Was sind Industrie 4.0 und IoT?

Industrie 4.0 und Internet of Things bzw IoT sind vor allem im industriellen Umfeld die Begriffe der Stunde. Und seit einiger Zeit werden die Begriffe auch im Alltag verwendet. Auch Microsoft spielt in diesen Bereichen mit, recht erfolgreich sogar. Jedoch wissen viele nicht, was Industrie 4.0 und Co überhaupt bedeuten.

Industrie 4.0

Fangen wir “unten” mit Industrie 4.0 an. Industrie 4.0 ist eigentlich sogar eine deutsche Erfindung, zumindest der Begriff. Denn das Bundesministerium für Bildung und Forschung wählte diesen Begriff um die vierte industrielle Revolution voranzutreiben und für Unternehmer griffig zu machen. Außerdem will das Ministerium für Forschungsarbeiten in diesem Bereich Fördermittel zur Verfügung stellen. Zudem setzt man sich dort auch für Standards und Regeln innerhalb der Industrie 4.0 ein.

Da man diesen Begriff im Vorfeld wählte, kann man natürlich noch nicht mit absoluter Sicherheit sagen, was nun zur vierten Revolution dazugehört. Jedoch brachten die drei letzten industriellen Revolutionen weitreichende Veränderungen mit sich.

Von der Handarbeit zur heutigen Arbeitswelt

Die erste industrielle Revolution wird Ende des 18ten Jahrhunderts bis Anfang des 19ten Jahrhunderts angesiedelt und brachte Massenproduktion durch Maschinen in die Industrie. Das beste Beispiel dürfte wohl die Spinning Jenny aus England sein. Die ersten Maschinen waren noch handbetrieben. Erst mit der Zeit kamen Wasserkraft und Dampfkraft hinzu.

Der Anstoß zur Industrie 2.0 begann mit der zunehmenden Elektrifizierung der Arbeitsplätze. Außerdem nahmen Akkordarbeit und Fließbandarbeit zu. Man positioniert diese zweite Revolution Ende des 19ten bis Anfang des 20ten Jahrhunderts. Das prominenteste Beispiel von Akkordarbeit und Fließband dürfte wohl die Tin Lizzy sein, das erste in dieser Art hergestellte Auto der Welt. Auch schrumpfte die Welt durch zunehmenden Telegramm- und Telefonverkehr immer weiter zusammen und Büroarbeitskräfte verwalteten nicht nur, sondern mussten auch mit der Welt kommunizieren. Unternehmen wie Siemens, Ford und andere Autohersteller sind die Unternehmen der Stunde.

Und aktuell befinden wir uns noch in der Industrie 3.0 bzw. dem Übergang zur Industrie 4.0. Mit der dritten industriellen Revolution fanden immer mehr Computer ihren Weg in die Produktionshallen und Büros. Ebenso werden zunehmend mehr Produktionsschritte mit programmierbaren Steuerungen automatisiert.

Industrie 4.0

Aber was ist nun Industrie 4.0? Mit diesem Begriff will man die Digitalisierung der Industrie beschreiben. Außerdem ist ein kennzeichnendes Merkmal die Flexibilität der Massenproduktion. Diese Flexibilität geht sogar soweit, dass Serienproduktion mit der Stückzahl 1 möglich ist. Mein Berufsschullehrer nannte hier als Beispiel personalisiertes Müsli, welches ebenfalls in Masse produziert wird. Nur dass eben jede Packung eine andere Zusammensetzung nach Kundenwunsch hat. Außerdem ist dieses Müsli nicht übermäßig teurer als herkömmliches Müsli von der Stange.

Ein weiterer Kernpunkt ist die Cloud. Denn über die Daten in der Cloud kann jeder Produktionsschritt nachverfolgt werden. Nehmen wir wieder unser Müsli. Angenommen bei den Zutaten ist ein fauliger Apfel dabei. Dank der Daten in der Cloud lässt sich dieser Apfel zurück zum Lieferanten zurückverfolgen und man kann diesen informieren. Womöglich ist ja eine der Lagerhallen defekt und es wurde noch nicht bemerkt.

Außerdem kann die Qualität auf einem gleichbleibenden Niveau gehalten werden. Bei unserer Müslimischmaschine stellt man z.B. fest, dass nach die Haferflockenmenge nicht mehr mit der vom Kunden gewünschten Menge stimmt. Da der Betrieb aber sämtliche Daten in der Cloud hinterlegt, lässt sich so schnell herausfinden, dass diese Mengendifferenz ab ca 300 Abfüllungen auftritt und auf Haferflockenrückstände an der Wage zurückzuführen ist. Also wird die Anlage so eingestellt, dass sie nach 280 Abfüllungen eine Meldung zur Reinigung herausschickt.

Fällt z.B. die Reinigung auf einen Samstag, kann der Computer schon am Freitagmittag melden, dass gereinigt werden muss. So kann die Anlage reibungslos das Wochenende durchlaufen und das reduzierte Personal mit Wochenenddienst kann sich auf die die Sicherstellung des reibungslosen Ablaufs konzentrieren.

Der letzte Punkt ist die Prozessoptimierung. Unser Müsliproduzent trocknet seine Äpfel selbst und hat einen Stromtarif mit variablem Strompreis. Jetzt stellt das System fest, dass bei der aktuellen Auftragslage die getrockneten Äpfel am nächsten Morgen ausgehen werden. Da aber der Trocknungsprozess energieintensiv ist und der Strompreis über nacht sehr günstig ist, plant das System die Trocknung der Äpfel auf die Nacht, damit am nächsten Morgen wieder frische getrocknete Äpfel da sind.

Ja viele der Schritte kann auch ein Mensch erfüllen. Jedoch soll all das in der Industrie 4.0 vollkommen automatisiert ablaufen. Und dafür brauchen wir natürlich KI und maschinelles Lernen.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung

Oben sprach ich ja vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Dessen Forschungsagenda hat vier Schwerpunkte:

• Mittelstand: Unter diesem Schwerpunkt will das BMBF Werkzeuge zur Wirschaftlichkeitsbetrachtung, Lösungsansätze für den Mittelstand und Strategien zum Umbau fördern
• Standards und IT-Architekturen: Das BMBF unterstützt hier die Arbeit vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau, Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. und dem Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien. Diese haben auf der Plattform Industrie 4.0 eine Referenzarchitektur Industrie 4.0 (RAMI 4.0) geschaffen. Diese soll als Grundlage für die Standardisierung dienen und durch Referenzmodelle konkretisiert werden. Mit dem Basissystem Industrie 4.0 wird sogar eine eigene offene Softwareplattform, die BaSys 4.0, angeboten. Diese Plattform wird sogar von großen Partnern wie Kuka, Festo, Bosch, ABB etc. mitgetragen.
• IT-Sicherheit: Das BMBF ist der Meinung, dass vor allem im Mittelstand die Angst um die Daten in der Cloud als Bremse fungiert. Diese Annahme kommt nicht von irgendwo, denn viele Mittelständische Unternehmen können sich keine eigene IT-Abteilung zur Datensicherheit leisten. Wie sollen also deren Daten, Produktionsgeheimnisse etc in der Cloud gesichert werden?
  Mit dem IUNO-Projekt will man diese Sorge ernstnehmen und Werkzeuge bieten, die die IT-Sicherheit erhöhen.
• Qualifikation: Dieser Schwerpunkt ist fast schon selbst erklärend. Unter diesem Begriff versteht man im Ministerium die Anpassung der Aus- und Fortbildungsqualifikationen, sodass die Arbeitnehmer sich auf die veränderte Berufswelt vorbereitet sind.

Das Internet der Dinge

Kommen wir nun zum Internet der Dinge oder Internet of Things. Einleitend zitier ich hier ganz dreist Wikipedia, da hier eine griffige Beschreibung zu finden ist.

Das Internet der Dinge bezeichnet die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things) mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur. Es besteht nicht mehr nur aus menschlichen Teilnehmern, sondern auch aus Dingen.

Das Internet der Dinge beschreibt also unter anderem einen der zentralen Punkte der Industrie 4.0, die Cloud. Jedes reale “Ding” erhält im IoT seinen digitalen Zwilling. In diesem digitalen Zwilling sind sämtliche relevanten Daten gespeichert. Bei unserem Beispiel der Müslifabrik respektive den einzelnen Müslipackungen wären das z.B. Daten wie das Mischungsverhältnis, der Kunde, relevante Daten bei der Abfüllung etc. Diese Daten müssen dabei nicht direkt durch Sensoren am Ding oder am Ding direkt gespeichert werden. Sie können dabei auch wie beim Müsli aus umgebenden Maschinen gezogen werden und werden eben auch in der Cloud gespeichert.

Ein  Beispiel aus dem Bereich wäre die jüngste Entwicklung von IBM. Ein Salzkorn-kleiner Mikrochip mit minimalen Produktionskosten. Zusammen mit einem kleinen Temperatursensor und RFID-Chip kann so die Kühlkette von TK-Produkten direkt vom Kunden überprüft werden.

Unter dem Begriff Internet of Things finden sich auch Projekte wie smarte Spiegel, die relevante Nachrichten einblenden und morgens schon so direkt informieren. Diese Projekte erstellen zwar keine Daten, stellen sie jedoch dar. Und laufen somit auch plausibel als IoT-Projekte

Es ist jedoch nicht beim Sammeln der Daten allein, wichtig ist ebenso die Auswertung der Daten. Diesen Ablauf inclusive der Vorteile zeigt ein Video der IBM Think Academy sehr deutlich.

Ähnlich erklären es die Explanimators von Microsoft.

Eure Daten sind wichtig

Gerade bei den Explanimators mit ihrem Beispiel der Zahnbürste kommen jedoch auch die Schattenseiten in den Kopf. Wem würden die Daten unserer Zahnbürsten nutzen? Zum einen selbstverständlich uns, denn eine solche Zahnbürste könnte z.B. die Mundflora untersuchen und uns frühzeitig an einen Zahnarzt verweisen, sollte die Mundflora aus dem Gleichgewicht kommen. Andererseits sind solche Daten auch wertvoll für Versicherungen, neigt jemand vermehrt zu Zahnstein oder Karies oder vielleicht putzt er nicht ganz nach Vorschrift die Zähne, kann ein entsprechender Versicherungstarif teurer für ihn werden.

Einen ähnlichen Ansatz gab es vor ein paar Jahren von der Düsseldorfer Sparkassen-Direktversicherung. Hier konnten Kunden sich eine Blackbox ins Auto einbauen und so die Telemetriedaten zu ihrem Fahrstil analysieren lassen. Anhand dieser Daten wurde ein Score ermittelt, der einen Rabatt im Tarif mit sich bringen sollte. In diesen Testtarifen gab es allerdings keine “Strafe” für einen Fahrstil, der von Versicherungen nicht gern gesehen wird. Für uns in Deutschland schlug dieser Vorstoß weite Wellen und Datenschützer gingen auf die Barikaden. Jedoch sind ähnliche Tarife im Ausland schon länger üblich, so überwachen Versicherungen schon bei jedem 10ten Amerikaner die Fahrweise. In Italien müssen solche Tarife angeboten werden.

So viele Daten bieten auch Gefahren und benötigen aktuelle Datenschutzgesetze. Die Datenschutzverordnung (DSGVO) ist sicherlich ein richtiger Schritt in diese Richtung. Seit Inkrafttreten dieser neuen Verordnung müssen Dienstleister sicherstellen, dass personenbezogene Daten ihrer Kunden vor fremdem Zugriff geschützt sind. So sind zumindest die Daten rechtlich vor Hackern geschützt, dies bringt natürlich nichts, wenn sie trotzdem in falsche Hände geraten oder der Dienstleister Blödsinn macht mit unseren Daten.

Wo steht Microsoft?

Ja wo steht Microsoft, wenn all das die Zukunft unseres alltäglichen Leben und der Arbeitswelt/Industrie ist? Vor allem bei der Datenauswertung in der Cloud kommt wieder der aktuelle Liebling in Redmond zum Tragen: Azure. Und damit ist Microsoft hervorragend aufgestellt, was man bei den aktuellen Umsatzzahlen sieht.

Im Bereich IoT bietet man mit Windows 10 IoT Core eine Plattform zum Sammeln und Auswerten von Daten. Vorteil von Windows 10 IoT Core ist sicherlich die gewohnte UWP Umgebung und die bestmögliche Anbindung an die hauseigenen Dienste wie Azure.

IoT und Industrie 4.0 sind also eng verknüpft und decken ähnliche Bereiche ab. Manch einer sagt sogar, dass Industrie 4.0 ein Teil von IoT ist.

Wie steht ihr zu dem Thema? 

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Quellen

Geschichte Industrielle Revolution: Industrie Wegweiser Lernhelfer

BMBF Basys 4.0 IUNO Wikipedia (Zitat IoT) Fokus (Versicherung)

Beitragsbild Pixabay