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Industrie 4.0

Was bedeutet die digitalisierte und vernetzte Industrie für Ingenieure?

Von Leila Weltersbach

 

 

Die Industrie der Zukunft soll intelligenter, flexibler, effizienter und nachhaltiger werden! Eine große Aufgabe für die traditionsreiche deutsche Industrie, die weit in das analoge Zeitalter zurückreicht. Durch Technologie-Innovationen wie Robotik, Künstliche Intelligenz und Automatisierungstechnik soll die digitale Transformation genannt Industrie 4.0 umgesetzt werden.

Wie soll Industrie 4.0 gestaltet werden?

Oft fällt der Begriff im Zusammenhang mit der Digitalisierung und wird als Megatrend im Ingenieurwesen bezeichnet. Ursprünglich wurde damit ein groß angelegtes Zukunftsprojekt der Bundesregierung in Form einer Forschungsunion und einer Hightech-Strategie bezeichnet. Entstanden ist der Begriff Industrie 4.0 durch Konzepte und Ideen, die auf der Hannovermesse 2011 diskutiert wurden. Nach reichlichen Konzeptentwicklungen der Bundesregierung wurde 2013 der Arbeitskreis für die Umsetzung der Hightech-Strategie gegründet. Das erklärte Ziel: Die industrielle Produktion soll mit innovativer Informations- und Kommunikationstechnik modernisiert und somit "smart" gemacht werden.

In der Industrie sollen also Informations- und Produktionstechnologien so miteinander kombiniert werden, dass dadurch neue, innovative Industriegüter entstehen und die Prozesse der Wertschöpfungsketten effizienter und reibungsloser ablaufen – was unter dem Strich den Umsatz steigert. Die steigenden Kundenwünsche nach maßgeschneiderten, individuellen Produkten und Diensten stellen bisherige, standardisierte Abläufe vor eine Herausforderung. Sie sollen zeitsparend und kostengünstig sein – ohne dabei an hohen Qualitätsstandards einzubüßen. Gleichzeitig soll vor allem die direkte Kommunikation zwischen Mensch, Maschine und Anlage, als Herausforderung einer modernen Logistik, möglich gemacht werden. Technisch gesehen führt die Industrie 4.0 zu einer selbstorganisierten Produktion durch intelligente und digital vernetzte Systeme. Und das ist längst keine Zukunftsvision mehr.

Der Begriff Industrie 4.0 beschreibt die Idee der sogenannten 4. industriellen Revolution. Im Laufe der letzten 200 Jahre hat sich die Industrie in verschiedenen "Revolutionsstufen" entwickelt:

Die 1. Revolution

Dank Wasser- und Dampfkraft wurde die industrielle Fertigung um einiges leichter. 

Die 2. Revolution

Diese brachte den Durchbruch zur Massenfertigung mit Hilfe von Mechanik und elektrischer Energie.

Die 3. Revolution

Geprägt durch Elektronik und Informationstechnik war das Ziel die Prozessautomatisierung. 

Was bedeutet dieser Trend für das Ingenieurwesen?

Im Fokus der Industrie 4.0 steht die Wertschöpfungskette in der Güter produzierenden Industrie und ihre Optimierung bzw. Anpassung an die Anforderungen der vernetzten Gesellschaft. Durch die Verschmelzung von IT und Fertigungstechnik sollen alle Stationen der Wertschöpfung miteinander vernetzt werden. Von der Produktidee über die Konstruktion, Entwicklung und Fertigung bis hin zur Nutzung, Wartung und Wiederverwertung bzw. dem Recycling. Automatisierungstechnik und künstliche Intelligenz, die in Form von Roboteranlagen eingesetzt werden, sind die Triebfelder der Vernetzung und der intelligenten Kommunikation.

In den unterschiedlichen Ingenieur-Branchen ist es vor allem Aufgabe der Unternehmen, die Pläne der Industrie 4.0 in die Tat umzusetzen. In der Praxis sollten 4 Voraussetzungen geschaffen sein, um die Industrie zu revolutionieren:

1. Vernetzung

...durch das sogenannte Internet der Dinge bzw. Internet of Things. Die Kommunikation und Interaktion zwischen Mensch, System und Maschine wird erst durch die entsprechende Informationstechnik ermöglicht.

2. Informationstransparenz 

...durch die Aufzeichnung aller Arbeitsprozesse mit Sensoren, um ein virtuelles Abbild der realen Welt zu erschaffen. Dieses Abbild kann dann dabei helfen, Prozesse zu optimieren und laufend weiterzuentwickeln sowie Reibungsverluste an Schnittstellen zu reduzieren.

3. Technische Assistenz

...in Form von aggregierter, visualisierter und verständlicher Informationsverarbeitung durch Assistenzsysteme wie z.B. Kontrollsysteme an Produktionsmaschinen, die sich bei Fehlern bemerkbar machen.

4. Dezentrale Entscheidungen

Als IT-Sicherheitsberater ist es Deine Aufgabe, wertvolle Daten Deines Unternehmens und seiner Kunden zu schützen. Als unternehmensinterner Mitarbeiter oder externer Dienstleister stellst Du Dich digitalen Gefahren wie Viren, Cybervandalismus, also dem Löschen oder Verändern von Dateien, oder Wirtschaftsspionage. Gerade in Zeiten, in denen Unternehmen mobile Endgeräte und Cloud-Lösungen intensiv nutzen, wird das Schützen großer Datenmengen, die jederzeit abgerufen werden können und müssen, immer komplexer und kritischer.

Unternehmen, die all diese Faktoren bereitstellen, sind die "Smart Factories" der Zukunft. Durch Additive Manufacturing oder auch generative Fertigungsverfahren sollen zusätzlich auch die Produktionsverfahren von Modellen, Prototypen und Werkzeugen an die Digitalisierung und Vernetzung angepasst werden.

Aber auch im Bauingenieurwesen wird die Industrie 4.0 zu spüren sein. Dadurch, dass immer mehr Menschen in die großen Städte ziehen, müssen intelligentere und effizientere Mobilitätskonzepte und sogenannte "Smart Cities" entstehen. Durch Digitalisierung, Vernetzung und erneuerbare Energien sollen ganze Städte technologisch fortgeschrittener, grüner und interaktiver werden. Ein weiterer Anwendungsbereich im Bauwesen ist das Building Information Modeling, das durch Vernetzungstechnologien eine Optimierung in der Planung, Fertigung und Bewirtschaftungen von modernen Gebäuden bringen soll.

Welche Hauptakteure sind im Ingenieurwesen für die Umsetzung und Steuerung der Industrie 4.0 verantwortlich? Zum einen die Industrieunternehmen – wobei vor allem große Konzerne aus der Automobilindustrie und dem Maschinenbau zu den "Early Adopters" gehören, da sie größere Investitionen in die notwendigen Innovationen stecken können als der Mittelstand. Zusätzlich setzen Logistik-Unternehmen wichtige Impulse, indem sie möglichst smart mit den Industrieunternehmen zusammenarbeiten und effiziente Logistik-Lösungen entwickeln. Auf der anderen Seite spielt das Wirtschaftsingenieurwesen eine wichtige Rolle, indem es durch gut ausgebildete Engineering Consultants die Idee der Industrie der Zukunft für Kunden, Geschäftspartner und Verbraucher zugänglich macht. Und schließlich gibt es auch noch Dich. Querdenkende Jungingenieure, die motiviert und fachlich auf dem neuesten Stand ins Berufsleben starten, sind wichtig. Sie bringen die Idee der Industrie 4.0 quasi direkt beim Berufseinstieg mit. Du erlangst in jedem ingenieurwissenschaftlichen Studiengang neben den fachspezifischen Kenntnissen auch Knowhow zu Digitalisierung, Robotik,erneuerbaren Energien, Umweltschutz und künstlicher Intelligenz, die für die Umsetzung der Zukunftsstrategie von großer Bedeutung sind.   

Wohin entwickelt sich Industrie 4.0?

Bisher zeigt sich die Umsetzung vor allem in Forschungsarbeit. Verschiedene Forschungsprojekte wurden gestartet, um herauszufinden wie die Industrie 4.0 möglichst effektiv umsetzbar ist und welche konkreten Maßnahmen dafür getroffen werden müssen. Die Umsetzung stellt sowohl die Bundesregierung, als auch die deutsche Wirtschaft vor Herausforderungen: Beispielsweise müssen grundlegende technische Standards und Normen für die intelligente Kommunikation innerhalb der Industrie geschaffen werden. Dazu kommt die fast entscheidendste rechtliche Frage der Datensicherheit. Außerdem muss vor allem erst Verständnis und Akzeptanz bei den Akteuren einer sehr traditionsbewussten Branche gewonnen werden. Industrieunternehmen, Investoren und Ingenieure müssen vom Konzept Industrie 4.0 überzeugt werden.

Die Transformation in der Industrie ist für die Unternehmen zwangsläufig erforderlich, um international wettbewerbsfähig bleiben zu können. Die Folge ist ein Wandel des Arbeitsmarktes für Ingenieure. Ein Jungingenieur sollte nicht mehr nur Fachkenntnisse und Kernkompetenzen aus Maschinenbau, Verfahrenstechnik oder Fahrzeugtechnik mitbringen, sondern zusätzlich Knowhow aus den Gebieten Elektronik, Automatisierungstechnik und Informatik. Hier bietet sich für Dich eine große Chance auf spannende Berufsperspektiven! Absolventen aller ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen, die schon während des Studiums interdisziplinär und vernetzt gearbeitet haben, starten mit den besten Aussichten auf dem Arbeitsmarkt. Ein weiterer positiver Nebeneffekt für Dich als Ingenieur sind die neu geschaffenen Gestaltungsspielräume im Arbeitsalltag. Zur schönen neuen Welt der Industrie 4.0 gehört auch die "Zukunft der Arbeit" mit gesundheitsfreundlichen Arbeitsplätzen und flexiblen Arbeitszeitregelungen.

kurz gesagt:
  • Die Industrie 4.0 ist die Digitale Transformation aller Industriebranchen durch Informationstechnologie.
  • Im Ingenieurwesen sollen Fertigungstechnik und Informationstechnik miteinander vernetzt werden und Technologien für Smart Cities entstehen. 
  • Konkrete Umsetzung der Industrie 4.0 erfolgt durch Künstliche Intelligenz, Automatisierungstechnik und Robotik in der produzierenden Industrie.
 

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