Thema: Industrie 4.0

Der Beitrag beschreibt insgesamt sieben Wirkungen von Cyber-Physical Systems auf Produktionssysteme, darunter den Einfluss auf die Wandlungsfähigkeit, die Nutzung der dann deutlich umfangreicheren verfügbaren Fertigungsdaten sowie die Dehierarchisierung von Planung und Steuerung. Abschließend wird ein Forschungsansatz vorgestellt, mit dem die Wirkung von Cyber-Physical Systems auf Produktionssysteme anhand einer Laborsituation erforscht werden kann. Der Beitrag endet mit einer Beschreibung des weiteren Forschungsbedarfs.

Die verstärkte Verbreitung Cyber-Physischer Systeme (CPS) im Produktions- und Fertigungsbereich erhöht die Anforderung an dessen funktionale Sicherheit und Zuverlässigkeit. Die Instandhaltung hat die Aufgabe, die Verfügbarkeit der Betriebsmittel zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, mit welcher Arbeitsorganisation und Instandhaltungsphilosophie diese unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erreicht werden kann. Es wird daher untersucht, welche von vier organisationstypischen Varianten kurz-, mittel- und langfristig zu präferieren sind. Der relative Vergleich wird unter Berücksichtigung unterschiedlicher Organisationsausprägungen an der Zielerreichung vorgenommen. Das gewählte Zielbündel berücksichtigt für CPS typische Effektivitäts- und Effizienzdimensionen.

Die volatilen und globalisierenden Märkte sowie deren zunehmende Vernetzung fordern ein hohes Maß an Flexibilität, Effizienz und Produktivität. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, haben Unternehmen in der Vergangenheit vielfach Ganzheitliche Produktionssysteme (GPS) (Bild 1) eingeführt. Diese bilden ein methodisches Regelwerk für die kontinuierliche Ausrichtung sämtlicher Unternehmensprozesse am Kunden [1] und zur kontinuierlichen und systematischen Reduzierung bzw. Vermeidung von nicht wertschöpfenden Tätigkeiten. Die Verbesserungspotenziale für Unternehmen, die bereits erfolgreich ein GPS eingeführt haben, werden allerdings geringer [2, 3]. Diese Unternehmen müssen sich dennoch am Markt behaupten und sich den wachsenden Kundenansprüchen und dem steigenden Wettbewerbsdruck stellen. Aus diesem Grund wird in diesem Beitrag dargelegt, wie Industrie 4.0 die Umsetzung des Gestaltungsprinzips der Standardisierung optimieren kann.

Wissenschaft und Wirtschaft sind sich über die Zielstellung Industrie 4.0 einig. Doch anders als suggeriert, wird eine Revolution auf Knopfdruck aufgrund der Problemvielfalt und den damit zusammenhängenden Herausforderungen, z. B. Komplexität, Big Data, Sicherheit etc., schwer möglich sein. Dennoch besteht Handlungsbedarf, wollen die Akteure den Sprung zur digitalisierten Wertschöpfungskette nicht verpassen.

Die zukünftige Verstädterung führt zu einem Wachstum der urbanen Strukturen und gleichzeitig zu einer Konzentration von potenziellen Konsumenten von Gütern sowie von potenziellen Arbeitskräften der Fabriken von morgen. Dem Trend von Industrie 4.0 sowie einer Urbanisierung folgend sind daher auch die Fabriken mit ihren Arbeitsmodellen einem Wandel unterworfen. Mit dem Beginn der vierten industriellen Revolution spielt der Mensch als Produktionsfaktor weiterhin eine zentrale Rolle, allerdings ändert sich seine Rolle im Wertschöpfungsprozess. Dabei zeichnet sich immer stärker ein künftiger Mangel an qualifizierten Fachkräften ab. Der vorliegende Beitrag geht daher auf verschiedene arbeitsorganisatorische Ansätze zur Steigerung der Attraktivität urbaner Fabriken ein, welche zur Bewältigung des Fachkräftemangels einen Beitrag leisten sollen.

Der Begriff ‚Industrie 4.0‘ bezeichnet die Integration fortschrittlicher Informations- und Kommunikationstechnologien in die produktive Umgebung von Industrieunternehmen. Die technischen Grundlagen stehen inzwischen hierfür bereit und eine umfassende Einbettung wird es ermöglichen, die Steuerung der Produktion zu dezentralisieren und folglich zu flexibilisieren. Entstehende Chancen und Risiken verändern die Risikolandschaft von Supply Chains nachhaltig. Einerseits gilt es, zahlreiche neue Risiken zu identifizieren, andererseits verringert die gesteigerte Flexibilität der Produktion partiell die Folgen bekannter Risiken. Ziel des vorliegenden Beitrags ist es, die Auswirkungen der Industrie 4.0 auf das Supply Chain Risikomanagement aufzuzeigen. Nach einer Diskussion der sich einstellenden Effekte schließt der Beitrag mit ersten Lösungsansätzen für die Praxis.

Damit der Wandel zu einer automatisierten Industrie 4.0 gelingen kann, bedürfen digitale Technologien einer klugen Integration in bestehende Systeme. Dem Faktor Mensch kommt dabei eine Schlüsselrolle zu. Wenn Sie mehr über die Arbeitsorganisation 4.0 wissen wollen, sollten Sie sich diese Ausgabe nicht entgehen lassen. Ob Lernfabriken, Kompetenzmanagement oder Cyber-Physische Systeme –hier erfahren Sie alles über die Fabrik der Zukunft.

Der Wunsch der Kunden nach individualisierten Produkten und eine damit verbundene steigende Anzahl an Produktvarianten, der demografische Wandel und das damit verbundene steigende Durchschnittsalter der Mitarbeiter sowie der zunehmende Fachkräftemangel und die steigende Komplexität von Wertschöpfungsprozessen sind nur einige Herausforderungen, denen sich die Industrie aktuell stellen muss. Dieser Beitrag beschreibt innovative Assistenzsysteme als mögliches Instrument, diesen Anforderungen zu begegnen und erörtert Beispiele, in denen ein sinnvoller Einsatz solcher Systeme bereits erfolgreich realisiert wurde.

In heutigen Produktionssystemen leisten die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) einen erheblichen Beitrag zur effizienten Durchführung von Produktionsprozessen. Die entscheidende Schnittstelle zwischen der prognosebasierten Planung und ihrer produktionsnahen Umsetzung bildet der Austausch von Plan- und Rückmeldedaten. Es ist zu erwarten, dass sich Entwicklungen im Zuge der Industrie 4.0 in einer Steigerung der Datenqualität und -aktualität widerspiegeln werden und so zu verbesserten Ergebnissen im Rahmen der Produktionsplanung führen. In dem vorliegenden Beitrag werden die Aufgaben der Produktionsplanung hinsichtlich ihrer Entwicklungspotenziale im Kontext der Industrie 4.0 beleuchtet.

Zukunftsweisende Arbeitsumgebungen sind durch vernetzte, kooperierende Objekte charakterisiert. Die Eigenschaften dieser sogenannten cyber-physischen Systeme (CPS) beinhalten die Erfassung, Speicherung, intelligente Verarbeitung und Kommunikation von Daten. Hieraus ergeben sich neue Interaktions- und Kollaborationsmöglichkeiten in der Mensch-Technik-Interaktion. Dieser Beitrag behandelt technische und organisatorische Herausforderungen eines robusten Schutz- und Sicherheitssystems für den Einsatz in einer Mensch-Roboter-Kollaboration. Bekannte Anforderungen für ein integriertes Sicherheitskonzept der Mensch-Roboter-Kollaboration sowie der funktionalen Sicherheit von Maschinen und elektronischen Systemen werden identifiziert und eine Referenzarchitektur am Beispiel halbautomatischer Montageprozesse entwickelt.