Industrie 4.0 | Grundlagen

Mit Big Data, Embedded Computing, mobile Internet und Cloud Computing werden neue digitale Technologien die Produktionsumgebungen der Zukunft nachhaltig verändern. Die vierte industrielle Revolution ist eingeläutet.

Industrie 3.0 beschreibt das Zeitalter der computergestützten Automatisierung, das ab den 1970er-Jahren große Produktivitätsgewinne brachte. Mit Industrie 2.0 markiert man den Beginn der Massenproduktion mit Hilfe elektrischer Energie, während Industrie 1.0 den Übergang von Muskelkraft hinzu physikalisch erzeugter Kraft in Form von Dampf und Wasser beschreibt.

Was aber genau ist Industrie 4.0?

Dieser Begriff umfasst alle neuen Möglichkeiten der digital vernetzten Fertigung, einschließlich Montage, Wartung und Reparatur bis hin zur Vermarktung und Entsorgung. Dazu zählen Maschinen und Komponenten, die nicht mehr nur vernetzt und zentral gesteuert werden (Industrie 3.0), sondern darüber hinaus dezentral eigenständige Entscheidungen auf Grundlage digitaler Informationen treffen und sie in das Gesamtsystem Produktion einbringen. Perspektivisch werden lernfähige Systeme entstehen.

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Industrie 4.0. Begrifflichkeiten und Bedeutungen

Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 oder der Digitialisierung kommen einige Begriffe immer wieder vor. Hier mal drei die für uns in diesem Kontext wichtig sind:

Internet der Dienste

Im angedachten Internet der Dienste werden Dienste und Funktionalitäten als feingranulare Softwarekomponenten abgebildet und von Providern über das Internet ("Cloud") zur Verfügung gestellt. Im Internet der Dienste bieten Cloud-basierte Entwicklungs- und Diensteplattformen einer Vielzahl an Marktakteuren die einfache Möglichkeit, webfähige Dienste zu entwickeln und anzubieten.

Das Internet der Dienste und Dienstleistungen wird als eines der größten Wachstumspotenziale des zukünftigen Internets angesehen. Hierbei sollen vor allem die unternehmensnahen Dienste und Dienstleistungen mithilfe des Internet angeboten und weitestgehend erbracht werden. Während die Web 2.0 Anwendungen wie Facebook und Twitter vor allem Konsumenten bzw. den Einzelnen adressieren, wendet sich das Internet der Dienste und Dienstleistungen vor allem an die Unternehmen und die öffentliche Verwaltung. Durch Internet-Suchmaschinen wird in der letzten Dekade das Suchen von Infomationen ermöglicht. Jetzt soll mittels semantischer Technologien das Finden der passenden Dienste und Dienstleistungen ermöglicht werden. Helfen soll dabei unter anderem ein neuer Internet-Standard namens USDL (Unified Service Description Language), mit dessen Hilfe Dienste und Dienstleistungen beschrieben werden können. ^[1]

^[1] Internet der Dienste, Lutz Heuser, Wolfgang Wahlster, Springer, acatech

Internet der Dinge

Das Internet der Dinge ist die technische Vision, Objekte beliebiger Art, Gegenstände u. Menschen in ein universales digitales Netz zu integrieren. Dabei haben die Objekte eine eindeutige Identität und befinden bzw. bewegen sich in einem ‘intelligenten’ Umfeld.

Wikipedia sagt hierzu:

"Der Begriff Internet der Dinge (englisch Internet of Things, Kurzform: IoT) beschreibt, dass der (Personal) Computer zunehmend als Gerät verschwindet und durch „intelligente Gegenstände“ ersetzt wird. Statt – wie derzeit – selbst Gegenstand der menschlichen Aufmerksamkeit zu sein, soll das „Internet der Dinge“ den Menschen bei seinen Tätigkeiten unmerklich unterstützen. Die immer kleineren eingebetteten Computer sollen Menschen unterstützen, ohne abzulenken oder überhaupt aufzufallen. So werden z. B. miniaturisierte Computer, sogenannte Wearables, mit unterschiedlichen Sensoren direkt in Kleidungsstücke eingearbeitet. [...]

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. Der Begriff geht zurück auf Kevin Ashton, der erstmals 1999 „Internet of Things“ verwendet hat. Bekannt wurde das Internet der Dinge durch die Aktivitäten der Auto-ID Labs.

Die automatische Identifikation mittels RFID wird oft als Grundlage für das Internet der Dinge angesehen. Allerdings kann eine eindeutige Identifikation von Objekten auch mittels Strichcode oder 2D-Code erfolgen. Bauteile wie Sensoren und Aktoren erweitern die Funktionalität um die Erfassung von Zuständen bzw. die Ausführung von Aktionen. Erweiterte Definitionen zum Internet der Dinge betonen die Zugehörigkeit zum zukünftigen Internet sowie die Abgrenzung von verwandten Forschungsthemen."

Cyber-Physical System (CPS)

Bestandteile eines Cyber-Physical-Systems

… sind Objekte, Geräte, Maschinen, Logistikkomponenten die eingebettete Systeme enthalten und kommunikationsfähig sind
… sie können über das Internet kommunizieren und Internetdienste nutzen
… sie können sich vernetzen und autonom und dezentral im Zusammenspiel mit dem Menschen Entscheidungen treffen.

Wikipedia erklärt dazu:

"Ein cyber-physisches System, engl. „cyber-physical system“ (CPS), bezeichnet den Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die über eine Dateninfrastruktur, wie z. B. das Internet, kommunizieren. Ein cyber-physisches System ist durch seinen hohen Grad an Komplexität gekennzeichnet. Die Ausbildung von cyber-physischen Systemen entsteht aus der Vernetzung eingebetteter Systeme durch drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsnetze. Die Begriffsbildung folgt dem Bedarf an einer neuen theoretischen Grundlage für die Erforschung und Entwicklung großer, verteilter, komplexer Systeme, wie zum Beispiel der Weiterentwicklung des deutschlandweiten Stromnetzes, hin zu einem intelligenten Stromnetz, oder die Konstruktion neuartiger Industrieproduktionsanlagen, die sich hoch dynamisch an die jeweiligen Produktionserfordernisse anpassen können. [...]

Die cyber-physischen Systeme decken ein breites Spektrum möglicher Bereiche ab, in denen sie zum Einsatz kommen können. Zu den Einsatzbereichen gehören höchst zuverlässige medizinische Geräte und Systeme, altersgerechte Assistenzsysteme(AAL), IT-Verkehrssteuerungs- und Verkehrslogistiksysteme, vernetzte Sicherheits- sowie Fahrerassistenzsysteme für Automobile, industrielle Prozesssteuerungs- und Automationssysteme, nachhaltige Umweltbeeinflussungs- und Beobachtungssysteme, Energieversorgungsmanagementsysteme, militärische Systemvernetzungssysteme sowie Infrastruktursysteme für Kommunikation und Kultur."

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