennummern, Arbeitsgänge und Qualitätsdaten werden miteinander verbunden.

Produktionsfeinplanung

Aufträge werden unter Berücksichtigung von Ressourcen, Abhängigkeiten und Prioritäten detailliert eingeplant.

Digitaler Zwilling

Eine Maschine, ein Produkt oder ein Prozess wird digital abgebildet, um Zustände sichtbar zu machen oder Szenarien zu untersuchen.

Assistenzsysteme

Digitale Anleitungen, Warnungen und Entscheidungshilfen unterstützen Mitarbeitende bei komplexen Aufgaben.

Welche Vorteile bietet die vierte industrielle Revolution?

Industrie 4.0 kann Unternehmen in verschiedenen Bereichen unterstützen.

Flexiblere Produktion

Vernetzte Systeme erleichtern die Anpassung an geänderte Aufträge, Varianten und Prioritäten.

Höhere Transparenz

Aktuelle Daten machen Auftragsfortschritt, Maschinenauslastung, Materialverfügbarkeit und Qualitätsstatus sichtbar.

Schnellere Reaktion

Abweichungen können früher erkannt und Maßnahmen schneller eingeleitet werden.

Durchgängige Prozesse

Informationen müssen seltener manuell zwischen Abteilungen und Systemen übertragen werden.

Bessere Rückverfolgbarkeit

Produkte, Materialien und Prozesse können digital miteinander verknüpft werden.

Fundiertere Entscheidungen

Planung und Steuerung erhalten aktuellere und umfassendere Informationen.

Unterstützung individueller Produkte

Flexible Systeme können Varianten und kleinere Losgrößen wirtschaftlicher unterstützen.

Neue Services

Nutzungs- und Zustandsdaten können die Grundlage für zusätzliche digitale Dienstleistungen bilden.

Ressourceneffizienz

Daten über Material-, Energie- und Prozessverbräuche können helfen, Verbesserungspotenziale zu erkennen.

Diese Vorteile entstehen nicht automatisch durch die Anschaffung neuer Technologien. Prozesse, Daten, Verantwortlichkeiten und Systemintegration müssen gemeinsam gestaltet werden.

Welche Herausforderungen bringt Industrie 4.0 mit sich?

Datenqualität

Unvollständige oder fehlerhafte Daten beeinträchtigen Planung, Automatisierung und Analysen.

IT- und Informationssicherheit

Mehr Vernetzung schafft zusätzliche technische Zugänge und Abhängigkeiten. Sicherheitsanforderungen müssen von Anfang an berücksichtigt werden.

Datenschutz

Personenbezogene Daten dürfen nur im zulässigen Rahmen verarbeitet werden. Zugriffe und Verwendungszwecke müssen geklärt sein.

Fehlende Standards

Maschinen und Systeme unterschiedlicher Hersteller verwenden möglicherweise verschiedene Schnittstellen und Datenformate.

Veraltete Anlagen

Nicht jede Bestandsmaschine kann einfach oder wirtschaftlich vernetzt werden.

Getrennte Systeme

Digitale Einzellösungen erzeugen keinen durchgängigen Prozess, wenn Daten mehrfach gepflegt und manuell übertragen werden.

Fachkräfte und Kompetenzen

Mitarbeitende benötigen digitales, fachliches und prozessuales Verständnis. Reine Systemschulungen reichen dafür nicht immer aus.

Investitionsbedarf

Sensorik, Schnittstellen, Software, Infrastruktur und Qualifizierung benötigen Ressourcen. Der erwartete Nutzen sollte deshalb für jeden Anwendungsfall bewertet werden.

Organisatorische Veränderung

Industrie 4.0 verändert Rollen, Verantwortlichkeiten und Zusammenarbeit. Change Management ist daher ein wichtiger Bestandteil.

Unklare Verantwortlichkeiten

Für Daten, Systeme und automatisierte Entscheidungen müssen eindeutige Verantwortlichkeiten bestehen.

Wie können mittelständische Unternehmen Industrie 4.0 umsetzen?

Industrie 4.0 muss nicht als unternehmensweites Großprojekt beginnen. Ein schrittweises Vorgehen reduziert Komplexität und schafft früh verwertbare Erfahrungen.

1. Ausgangslage analysieren

Zunächst werden Prozesse, Systeme, Maschinen, Schnittstellen und Datenflüsse untersucht.

2. Konkretes Problem definieren

Geeignete Ausgangsfragen sind beispielsweise:

• Warum fehlen aktuelle Informationen über Fertigungsaufträge?
• Wo entstehen doppelte Eingaben?
• Warum werden Störungen erst spät erkannt?
• Welche Daten fehlen für eine verlässliche Planung?
• Warum stimmen Buch- und Ist-Bestände nicht überein?
• Wo entstehen lange Warte- und Liegezeiten?

3. Ziel und Kennzahlen festlegen

Das Ziel sollte messbar formuliert sein.

Beispiele:

• Auftragsstatus schneller verfügbar machen
• manuelle Rückmeldungen reduzieren
• Stillstandsgründe strukturiert erfassen
• Materialverfügbarkeit vor Auftragsfreigabe prüfen
• Plan-Ist-Abweichungen sichtbar machen

4. Pilotprozess auswählen

Ein geeigneter Pilot ist relevant, aber klar abgrenzbar. Seine Ergebnisse sollten messbar und später auf andere Bereiche übertragbar sein.

5. Daten und Stammdaten prüfen

Vor Automatisierung oder KI müssen zentrale Daten verlässlich sein.

6. Systemarchitektur klären

Unternehmen sollten definieren:

• Welche Aufgaben übernimmt das ERP-System?
• Wird ein MES benötigt?
• Welche Daten liefert die BDE?
• Welche Maschinen werden über MDE angebunden?
• Wo erfolgen Analysen?
• Welche Systeme sind führend?
• Wie werden Schnittstellen überwacht?

7. Mitarbeitende einbinden

Beschäftigte aus Produktion, Planung, Qualität, Logistik, Instandhaltung und IT verfügen über wichtiges Prozesswissen.

8. Pilot testen und auswerten

Neben technischen Funktionen sollten auch Bedienbarkeit, Datenqualität, Prozesswirkung und Verantwortlichkeiten geprüft werden.

9. Erfolgreiche Ansätze standardisieren

Erprobte Prozesse werden dokumentiert, geschult und auf weitere Bereiche übertragen.

10. Kontinuierlich weiterentwickeln

Industrie 4.0 ist kein einmaliger Endzustand. Systeme, Prozesse und Anforderungen verändern sich weiter.

Industrie 4.0 mit Abas ERP

Abas ERP verbindet zentrale Geschäftsprozesse mittelständischer Fertigungsunternehmen in einem gemeinsamen Systemzusammenhang.

Dazu gehören unter anderem:

• Vertrieb
• Einkauf
• Materialwirtschaft
• Produktionsplanung
• Fertigungssteuerung
• Lager
• Qualitätsmanagement
• Projektmanagement
• Rechnungswesen
• Controlling

Das ERP-System stellt den betrieblichen Kontext für die vier Prinzipien von Industrie 4.0 bereit.

Vernetzung mit Abas ERP

Kundenaufträge, Materialien, Fertigungsaufträge, Bestände und Kosten werden miteinander verbunden. Ergänzende Systeme können über geeignete Schnittstellen in die Prozesslandschaft eingebunden werden.

Informationstransparenz mit Abas ERP

Aktuelle Stamm-, Auftrags-, Material- und Fertigungsdaten schaffen eine gemeinsame Informationsbasis für verschiedene Unternehmensbereiche.

Dezentrale Entscheidungen mit Abas ERP

Regeln, Workflows und aktuelle Prozessdaten können Mitarbeitende und ergänzende Systeme bei betrieblichen Entscheidungen unterstützen.

Technische Assistenz mit Abas ERP

Digitale Arbeitsvorräte, auftragsbezogene Dokumente und rollenbezogene Informationen unterstützen Mitarbeitende in Planung, Fertigung, Lager und weiteren Bereichen.

Ergänzende Lösungen für Feinplanung, Betriebsdatenerfassung, Maschinendaten und Production Intelligence können die Verbindung zwischen ERP, Shopfloor und Datenanalyse erweitern.

Welche Funktionen und Systemkomponenten erforderlich sind, hängt von Fertigungsart, Unternehmensstruktur, Maschinenpark und konkreten Zielsetzungen ab.

Checkliste: Ist Ihr Unternehmen bereit für die vierte industrielle Revolution?

Strategie und Ziele

• Gibt es konkrete Industrie-4.0-Ziele?
• Sind die wichtigsten betrieblichen Probleme bekannt?
• Ist der erwartete Nutzen beschrieben?
• Gibt es messbare Ausgangswerte?
• Ist die Geschäftsleitung eingebunden?

Prozesse

• Sind zentrale Produktionsprozesse dokumentiert?
• Sind Medienbrüche sichtbar?
• Werden Daten mehrfach erfasst?
• Sind Ausnahmefälle bekannt?
• Sind Verantwortlichkeiten geklärt?

Vernetzung

• Welche Maschinen und Systeme sollen verbunden werden?
• Welche Daten werden tatsächlich benötigt?
• Sind Schnittstellen verfügbar?
• Sind führende Systeme definiert?
• Gibt es eine geregelte Fehlerbehandlung?

Informationstransparenz

• Ist der Auftragsfortschritt aktuell verfügbar?
• Sind Materialbestände und Reservierungen transparent?
• Werden Störungen strukturiert erfasst?
• Können Plan- und Ist-Werte verglichen werden?
• Sind Qualitätsdaten eindeutig zugeordnet?

Dezentrale Entscheidungen

• Welche Entscheidungen dürfen Systeme treffen?
• Welche Grenzwerte gelten?
• Wann ist eine menschliche Freigabe erforderlich?
• Sind Eskalationswege definiert?
• Werden Entscheidungen dokumentiert?

Technische Assistenz

• Erhalten Mitarbeitende aktuelle Arbeitsinformationen?
• Sind digitale Anweisungen verständlich?
• Unterstützen Systeme konkrete Tätigkeiten?
• Sind Bedienbarkeit und Ergonomie berücksichtigt?
• Gibt es ausreichende Schulungen?

Daten

• Sind Stammdaten vollständig?
• Gibt es Datenverantwortliche?
• Sind Qualitätsregeln definiert?
• Werden Daten rechtzeitig erfasst?
• Sind Datenschutz und Informationssicherheit berücksichtigt?

ERP und Systemlandschaft

• Verbindet das ERP-System Auftrag, Material, Fertigung und Kosten?
• Sind die Rollen von ERP, APS, MES, BDE und MDE geklärt?
• Werden doppelte Datenbestände vermieden?
• Sind Schnittstellen dokumentiert?
• Unterstützt die Architektur spätere Erweiterungen?

Organisation und Kompetenzen

• Sind Mitarbeitende frühzeitig eingebunden?
• Gibt es Key User?
• Sind digitale Kompetenzen vorhanden?
• Werden Fach- und Prozesswissen berücksichtigt?
• Gibt es ein Change-Management-Konzept?
• Ist Zeit für Lernen und Umstellung eingeplant?

Fazit: Die vier Prinzipien machen Industrie 4.0 greifbar

Die vierte industrielle Revolution beschreibt die intelligente digitale Vernetzung von Menschen, Maschinen, Produkten und Unternehmensprozessen.

Ihre vier zentralen Gestaltungsprinzipien sind:

1. Vernetzung
2. Informationstransparenz
3. dezentrale Entscheidungen
4. technische Assistenz

Vernetzung ermöglicht den Datenaustausch zwischen Maschinen, Produkten, Menschen und Systemen. Informationstransparenz macht reale Prozesse digital sichtbar. Dezentrale Entscheidungen erlauben geeigneten Systemen, innerhalb definierter Regeln selbstständig zu reagieren. Technische Assistenz unterstützt Menschen mit Informationen oder physischen Hilfsmitteln.

Technologien wie IoT, Sensorik, cyber-physische Systeme, künstliche Intelligenz, digitale Zwillinge und Robotik schaffen die technischen Voraussetzungen. Einen betrieblichen Nutzen erzeugen sie jedoch erst, wenn sie in durchgängige Prozesse eingebunden sind.

Das ERP-System übernimmt dabei eine zentrale Rolle. Es verbindet technische Produktionsinformationen mit Kundenaufträgen, Materialbedarfen, Lagerbeständen, Lieferterminen, Qualität und Kosten. Dadurch erhalten Maschinen- und Betriebsdaten einen konkreten geschäftlichen Zusammenhang.

Vor allem mittelständische Unternehmen sollten Industrie 4.0 nicht als fernes Zukunftsbild oder vollständige Automatisierung verstehen. Ein sinnvoller Einstieg beginnt mit einem konkreten betrieblichen Problem, verlässlichen Daten und einem klar abgegrenzten Pilotprozess.

So wird die vierte industrielle Revolution von einem abstrakten Konzept zu einer schrittweise umsetzbaren Weiterentwicklung von Produktion und Unternehmenssteuerung.