Industrie 4.0: Technologien als versteckte Genies

Die Technologien, die die Industrie von morgen smart, flexibel und digital machen, sind kaum zu sehen, besitzen jedoch eine enorme Hebelwirkung. Innovationen der Elektro- und Elektronikindustrie bringen Industrie 4.0 erst zum Laufen.

Zeitnahe Reaktion

Wenn der Wetterdienst für das kommende Frühlingswochenende strahlenden Sonnenschein und wolkenlosen Himmel voraussagt, ruft das nicht nur die Ausflugsgastronomie auf den Plan, sondern auch die Marketingverantwortlichen großer Handelsketten. Für diese ist die Wetterkarte ein idealer Anlass, um kurzfristig eine österreichweite Rabattaktion für Fensterputzmittel zu starten. Für den Lieferanten, einen führenden Hersteller von Wasch- und Reinigungsmitteln mit Produktion in Wien, bedeutet das, die Linienproduktion innerhalb von 24 Stunden von Feinwaschmitteln auf streifenfreie Fensterreiniger umzustellen. Dies ist nur mit einer volldigitalisierten Supply Chain möglich: „Die Zulieferung der Bestandteile für die Rezeptur kann just in time erfolgen, was uns eine kurzfristige Umstellung der Produktion erlaubt. Die Etiketten erreichen uns überhaupt erst eine Stunde vor der Produktion“, so der Werksleiter. Die Losgröße eins beträgt in diesem Fall zehn Tonnen Reinigungsmittel, pro Tag können somit 1.500 Tonnen produziert und ausgeliefert werden (rund 50 Lkws täglich). Das Ziel ist, bis 2030 dreimal effizienter zu produzieren.

Industrie 4.0 Technologien

Ortswechsel: Von der geräuschintensiven Waschmittelproduktion in einen fast lautlosen und partikelfreien Reinraum, in dem Leistungshalbleiter hergestellt werden. Die sogenannte „Ionenimplantation“ erfolgt dabei selbststeuernd. Das bedeutet: Mitarbeiter und Roboter arbeiten hier ohne Schutzgitter nebeneinander, bis zu 1.900 Produkte werden gleichzeitig in der Fabrik gefertigt. Jeder Wafer legt 15 Kilometer zurück und wird in 1.200 Einzelschritten bearbeitet, bevor er die Fertigungshalle verlässt. 800.000 Mal werden die Wafer pro Tag durch die Fabrik manövriert, die komplexe Logistik steuert sich selbst: Alle Produkte sind mit einem RFID-Chip ausgerüstet, sodass sie jederzeit in der Halle lokalisiert werden können und die Maschine erkennt, welcher Fertigungsschritt bei welchem Produkt gerade an der Reihe ist. Die Information wird in Echtzeit übermittelt.

Intelligente Systeme

Damit extrem effiziente, selbststeuernde Abläufe wie diese möglich werden, ist komplexe Steuerungsintelligenz notwendig. Die Technologie, die das ermöglicht, steckt in Sensoren, Hochleistungschips, kooperativen Robotern, Assistenzsystemen, RFID, Near Field Communication (NFC) und natürlich in der Software, die Prozesse virtuell abbildet und steuert: innovative Informations- und Kommunikationstechnologie, die in den F&E-Laboren der Elektro- und Elektronikindustrie entwickelt wurde.

Innovationstreiber Elektro- und Elektronikindustrie

Herwig Schneider vom Industriewissenschaftlichen Institut (IWI) hat sich im Auftrag des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft genauer angesehen, welche Branchen als Innovationstreiber agieren. Das Ergebnis: die „Enabling Industry“ mit der größten Hebelwirkung ist die Elektro- und Elektronikindustrie, gefolgt von Maschinen- und Anlagenbauern. Zu den wichtigsten Abnehmern zählen die Fahrzeugindustrie, die chemische Industrie und die Landwirtschaft.

Auch eine Umfrage des Beratungsunternehmens PwC bestätigt die Pionierkraft der Elektro- und Elektronikindustrie als einer der innovativsten Branchen in Österreich. Die Befragung von 100 österreichischen Industrieunternehmen kommt zu dem Ergebnis, dass diese in den kommenden fünf Jahren Investitionen von durchschnittlich 3,8 Prozent des Jahresumsatzes in Industrie-4.0-Lösungen tätigen werden – in Summe stolze vier Milliarden Euro.

Überdurchschnittlich viel wird demnach die Elektro- und Elektronikindustrie (4,5 Prozent oder 0,7 Milliarden Euro im Jahr) für digitalisierte Prozesse in die Hand nehmen, so auch die Maschinenbauindustrie (4,3 Prozent).

Smarte Technologien

Während der Maschinen- und Anlagenbau seine Investitionen insbesondere auf Produkte und Dienstleistungen für eine flexible, echtzeitnahe Produktionsplanung und -steuerung sowie auf die Automatisierung konzentriert, setzt die Elektro- und Elektronikindustrie die Schwerpunkte auf die Optimierung von Planungsprozessen und eingebetteten Systemen in der Produktion. Auch die Überprüfung der Performance mithilfe von Echtzeitdaten von Zustandsinformationen und vernetzten Sensoren im Servicebereich spielt eine große Rolle.
Die smarten Technologien dafür liefert großteils die Elektro- und Elektronikindustrie selbst, die somit eine Doppelrolle sowohl als Anwender als auch als Hersteller von „Industrie 4.0“ innehat.

Die angeführten Beispiele sind eine Auswahl an Technologien, in deren Bereich österreichische Unternehmen Stärkefelder aufweisen und damit weltweit erfolgreich sind.

  • Sensoren

Sensoren messen das reale Umfeld, wandeln dieses in digitale Daten um und verschmelzen somit die physische und digitale Welt. Hochleistungssensoren sind imstande, auch kleinste Veränderungen von Temperatur oder Feuchtigkeit und feinste Vibrationen zu erkennen. Sensoren ermöglichen zum Beispiel Predictive Maintenance, Radarsensoren das selbstnavigierende Vehikel.

  • Leistungselektronik

Leistungselektronik für die elektronische Steuerung ist eine wichtige Komponente für die Automatisierung in digitalisierten Produktions- und Lieferprozessen zahlreicher Industrien. Je mehr elektrische Verbraucher im Produktionsprozess integriert sind, desto wichtiger ist die energieeffiziente Steuerung. Dies wird den Einsatzbereich von Leistungshalbleitern weiter vergrößern.

  • Internet of Things

Im Internet of Things müssen Abermillionen Geräte miteinander kommunizieren können (Machine-to-Machine, M2M). Voraussetzung für neue Geschäftsmodelle im IoT ist, dass die Kommunikation unter den Geräten störungsfrei und energieeffizient abläuft. Die Hardware (Chips, Antennen, Bauelemente) wird dabei immer kleiner und leistungsfähiger, Hard- und Software ermöglichen bessere Rechenleistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit bei weniger Energieverbrauch.

  • RFID

Die automatische Identifikation von Werkstücken erfolgt häufig mittels Radio Frequency Identification (RFID), die sie zu „Smart Objects“ machen, ausgestattet mit Daten über sich selbst. Somit weiß das Werkstück selbst, was es einmal werden soll. RFID stellt ein enormes Potenzial für die produzierende Industrie dar, weil sich in der variantenreichen, individualisierten Fertigung (Losgröße 1) Steuerungsabläufe optimieren lassen. Zudem können die immer kleineren RFID-Chips dauerhaft in Produkte eingebaut werden, um während des gesamten Lebenszyklus Daten zu liefern (Wartung, Services).

  • Autonome Transportsysteme

In der Smart Factory sollen Transportsysteme flexibel und effizient Werkstücke von einer Station zur nächsten transportieren und eigenständig auf Echtzeitsituationen reagieren können. Mobile Roboter greifen auf eine sensorbasierte Kartierung der Umgebung zurück und können Umgebungs- und Kontextdaten erfassen und in Echtzeit verarbeiten.

  • Assistenzsysteme

Digitale Assistenzsysteme sind ein wichtiger Teil von Smart Factories und kommen bei der Bedienung von Maschinen zum Einsatz (Mensch-Maschinen-Interaktion). Auf Tablets oder Datenbrillen werden Informationen als Zusatzinformation zur realen Welt angezeigt (Augmented Reality). Datenbrillen erlauben zusätzlich die mobile Datenerfassung und Datenverarbeitung in Echtzeit.

  • Steuerungen für Industriesysteme

Für die Steuerung von komplexen Fertigungsprozessen ist tiefgreifendes Wissen über Produktionsverfahren notwendig, aber ebenso IKT-gestützte Technologien von intelligenter Steuerungselektronik bis Embedded Software, die einen sicheren, zuverlässigen Betrieb ermöglichen.

Ausblick

Die Anzahl der hochdigitalisierten Unternehmen, also der Unternehmen mit einem hohen Anteil an digitalisierten Produkten, Prozessen und Services, soll sich laut PwC in den nächsten fünf Jahren mehr als verdreifachen. Insbesondere in der Elektro- und Elektronikindustrie werden 93 Prozent der Unternehmen ihre Wertschöpfungsketten hochgradig digitalisiert haben. Bis 2020 sollen 85 Prozent der Industrieunternehmen nachgezogen haben – und, dank zu erwartender Effizienzsteigerungen und sinkender Herstellungskosten, daraus drei Milliarden Euro zusätzlichen Umsatz pro Jahr erwirtschaften.

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