Reihe: Industrial IoT – Die smarte Fabrik verstehen (Teil 2)

Von der Dampfmaschine 4.0: Eine kurze Einordnung des IIoT in die industrielle Revolution und das Konzept von Industrie 4.0.

Von DerSchneider

Im ersten Teil haben wir das IIoT definiert und es von seinem konsumentenorientierten Verwandten, dem IoT, abgegrenzt. Wir haben gesehen, dass es um weit mehr geht als um vernetzte Geräte – es geht um die fundamentale Optimierung industrieller Prozesse.

Doch das IIoT ist nicht vom Himmel gefallen. Es ist das jüngste und vielleicht folgenreichste Kapitel in einer Geschichte, die vor über 250 Jahren begann. Um seine Bedeutung wirklich zu erfassen, müssen wir einen Schritt zurücktreten und die große Erzählung der industriellen Revolutionen betrachten. Denn das IIoT ist der technologische Kern dessen, was wir Industrie 4.0 nennen.

Die vier Wellen des industriellen Wandels

Die Menschheit hat im Laufe ihrer Geschichte immer wieder Phasen tiefgreifenden technologischen Wandels erlebt. Für die Industrie hat sich die Einteilung in vier revolutionäre Sprünge durchgesetzt:

Industrie 1.0: Das Zeitalter der Mechanisierung (Ende 18. Jahrhundert)

• Antrieb: Wasser- und Dampfkraft.
• Die Erfindung: Die mechanische Webmaschine, die Dampfmaschine von James Watt. An ihre Stelle trat die Muskelkraft von Mensch und Tier.
• Das Ergebnis: Die Fabrik entstand. Produktion wurde aus den heimischen Werkstätten in zentrale, mit Maschinen bestückte Hallen verlagert. Der Beginn des Maschinenzeitalters.

Industrie 2.0: Das Zeitalter der Massenproduktion (Beginn 20. Jahrhundert)

• Antrieb: Elektrische Energie.
• Die Erfindung: Das Fließband, die arbeitsteilige Massenfertigung, eng verbunden mit Namen wie Henry Ford und Frederick Winslow Taylor (Taylorismus).
• Das Ergebnis: Elektrische Energie ermöglichte eine flexiblere Anordnung der Maschinen und einen kontinuierlichen Materialfluss. Komplexe Produkte wie das Automobil wurden für breite Bevölkerungsschichten erschwinglich.

Industrie 3.0: Das Zeitalter der Automatisierung (Ab 1970er Jahre)

• Antrieb: Elektronik und Informationstechnologie.
• Die Erfindung: Der Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, engl. PLC), der Industrielle Roboter. Der Mikrochip hielt Einzug in die Fabrik.
• Das Ergebnis: Maschinen konnten nun nicht nur arbeiten, sondern programmiert werden. Sie übernahmen zunehmend komplexe und gefährliche Aufgaben. Der Mensch wurde vom Bediener zum Überwacher und Programmierer.

Industrie 4.0: Das Zeitalter der Vernetzung (Heute)

• Antrieb: Daten und Konnektivität.
• Die Erfindung: Das Industrial Internet of Things (IIoT), Cyber-Physische Systeme (CPS), Künstliche Intelligenz.
• Das Ergebnis: Die Grenzen zwischen physischer und digitaler Welt verschwimmen. Maschinen kommunizieren nicht mehr nur mit Menschen, sondern miteinander und mit übergeordneten Systemen in Echtzeit. Die Produktion wird intelligent, dezentral und selbstoptimierend.

Industrie 4.0 und IIoT: Was ist der Unterschied?

Hier kommt es oft zu Begriffsverwirrungen. Sind Industrie 4.0 und IIoT nicht dasselbe? Die Antwort ist: Nein, sie sind untrennbar miteinander verbunden, bezeichnen aber unterschiedliche Dinge.

• IIoT (Industrial Internet of Things) ist die Technologie. Es ist die konkrete Infrastruktur aus Sensoren, Netzwerken, Gateways und Plattformen, die die Daten aus der physischen Welt erfasst und verfügbar macht. Das IIoT ist das Werkzeug, die Hardware und die Software.
• Industrie 4.0 ist das Leitbild, das Konzept, die Vision. Sie beschreibt, wie die Produktion der Zukunft mit Hilfe dieser Werkzeuge organisiert sein wird. Es geht um neue Geschäftsmodelle, um die Beziehung zwischen Mensch und Maschine, um die individualisierte Massenproduktion (Losgröße 1) und um völlig neue Wertschöpfungsketten.

Man könnte es so formulieren: Das IIoT ist der technische Motor, der die Vision von Industrie 4.0 überhaupt erst antreibt und ermöglicht. Ohne vernetzte Sensoren gibt es keine Echtzeitdaten. Ohne Echtzeitdaten keine intelligente, sich selbst steuernde Fabrik.

Das Herzstück: Cyber-Physische Systeme (CPS)

Das zentrale Konzept, das in Industrie 4.0 verwirklicht wird, ist das des Cyber-Physischen Systems (CPS) . Stellen Sie sich eine Maschine vor – sagen wir, eine industrielle Fräse. Im Zeitalter von Industrie 3.0 war sie eine Insel. Sie arbeitete nach ihrem Programm, und ein Mensch musste sie überwachen und eingreifen.

Im Zeitalter von Industrie 4.0 wird diese physische Fräse um ein digitales Abbild erweitert. Sensoren (IIoT) messen kontinuierlich Vibrationen, Temperatur, Schnittkraft und Stromverbrauch. Diese Daten fließen in ein digitales Modell – den Digitalen Zwilling (mehr dazu in Teil 9). Dieses Modell ist das „Cyber“-Gegenstück zur physischen „Fräse“.

In diesem digitalen Zwilling laufen alle Fäden zusammen:

• Ein Algorithmus erkennt, dass die Vibrationen auf ein defektes Lager hindeuten.
• Das System greift nicht nur ein, indem es eine Warnung ausgibt, sondern kommuniziert selbstständig mit dem Wartungsplaner und bestellt ein Ersatzteil.
• Gleichzeitig passt es seine Drehzahl an, um den Verschleiß zu minimieren, bis die Wartung erfolgt.

Das ist die Essenz eines Cyber-Physischen Systems: Die enge Verzahnung und Rückkopplung zwischen der physischen Maschine und ihrem intelligenten, vernetzten digitalen Abbild. Und die Basis für diese Rückkopplung sind die Datenströme des IIoT.

Warum diese Einordnung wichtig ist

Das Verständnis dieser Geschichte hilft uns, die Gegenwart einzuordnen. Die Einführung von IIoT und Industrie 4.0 ist kein bloßer Technologie-Upgrade wie der Wechsel auf einen schnelleren Computer. Sie ist ein fundamentaler Wandel im Selbstverständnis der Industrie, vergleichbar mit der Einführung der Dampfmaschine oder des Fließbands.

Sie verändert nicht nur, wie wir Dinge herstellen, sondern auch wer sie herstellt und wo. Sie stellt neue Anforderungen an die Qualifikation der Mitarbeiter, verändert Geschäftsmodelle und schafft neue Abhängigkeiten – insbesondere von der Sicherheit und Verfügbarkeit von Daten.

Im nächsten Artikel werden wir die Akteure dieses neuen Ökosystems genauer unter die Lupe nehmen. Wir fragen: Wer spielt eigentlich alles mit, wenn eine Fabrik intelligent wird – und welche Rollen übernehmen sie?