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2020 | Buch

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Industrie 4.0 – Schlüsseltechnologien für die Produktion

Grundlagen • Potenziale • Anwendungen

verfasst von: Johannes Pistorius

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Die Digitalisierung in der industriellen Produktion verlangt ein Umdenken bezüglich Organisation, Prozessgestaltung und dem Einsatz neuer Technologien. Das Buch vermittelt dem Leser ein Grundverständnis über das Thema Industrie 4.0 und liefert einen fundierten Überblick über eine Vielzahl von Schlüsseltechnologien sowie deren Potenziale und Einsatzmöglichkeiten für die digitale Fabrik. Aktuelle Statistiken und Anwendungsfälle aus der Praxis verdeutlichen die Relevanz der Technologien im Produktionsumfeld. Ein wichtiges Augenmerk richtet sich zudem auf strukturelle Voraussetzungen für die erfolgreiche Integration der neuen Technologien in Industrieunternehmen.

Der Inhalt

Bedeutung von Industrie 4.0Dreizehn Schlüsseltechnologien für die ProduktionInfrastrukturelle VoraussetzungenHandlungsempfehlungenUse Cases und Interviews mit Experten/ Management

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einführung

Zusammenfassung

Im Rahmen der Digitalisierung sind erhebliche Produktivitätssteigerungen in der Produktion möglich. Der Einsatz von neuen Technologien ist eine Art Voraussetzung, um dem zunehmenden globalen Wettbewerbsdruck standzuhalten. Dieses Fachbuch beschäftigt sich mit dreizehn Schlüsseltechnologien, deren Potenzial und Zusammenwirken auf dem Weg zur digitalen Fabrik der Zukunft eine zentrale Rolle spielen.

Johannes Pistorius

Kapitel 2. Industrie 4.0 – vierte industrielle Revolution

Zusammenfassung

Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution. Folgen der zunehmenden Digitalisierung sind eine Steigerung des Automatisierungsgrads und eine stärkere Vernetzung. Für die Produktion bedeutet das, den durch Wettbewerbsdruck resultierenden höheren Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Qualität, Flexibilität, Innovationskraft und Individualisierung gerecht zu werden.

Johannes Pistorius

Kapitel 3. Internet der Dinge

Zusammenfassung

Eine wichtige Grundlage von Industrie 4.0 ist das Internet der Dinge, im Englischen „Internet of Things“ (IoT) genannt. Darunter versteht man die Verknüpfung von physischen Objekten aus der realen Welt mit einem Repräsentanten in der virtuellen Welt. Jedes Objekt im IoT ist durch eine eigene Internetadresse identifizierbar und über das Netzwerk in der Lage, selbstständig mit anderen Teilnehmern zu interagieren. Im Produktionsumfeld können Unternehmen auf diese Weise vorhandene Maschinen, Fahrzeuge, Werkzeuge, Materialien, Werkstücke etc. vernetzen, um Prozesse intelligenter und effizienter zu gestalten. Fast jedes zweite deutsche Industrieunternehmen verwendet bereits das Internet der Dinge. IoT hält zunehmend Einzug in die Praxis, sodass Unternehmen u. a. Cyber-physische Systeme, Auto-ID-Systeme, Cloud Computing und Edge Computing gewinnbringend in ihre Prozesse integrieren.

Johannes Pistorius

Kapitel 4. Big Data und Analytics

Zusammenfassung

Die zunehmende Verschmelzung der physikalischen mit der digitalen Welt sowie die fortschreitende Digitalisierung führen zu einem rapiden Wachstum der Datenbestände im Internet of Things. Unter Big Data versteht man die Verwendung von großen Datenmengen zur Erzeugung eines wirtschaftlichen Nutzens. Drei Dimensionen, nämlich die Menge an Daten (Volume), die Vielfalt der Daten (Variety) und die Geschwindigkeit der Datenerzeugung und -verarbeitung (Velocity) kennzeichnen Big Data-Anwendungen. Der harte Wettbewerb zwingt Unternehmen künftig ihre Daten gezielter auszuwerten, um mit dem gewonnen Wissen auf dem Markt erfolgreich zu sein. Viele Industrieunternehmen setzen zunehmend Anwendungen aus dem Bereich Big Data ein. Unter den Big Data-Technologien zeichnen sich derzeit große Chancen beim Einsatz von Data Mining, Machine Learning und Predictive Maintenance ab.

Johannes Pistorius

Kapitel 5. Visualisierung und Simulation

Zusammenfassung

Die Auswertung von Daten nimmt einen hohen Stellenwert im heutigen Produktionsumfeld ein. So gewonnene Informationen müssen zuverlässig und nutzenbringend, an der richtigen Stelle und in der geeigneten Form, dem Nutzer bereitgestellt werden. Ein durchgängiges Monitoring visualisierter Daten auf unterschiedlichen Endgeräten erhöht die Transparenz in der Produktion und unterstützt die Durchführung optimierender Maßnahmen. Verbesserungspotenziale ergeben sich durch die Virtualisierung von realen Vorgängen und deren Abbildung in digitalen Simulationsmodellen. Dadurch lassen sich unter anderem vielfältige Einflussgrößen erproben, komplexe Sachverhalte einfacher analysieren und Echtzeit-Prozesse präzise überwachen. Vor diesem Hintergrund gewinnen Technologien wie Mobile und Wearable Computing, Virtual und Augmented Reality sowie Digitaler Zwilling zunehmend an Bedeutung.

Johannes Pistorius

Kapitel 6. Neue Fertigungstechnologien und Automatisierung

Zusammenfassung

Die vierte industrielle Revolution verfolgt unter anderem das Ziel, mittels einer flexiblen Großserienfertigung zunehmend stärker individualisierte Produkte herzustellen. Einen zentralen Faktor stellt die fortschreitende Automatisierung dar, die mittels Integration moderner Produktionstechnik erreicht wird. Es kommen vermehrt technische Einrichtungen zum Einsatz, die menschliche Tätigkeiten sinnvoll ergänzen oder ersetzen. Ein höherer Automatisierungsgrad durch geeignete Lösungen führt dazu, dass die Prozesse auf Shopfloor-Ebene noch effizienter gestaltet werden können. Die Technologien Smarte und kollaborative Robotik, Additive Fertigung und Fahrerlose Transportsysteme verkörpern aktuelle Trends im Bereich der Produktionstechnik.

Johannes Pistorius

Kapitel 7. Infrastruktur 4.0

Zusammenfassung

Vorrausetzung für die Umsetzung von Industrie 4.0 ist die Vernetzung von Produktions-IT und Business-IT. Produktionsanlagen, Maschinen und Geräte entwickeln sich in Industrie 4.0 zu Cyber-physischen Systemen. Diese erzeugen kontinuierlich Daten, die in Realzeit zusammengeführt werden, um Ressourcen effizienter zu nutzen und Prozesse zu verbessern. Die Systeme müssen in der Lage sein, sicher und zuverlässig untereinander zu kommunizieren. Daher spielen die Themen Cybersecurity, Datenübertragung mit 5G sowie die Standardisierung von Schnittstellen eine wichtige Rolle und stellen zugleich eine Herausforderung in der Industrie 4.0 dar.

Johannes Pistorius

Kapitel 8. Zusammenfassung und Bewertung

Zusammenfassung

Unternehmen stehen vor der Herausforderung ihre Produktivität ständig zu erhöhen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu sichern. Nachdem sie mit klassischen Maßnahmen an ihre Grenzen stoßen, sind sie gezwungen, neue Wege in der Produktion zu gehen. Die Ausführungen in diesem Fachbuch machen deutlich, welchen Stellenwert der Einsatz von Schlüsseltechnologien bei der Umsetzung von Industrie 4.0 in der Produktion einnimt. Es wird aufgezeigt, welche Chancen bei deren Einsatz entstehen und welcher Aufwand zur Realisierung betrieben werden muss. Je nach Technologie sind die Einsatzfelder, Chancen und Risiken sehr unterschiedlich. Die in diesem Buch beschriebenen Anwendungsfälle zeigen, welche Produktivitätserfolge erzielt werden können zum Beispiel im Zusammenhang mit der Reduzierung von Produktionszeiten und -kosten, oder der Entwicklung von innovativen Produkten und Einführung von neuen Geschäftsmodellen.

Johannes Pistorius

Kapitel 9. Einschätzung durch Industrievertreter

Zusammenfassung

Interviews mit führenden Unternehmen wie Siemens, KUKA, Flender und Festo bestätigen, dass Unternehmen bei dem Einsatz von neuen Schlüsseltechnologien pragmatisch und Schritt für Schritt vorgehen. Alle Unternehmen setzen bereits eine Vielzahl von neuen Technologien ein. In den Werken dieser Großunternehmen beschäftigen sich Spezialisten oder ganze Abteilungen intensiv mit der Einführung von Digitalisierung. Sie bewerten den Einsatz von neuen Technologien insbesondere hinsichtlich der Reduzierung von Produktionskosten, Erhöhung der Qualität sowie der Erhöhung der Flexibilität. Die Einführung von neuen Technologien ist grundsätzlich kein Selbstzweck. Im Vordergrund steht die Steigerung der Produktivität sowie die konsequente Verfolgung der Unternehmensziele.

Johannes Pistorius

Erratum zu: Industrie 4.0 – Schlüsseltechnologien für die Produktion

Johannes Pistorius

Titel: Industrie 4.0 – Schlüsseltechnologien für die Produktion
verfasst von: Johannes Pistorius
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-61580-5
Print ISBN: 978-3-662-61579-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-61580-5

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