Verschärfter globaler Wettbewerb, sich ständig ändernde Konsumgewohnheiten, immer kürzere Fristen… Unter diesen Umständen hatte die Industrie keine andere Wahl, als ihre Produktionsmethoden hin zu digitalen Technologien anzupassen und zu modernisieren. So spricht man seit einem Jahrzehnt von der Industrie 4.0. Durch den Durchbruch in den Bereichen Informationstechnologie, Mobilkommunikation und Robotik entstehen Möglichkeiten, die ebenso viele Chancen wie Herausforderungen bergen.

Wie sieht angesichts der Herausforderungen bei Wettbewerbsfähigkeit, Agilität, Produktivität und intelligenten Technologien die Fabrik von morgen aus? Unsere Analyse!

I/Was ist Industrie 4.0?

1/Konzept und Herkunft der “Industrie 4.0”

Das Konzept wurde erstmals auf der Hannover Messe 2011 vorgestellt und verweist auf die drei vorherigen industriellen Revolutionen.

Die erste fand im 18. Jahrhundert nach der Erfindung der Dampfmaschine statt und führte zur Mechanisierung der Produktion. Der Aufbau eines Stromnetzes war der Beginn der zweiten industriellen Revolution Ende des 18. Jahrhunderts. Und schliesslich führte die Automatisierung der Produktion im 20. Jahrhundert zur dritten Revolution.

Die Idee hinter der Industrie 4.0 besteht darin, den Trend zur Globalisierung zum Vorteil der europäischen Industrie umzukehren, indem die Fabriken dazu ermutigt werden, sich mit neusten technologischen Werkzeugen auszustatten, die über das Internet und die Cloud vernetzt sind.

In der modernen Fabrik soll die Produktion in den Dienst des Bedieners gestellt werden und nicht der Bediener in den Dienst der Produktion. Da der Mensch im Mittelpunkt dieses Plans steht, werden alle Anstrengungen unternommen, um die Ergonomie, die Produktivität und die Sicherheit jedes Arbeitsplatzes zu verbessern. Da die Entwicklung der Produktionsmethoden dazu geführt hat, dass der Bediener immer mehr Arbeitsschritte ausführt, besteht das Ziel der ultra-vernetzten Fabrik darin, all diese Phasen zu entmaterialisieren, damit sich der Mensch auf Aufgaben mit hohem Mehrwert konzentrieren kann. Zu diesem Zweck wird jede Maschine mit dem Netz verbunden sein und mit ihm kommunizieren und die Informationen werden zwischen den verschiedenen Abteilungen verteilt. Die Informationen werden von der Bestellung des Kunden über alle Phasen des Fertigungsprozesses bis hin zum Versand des fertigen Produkts reibungslos und effizient verbreitet.

2/Die Komponenten der Industrie 4.0: worum geht es?

Die Industrie 4.0 bezieht sich auf die Konvergenz digitaler Technologien und industrieller Produktionstechniken. Mehr als eine Revolution handelt es sich um eine Evolution bestehender Geräte, die verbessert werden und in den Mittelpunkt eines Netzwerks gestellt werden, in dem alle Informationen ausgetauscht werden. Dabei wird dieser Wandel von den neuen Technologien begleitet.

-Das Internet der Dinge (IOT – Internet Of Things) und dessen intelligente Vernetzung stellen eine innovative Kraft dar: das Aufkommen von Produktion als Dienstleistung, die Transformation eines Geschäftsmodells und neue Marktchancen.

-Die additive Fertigung oder 3D-Druck ist ein schneller und skalierbarer Herstellungsprozess. Fernab von traditionellen Standards eignet sich dieser Fertigungsprozess perfekt für kleine Serien und erweist sich dabei als sehr wettbewerbsfähig. Durch die Verringerung von Zwischenschritten können so auch komplexe Werkstücke realisiert werden. Ob es sich um einen Prototyp, ein massgeschneidertes Teil oder ein Personalisierungselement handelt, beschleunigt 3D-Druck das Design und sichert die Produktion ab.

–Der COBOT (oder kollaborativer Roboter): für die Mitarbeiter der Industrie 4.0 ist dieser einfach zu programmierende Industrieroboter ein bedeutender Fortschritt. In der Rolle des Bedienungsassistenten, ersetzt er in der Regel den menschlichen Arm für einfache und sich wiederholende Aufgaben. Für das Unternehmen verbessert der COBOT die Präzision, die Arbeitsplatzsicherheit … und die Produktivität.

• Die erweiterte Realität (AR – Augmented Reality) besteht darin, virtuelle 3D-Inhalte in die Realität einzublenden. Mithilfe der Anzeige wichtiger Informationen zur Produktion kann der Bediener den Ablauf eines Verfahrens in Echtzeit visualisieren und es so schnell und reibungslos ausführen. Durch das Zusammenwirken von Wirklichkeit und digitaler Welt wird die erweiterte Realität zu einem echten Vorteil, der für mehr Produktivität und Sicherheit sorgt.

• Die Simulation von Prozessen mithilfe von Analysesoftware ermöglicht es, die besten Optionen für die Produktion oder die Wartung von Maschinen zu erkennen und somit die Bilanz zu optimieren.

• Ein digitales Modell oder Informationsmodell ermöglicht die Durchführung mehrerer Tests, bevor der erste Prototyp eines Produkts angefertigt oder die erste Produktion einer Reihe anläuft … eine Möglichkeit, Zeit für die verschiedenen Designs eines Werkstücks zu sparen und die Inbetriebnahme eines Vorproduktionsprozesses zu erleichtern.

• Cyber-physische Systeme (CPS im Englischen) zielen darauf ab, physischen Elementen zusätzliche Funktionen hinzuzufügen, um Prozesse zu überwachen und zu steuern. Sie sind Schlüsselelemente in der Informationskette.

Big DATA ist in der Industrie 4.0 unumgänglich. Es handelt sich um eine leistungsstarke Datenanalysetechnologie in Echtzeit, mit der die Produktion und die Qualität sehr genau überwacht werden können, um schnell die besten Entscheidungen zu treffen. Die Entwicklung in Richtung “Smart Data” mit der allgemeinen Nutzung von künstlicher Intelligenz dürfte zu grossen Fortschritten bei der vorbeugenden Wartung führen.

3/Welche Anwendungen für die Industrie 4.0?

Die Anwendungen der Industrie 4.0 dienen der Vereinfachung von Beschaffungs-, Fertigungs- und Produktionsprozessen bei komplexen Rahmenbedingungen und gleichzeitiger Kostensenkung. Von der papierlosen Strategie eines Unternehmens bis zur Einführung des industriellen Internets der Dinge sind die Anwendungen sehr vielfältig und arbeiten alle auf einen Produktivitätsgewinn hin.

Zunächst geht es dabei um ein papierloses Dokumentenmanagement im Unternehmen, das sich in die Logik einer industriellen Digitalisierungsstrategie einfügt. Durch eine Software für die Unternehmenscontentverwaltung oder ECM (Enterprise Content Management) können Dokumente transparent gespeichert, geteilt und fehlerfrei gemeinsam bearbeitet werden: die Einsparungen bei Zeit und Geld sind erheblich.

Das Internet spielt in Verbindung mit neuen Technologien ebenfalls eine grosse Rolle in der Industrie 4.0. Das industrielle Internet der Dinge, eine Variante des IOT, beinhaltet die Erfassung von Echtzeitdaten für die Überwachung von Maschinen. Dafür verleihen einige Kontrollverfahren, die selbst mit einer künstlichen Intelligenz ausgestattet sind, den damit ausgerüsteten Maschinen Funktionen zur Selbstanalyse ihrer Daten: Wartungsbedarf, Bewertung der sich in Produktion befindlichen Teile, Meldung möglicher Fehlfunktionen… Die Reaktionsfähigkeit und strategische Entscheidungsfindung werden dadurch verbessert. 

Es ist sogar möglich, noch einen Schritt weiterzugehen und Partner, Kunden und Lieferanten miteinzubeziehen! Die Integration von EDV-Netzwerken, wie etwa eines Extranets, eines EDIs (Electronic Data Interchange) oder sogar einer Webplattform für Transaktionen, ermöglicht eine optimale Kommunikation und sorgt für eine echte Synergie mit 4.0 Technologien.  Beispielsweise geben Produkte, die an Sensoren angeschlossen sind, im Rahmen einer Nutzungsüberwachung im Falle einer Fehlfunktion oder eines Wartungsbedarfs eine Warnung aus, die direkt an den Kunden gesendet wird.

Die Liste der Möglichkeiten setzt sich weiter fort. Es bleibt festzuhalten, dass alle Anwendungen der Industrie 4.0 auf Datenerfassung und -analyse in Echtzeit basieren, in Verbindung mit künstlicher Intelligenz und neuen Technologien. Letztendlich werden Prozesse vereinfacht, die Vorhersage verbessert und die Produktionskette von A bis Z optimiert.

II/Herausforderungen und Chancen der Fabrik der Zukunft

1/Warum ist die Industrie 4.0 für mein Unternehmen so wichtig?

Die wichtigste Herausforderung der digitalen Entwicklung des Unternehmens in Richtung Industrie 4.0 ist das Konzept der digitalen Kontinuität. Es geht darum, in der Lage zu sein, die Daten eines Produkts während seines Lebenszyklus in Echtzeit zu nutzen. Eine Anforderung, die es verlangt, die Wertschöpfungskette vom Design bis zur Wartung beim Kunden zu erhalten, indem die wachsenden Datenflüsse unabhängig von der Komplexität des Produkts beherrscht werden. Das Mittel: zur richtigen Zeit über die richtigen Informationen verfügen, um sachliche und relevante Entscheidungen zu treffen. Ein reibungsloser Zugang zu Informationen, der von allen geteilt wird, ist zum Erreichen dieses Ziels von grundsätzlicher Wichtigkeit!

Durch die Vernetzung von Informationsinseln und die Förderung kollaborativer Arbeit verfügt das Unternehmen über bedeutende synergetische Vorteile, um sich an den Markt und die Bedürfnisse der Kunden anzupassen. Ziel ist es nämlich, die Produktion “agil, flexibel und reaktionsschnell” zu steuern, um das Design zu beschleunigen, die Produktion effizienter zu gestalten und die Qualität zu verbessern.  So werden Wertschöpfungselemente leichter erkannt und neue Geschäftschancen besser genutzt.

Dabei sollte man nicht vergessen, dass die kontinuierliche Entwicklung neuer Technologien diese digitale Kontinuität ermöglicht … und diese gleichzeitig bedingt. Dies führt zu leistungsfähigen und nutzerfreundlichen Anwendungen, die immer günstiger werden! Der Wettbewerbsvorteil, den sie heute bieten, ist so gross, dass ihre Nutzung aus offensichtlichen Gründen der Wettbewerbsfähigkeit, der Produktivität und der Rentabilität fast “unvermeidlich” werden könnte! Um am Ball zu bleiben, wird eine Umstellung zur Industrie 4.0 unumgänglich.

Die Palette der CAD, CAM, und PDM Lösungen TopSolid

2/Wie funktioniert das Produktionssystem der Fabrik der Zukunft?

Die positive Wechselwirkung der Fabrik 4.0 beinhaltet die Erfassung und Analyse von Echtzeitdaten, die Erhaltung und Nutzung von Know-how, die Prozesssicherheit und die Nutzung künstlicher Intelligenz zum Vorteil der Produktion.

Die Herausforderung besteht in der Fähigkeit, sich an neue Konsumgewohnheiten anzupassen, also an die Nachfrage nach Personalisierung und einzigartigen Teilen zu geringeren Kosten. Die Fabrik der Zukunft muss den Verbraucher in den Mittelpunkt des digitalen Wandels stellen.

Aber nicht irgendwie! Ein vorausschauendes und sorgfältiges Vorgehen ist angesichts der Ausmasse des Wandels erforderlich.

Auf lange Sichte sollte ein optimales Funktionieren der Industrie 4.0 der folgenden Logik folgen:

• Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien damit alle Systeme der Fabrik und die Fabriken untereinander ständig interagieren können, sodass die Informationen innerhalb kürzester Zeit verarbeitet werden.
• Beim Zerspanen die Einführung intelligenter Systeme, die sich selbst bewerten und korrigieren können. Ziel ist die Sicherung und Flexibilisierung der Produktion, aber auch die Maximierung der Effizienz durch die Senkung von Arbeits- und Energiekosten.
• Für den Mitarbeiter Unterstützung bei der Arbeit durch die Robotik, Stärkung der Spezialisierung seiner Position und Expertise, die für die Nutzung der Maschinen erforderlich ist, um die Qualität der Dienstleistung für Verbraucher zu gewährleisten.

Obwohl sie vor einem Jahrzehnt noch kaum vorstellbar waren, werden vernetzte und intelligente Fabriken heute zur Norm. Und wer würde eine zuverlässige Arbeitsweise ablehnen, die die Bediener bei ihren täglichen Aufgaben unterstützt, Analysen und Projektionen erleichtert, eine hohe Nachfrage schnell und kostengünstig befriedigt und gleichzeitig die Produktivität fördert?

Im Rahmen der Industrie 4.0 sollte sich die Produktionsanlage zu einer “smart Enterprise” entwickeln, die so flexibel ist, dass sie in der Lage sein wird, sich ständig anzupassen, Kunden und Mitarbeiter einzubeziehen, ihre Wertschöpfungskette jederzeit zu nutzen und Innovationsprozesse kontinuierlich fortzuführen… Eine smarte Einstellung, in der sich fortwährende Bewegung und Echtzeit vereinen!

III/Wie fügt sich TopSolid in die Industrie 4.0 ein?

Obwohl das Konzept “Industrie 4.0” erst vor einigen Jahren aufkam, hat TOPSOLID nicht auf die vierte industrielle Revolution gewartet, um sich auf die Fabrik der Zukunft einzustellen.

TOPSOLID hat bereits seit einigen Jahren eine vollständig integrierte digitale Lösung mit seiner CAD-, CAM- und ERP-Software und bietet somit eine vollständige Interkonnektivität vom Design über externe digitale Systeme, wie Kunden- und Lieferantenplattformen bis hin zur Produktion. Eine Leistung, die intelligente Funktionen zur Zentralisierung, Analyse und Wiedergabe von Daten umfasst, um schnelle und präzise Entscheidungen zu treffen… Mit anderen Worten: ein ERP nach allen Regeln der Kunst!

TopSolid’Erp ist die umfassendste industrielle Managementsoftware auf dem Markt und positioniert sich als Partner für mehr industrielle Leistung, um auf die Herausforderungen der Optimierung von Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie 4.0 eingehen zu können. Die Vorteile der integrierten MES-Software (Manufacturing Execution System) sind darüber hinaus bemerkenswert:

• Zuverlässigkeit von Lieferzeiten
• Elektronische Dokumentenverwaltung
• Rückverfolgbarkeit
• Management des Lebenszyklus vor, während und nach der Produktion durch die digitale CAD/CAM/ERP-Lösung
• Interkonnektivität in Echtzeit mit internen und externen Systemen des Unternehmens
• Erfassung, schlüsselfertige Wiedergabe und Analyse von Daten mit Business Intelligence für eine bessere Unternehmensführung und eine agile und proaktive Entscheidungsfindung. 
• Rückverfolgbarkeit, Datenerfassung und Datenaufbereitung: Sie profitieren von den besten Vorteilen des ERP, um die Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit Ihrer Industrie 4.0 zu optimieren.
• Globale Vision des Geschäftsmodells und optimale Organisation von Dienstleistungen

Das Programm TopSolid’Erp wurde für die Industrie 4.0 entwickelt, und zwar bis ins kleinste Detail, und vor allem bietet es eine durchgängige digitale Kette… ein weiterer Schritt hin zur Fabrik der Zukunft!

IV/TOPSOLID entwickelt sich weiter zum CAD-CAM-PDM-ERP der Zukunft und das bedeutet:

• Intelligentes Design: neben den bereits auf geometrischer Ebene gut wiedergegebenen 3D-Modellen gibt es auch die Wiedergabe von Bearbeitungsinformationen (PMI) und Toleranzen sowie die Berücksichtigung von Fräs-und Dreharbeiten.
• Mehr Automatisierung: Vorhersageberechnungen: Schwingungsberechnungen, Werkstückverformung; detailreiche Verwaltung der Werkzeuglebensdauer (mit berechneten Schnittbedingungen); analoge Werkstückfamilien (Anpassung an die kundenspezifische Massenproduktion); automatische Generierung von Sortimentslisten; Verwaltung des gesamten Produktionsprozesses: vom ersten 3D-Import bis zum bearbeiteten Werkstück.
• Numerische Simulation: Optimierung von NC-Programmen zur Steigerung von Produktivität und Sicherheit.
• Mehr Zuverlässigkeit und Rückverfolgbarkeit bei Prozessen der Werkstückkalkulation und Überprüfung.
• Cloud-Nutzung: BigData des Unternehmens sammeln, schwere Berechnungen auslagern, die Software ständig aktuell halten.
• Den Menschen in den Mittelpunkt der 4. industriellen Revolution stellen: Unterstützung beim Wandel, Durchführung zertifizierter Schulungen zum gegenseitigen Nutzen von Unternehmen und deren Mitarbeitern.