Industrie 4.0-Technologien

Die Technologie des 3D-Drucks zeigt ihre Stärken dort, wo die klassische Fertigung an ihre Grenzen stößt. Die Additive Fertigung ermöglicht maximale Konstruktionsfreiheit bei Bauteilen mit komplexer Geometrien, inneren Hohlräumen, Mikrostrukturierungen für kleine Losgrößen als auch Serien.

Dreidimensionale Gebilde entstehen, indem Schicht für Schicht aufgetragen wird und dabei jede Lage fest mit der darunter liegenden, durch physikalische oder chemische Härtungs- und Schmelzprozesse, verbunden wird. Als Materialien stehen Metalle, Kunststoffe und auch Keramik zur Auswahl.

Schlüsselindustrien, in denen bereits heute Produkte aus Additiver Fertigung zum Einsatz kommen, sind Automotive und Motorsport, Flugzeug- und Maschinenbau, aber auch Kunst, Design und Architektur bedienen sich des neuen Verfahrens. Ein besonders interessanter Bereich ist die Medizintechnik: Im 3D-Druck können Serienimplantate und passgenaue Sonderanfertigungen wie Prothesen hergestellt werden.

Additive Fertigungsverfahren ermöglichen völlig neue Produkte, die sich durch ungeahnte Designoptionen, höhere Energieeffizienz und innovative Funktionalität auszeichnen.

Möglichkeit zum Netzwerken: Netzwerk Additive Fertigung der DGO

Big Data bezeichnet ein Phänomen unserer digitalen Zeit. Bei Big Data geht es um die Verwendung und Analyse komplexer Datenmengen, um diese wirtschaftlich zu nutzen. Dabei kommen Konzepte aus der IT-Technik zum Einsatz. Sie filtern Informationen aus zahlreichen Quellen und bereiten sie für unterschiedliche Anwendungen auf.

Da Datenmengen exponentiell zunehmen, besteht die Kunst darin einzuschätzen, welche Daten relevant sind. Um sie zu analysieren und zu managen, gibt es eine Bandbreite an Softwaresystemen. Predictice Analytics deckt wiederkehrende Muster in Daten auf, um Mithilfe von Algorithmen Vorhersagen zu treffen. Ein weiteres Verfahren heißt Complex Event Processing (CEP). Komplexe Ereignisse werden dabei kontinuierlich und simultan verarbeitet. CEP findet Anwendung im Handel, in der Logistik oder in der Netzwerküberwachung. Beispielsweise könnten in Echtzeit Kreditkartenbetrugsversuche erkannt werden.

Management und Marketing werden sich in Zukunft verstärkt Big Data Analysen zuwenden. Durch Big Data können Werbeangebote den jeweiligen Kundensegmenten zugeordnet werden, etwa auf Onlineverkaufskanälen, gemäß der Suchkriterien der Nutzer. In der Industrie können Maschinendaten gespeichert und analysiert werden, um Wartungs- und Reparaturkosten zu minimieren. Zukünftig können immer mehr Daten für die Berechnung des optimalen Wartungszeitpunktes mit einbezogen werden, wie z.B. Wetterdaten bei Außenanlagen oder Rohstoffdaten bei Produktionsmaschinen. Je länger die Daten automatisch gesammelt und mit Hilfe von künstlicher Intelligenz analysiert werden, desto genauer werden diese Vorausberechnungen werden. Big Data hat hohes Potenzial für neue Geschäftsmodelle.

Wer sich mit Big Data beschäftigt, muss sich umfassend mit dem Datenschutz auseinandersetzen. Werden Daten zu Werbezwecken verwendet, muss auch das Wettbewerbsrecht beachtet werden.

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Cloud Computing stellt eine virtuelle IT-Infrastruktur bereit, indem Daten, Anwendungen, Speicherplatz und Rechenleistung in einem virtuellen Rechenzentrum, in der Wolke (Cloud), zur Verfügung stehen. Dieses Rechenzentrum besteht aus zusammen geschalteten Computern. Diese Komponente lässt IT zum Gebrauchsgut werden. Diese Technologie verändert auch die Geschäftsmodelle der Anbieter

Die Vorteile liegen auf der Hand: Flexibilität und hohe Skalierbarkeit. Die Cloud kann dynamisch belegt und freigegeben werden und nur tatsächlich genutzte Anwendungen kosten. Unternehmen mit internationalen Niederlassungen können auf diese Weise spielerlisch zusammengeschaltet werden. Die Cloud ermöglicht Anwendungen auf den neuesten Stand der Technik.

Allerdings sollten nur jene verschlüsselten Daten auf der Cloud liegen, die aus Datenschutzgründen und der Datensicherheit als unbedenklich gelten. Die Verantwortung für Kundendaten liegt nicht beim Cloudanbieter. Es lohnt sich bei der Auswahl eines Cloudanbieters gründlich zu recherchieren.

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Cyber-physische Systeme umfassen die Verbindung von softwaretechnischen Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die miteinander kommunizieren. Die Dateninfrastruktur (Internet) im Hintergrund regelt den gesteuerten Datenaustausch. Voraussetzung hierfür ist die Vernetzung von eingebetteten Systemen durch Kommunikationsnetze.

Zu den verwendeten Technologien gehören Sensoren, Echtzeitverarbeitung und andere eingebettete Systeme. Viele Anwendungsgebiete von CPS haben mit dem Terminus „Smart“ zu tun: Smart Grid verbindet verschiedene Energieanbieter und Systeme, um eine höhere Effizienz zu schaffen, E-Health will Patienten und Ärzte vernetzen. Objekte kommunizieren mit der Umgebung in Netzwerken. Größte Innovationsschübe verspricht Industrie 4.0. So sollen CPS eine hohe dynamische Anpassung der Produktionsanlagen an die jeweiligen Produktionserfordernisse begünstigen. Resultat dieser Technologie ist es, die Lebensqualität zu steigern, Effizienz zu garantieren und die Versorgungssicherheit (Energie, Medizin etc.) zu erhöhen.

CPS ist ein wichtiges Forschungsgebiet unserer Zeit. Die Systeme sind noch sehr anfällig und es stellt sich die Frage wie autonome Systeme Entscheidungen treffen sollen oder können. Im Rahmen der Hightech-Strategie des Bundes werden Entwicklungen in dieser Hinsicht gefördert und vorangetrieben.

RFID-Systeme ermöglichen kontaktloses Speichern und Auslesen von Daten über Funk, wobei einzelne Objekte mit einer eindeutigen Nummer versehen werden. RFID-Systeme bestehen aus einem Transponder und einem Lesegerät.

Diese Technologie findet überall Anwendung wo maschinell Objekte erkannt, registriert, überwacht oder transportiert werden. Ein bekanntes Beispiel ist der elektronische Reisepass. In der Wirtschaft bietet diese Technologie Effizienzsteigerungen in der Logistik und Warenwirtschaft. Die RFID-Technik findet viele weitere Einsatzmöglichkeiten. So werden Tiere in Zoos gekennzeichnet, in der Medizin kann vor Arzneimittelfälschungen geschützt werden, im Büro wird eine erleichterte Zeiterfassung ermöglicht, Smart Tickets werden im öffentlichen Nahverkehr eingesetzt und Prozessoptimierungen in Bibliotheken durchgeführt.

Doch überall, wo Daten gesammelt werden, können diese auch missbraucht werden. Durch RFID-Chips in Kundenkarten könnten Einkaufshäuser beispielsweise das Kaufverhalten studieren. Spezielle Gesetze zu RFID-Systemen existieren nicht. So müssen die Vorschriften des Bundesdatenschutzgesetzes beachtet werden. Das Recycling gestaltet sich problematisch.

Das Bild von Robotergreifarmen, die löten und schweißen, ist aus der Automobilindustrie bekannt. Roboter werden eingesetzt in der Intralogistik, beim Lackieren, bei Software Engineering und Systemintegration. Es existieren unterschiedlichste Variationen wie industrielle Serviceroboter für fahrerlose Transportfahrzeuge, Roboter für automatisiertes Melken und Haushaltsroboter. Insbesondere in der Medizin bietet diese Technologie Chancen: robotische Assistenten helfen Chirurgen beim operieren, außerdem können Lahme mit Hilfe von Exoskeletten teilweise wieder gehen.

Wissenschaft und Forschung sind dabei, künstliche Intelligenz zu verstehen und intelligente Mensch-Maschine-Systeme zu bauen. Sie entwickeln autonome, sichere und kooperative Robotersysteme der nächsten Generation.

In der Produktion sind Roboter und Mensch durch Käfigstäbe getrennt. In Zukunft kooperieren Mensch und Maschinen in gemeinsamen Arbeitsumgebungen. So sind Roboter mit intelligenten, sensorbasierten Sicherheitsmechanismen und leistungsstarker Software ausgestattet.

Robotik hilft Produktionsabläufe schneller und flexibler, ohne menschliche Fehler, zu gestalten und Arbeitseinsätze, die für Menschen schutztechnisch gefährlich sind, oder die Gesundheit schädigen können, wie z.B. das Lackieren von Autos, übernehmen in Zukunft Robotern. Durch den Einsatz von Robotern können Arbeitsplätze verloren gehen. An anderen Stellen entstehen jedoch neue.

Virtual Reality (VR) kennzeichnet die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Realität in einer in Echtzeit digitalgenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung. Als Augmented Reality (AR) wird dagegen die Vermischung zwischen virtueller und der natürlichen Realität bezeichnet. Die Kunst besteht darin, den Nutzern das Gefühl zu geben, Teil dieser digitalen Welt zu sein. Mit einer „stimmigen Welt“ wird eine Illusion geschaffen, die die Sinne der anzusprechenden Personen prägt. Ein Problem der VR-Anwendung ist derzeit noch die Bewegungsübelkeit, die auftritt, wenn die Beschleunigungen zwischen beiden Realitäten nicht zueinander passen.

Zur Anwendung werden Head-Mounted-Displays benötigt, für die Interaktion spezielle Eingabegeräte und zur Erzeugung der virtuellen Umgebung eine Software.

Anwendungsgebiete dieser Zukunftstechnologie sind vielfältig: Instandhaltung, Produktionsplanung, Aus- und Weiterbildung oder auch Marketing. Ein bekanntes erprobtes Beispiel ist die Pilotenausbildung durch Flugsimulatoren. Insbesondere für die Kommunikation bietet diese innovative Anwendung großartige Möglichkeiten. Broschüren können durch AR erweitert werden und bei Messen lassen sich interaktive Erlebniswelten zaubern. Küchenaussteller können durch AR zeigen, wie die Vorführobjekte sich in Farb und Form verändern lassen. In der Produktion kann es den Mitarbeitern verschiedene Arbeitsschritte und Werkzeuge aufzeigen und zudem blendet der Röntgenblick nicht sichtbare Bauteile ein. Für VR und AR gibt es unzählige Einsatzgebiete. Viele Anwendungsarten befinden sich erst in der Demophase.