Die Welt der modernen Technologien ist geprägt von zahlreichen, komplexen Innovationen und Akronymen wie AR, VR, AM, IoT und KI. Doch was verbirgt sich hinter diesen Abkürzungen? (Auflösung: Augmented Reality, Virtual Reality, Additive Manufacturing, Internet der Dinge und Künstliche Intelligenz)
Eine Frage, die uns oft gestellt wird, betrifft den Unterschied zwischen der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (IoT).
Vereinfacht gesagt: Das Internet der Dinge ist ein integraler Bestandteil der Industrie 4.0. Ähnlich wie KI, Big Data oder 3D-Druck sind es einzelne Puzzleteile, die das Gesamtbild der vierten industriellen Revolution formen.
Dieser Artikel beleuchtet die Bedeutung der Industrie 4.0, die dazugehörigen Technologien und ihre vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf das Internet Der Dinge Industrie 4.0.
Was bedeutet Industrie 4.0 konkret?
Industrie 4.0 beschreibt die vierte industrielle Revolution. Diese zeichnet sich durch die Verschmelzung von traditionellen, automatisierten Produktions- und Industrieprozessen mit intelligenter Technologie und der selbstständigen Kommunikation von Maschinen untereinander aus.
Ein Beispiel: Unabhängige Maschinen in einer Produktionskette können eigenständig Fehler erkennen, beheben und Prozesse optimieren.
Der Begriff Industrie 4.0, abgekürzt I4.0 oder I4, entstand 2011 aus einem Projekt der deutschen Regierung zur Förderung der Digitalisierung von Herstellungsprozessen. Deutschland spielte in den letzten zwei Jahrzehnten eine Vorreiterrolle bei der Förderung dieser Entwicklung.
Industrie 4.0 am Beispiel einer fiktiven Textilfabrik
Betrachten wir eine automatisierte Textilfabrik: Eine Webmaschine verarbeitet kontinuierlich Garn zu Stoff. Der Stoff wird über ein Förderband zu einer Schneidemaschine transportiert. Nach dem Zuschnitt näht eine Nähmaschine daraus ein T-Shirt. Abschließend überprüft eine Kontrollmaschine, ob das T-Shirt die gewünschte Größe hat.
Die Kontrollmaschine stellt fest, dass eine Verkleinerung von zwei Prozent die Größe des T-Shirts nicht beeinträchtigt.
Diese Information wird an alle anderen Maschinen in der Produktionslinie weitergegeben. Mittels künstlicher Intelligenz (KI) wird gemeinsam nach einer Lösung gesucht.
Die Nähmaschine signalisiert, dass sie einen Millimeter Stoff weniger umschlagen kann, ohne Qualitätseinbußen zu riskieren.
Die Schneidemaschine empfängt diese Information und schneidet den Stoff entsprechend kürzer zu. Die Nähmaschine schlägt einen Millimeter weniger um, und das T-Shirt ist zwei Prozent kleiner.
Das Endprodukt ist qualitativ gleichwertig, aber die Materialkosten sinken um zwei Prozent. Bei einer Produktion von mehreren tausend T-Shirts pro Tag ist die Kostenersparnis enorm.
Diese Optimierung erfolgt selbstständig und ohne menschliches Zutun. Man spricht von selbstoptimierenden Wertschöpfungsketten oder der Smart Factory. Das ist Industrie 4.0, angetrieben durch das Internet der Dinge Industrie 4.0.
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Die Geschichte der Industrie 4.0: Ein kurzer Überblick
Die Industrielle Revolution: Der Beginn
Im 18. Jahrhundert begann die Nutzung von Dampfkraft und mechanischen Produktionsanlagen. Anstelle einer einzelnen Arbeitskraft am Spinnrad konnten nun Dutzende Maschinen mit gleichbleibender Effizienz eingesetzt werden.
Die Nutzung von Dampfkraft war ein bahnbrechender Fortschritt zur Steigerung der Produktivität. Erstmals konnte mehr produziert werden, ohne den Zeitaufwand zu erhöhen.
Dampfkraft wurde nicht nur für die Produktion, sondern auch für den Transport genutzt. Dampflokomotiven und Dampfschiffe ermöglichten den Handel über große Entfernungen.
Die zweite Industrielle Revolution: Massenproduktion
Im 19. Jahrhundert wurden Elektrizität und Fließbänder für die Massenproduktion entdeckt.
Henry Ford beobachtete in einem Schlachthof in Chicago, wie Schweine auf einem Fließband von Metzger zu Metzger transportiert wurden. Jeder Metzger übernahm bei jedem Schwein immer wieder den gleichen Teil des Schlachtens.
Diese Arbeitsteilung übertrug Henry Ford auf die Automobilproduktion und initiierte so die zweite industrielle Revolution.
Anstatt ein ganzes Automobil an einer Station zusammenzubauen, wurden die Fahrzeuge nun in Teilschritten auf dem Förderband produziert. Dies war schneller, hochwertiger durch die Spezialisierung der einzelnen Arbeiter und kostengünstiger.
Die dritte Industrielle Revolution: Automatisierung
Die dritte industrielle Revolution begann in den 1970er Jahren durch die Teilautomatisierung der Industrie mit Computern. Seitdem können wir ganze Produktionsprozesse automatisieren und ohne menschliche Hilfe betreiben. Bekannte Beispiele sind Roboter, die programmierte Abläufe selbstständig ausführen.
Industrie 4.0: Vernetzung und Intelligenz
Wir befinden uns in der vierten industriellen Revolution. Maschinen können heute selbstständig Informationen aufnehmen, interpretieren und untereinander kommunizieren – ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Umsetzung des Internet der Dinge Industrie 4.0.
Maschinen mit Computertechnologie werden um eine Netzwerkverbindung erweitert und erhalten einen digitalen Zwilling. Dieser ermöglicht das Senden und Empfangen von Informationen und Befehlen.
So kann die Produktion ohne menschliches Zutun detaillierter und effizienter analysiert und optimiert werden.
Die Schlüsseltechnologien der Industrie 4.0
Unser Beispiel der Textilfabrik verdeutlicht die Bedeutung verschiedener Technologien. Die Boston Consulting Group definiert neun Säulen, auf denen die Industrie 4.0 maßgeblich basiert.
Additive Fertigung (3D-Druck)
Der 3D-Druck, auch Additive Fertigung genannt, bezeichnet Fertigungsverfahren, bei denen dreidimensionale Gegenstände “gedruckt” werden. Das Material wird Schicht für Schicht aufgetragen. Eine Bitkom-Umfrage aus dem Jahr 2019 ergab, dass bereits ein Drittel der deutschen Industrieunternehmen 3D-Druck einsetzen.
Die Vorteile liegen auf der Hand: Anstatt Einzelteile von verschiedenen Maschinen zu beziehen, können Produktionsstätten diese mit intelligenten 3D-Druckern selbst herstellen. Auch bei Verschleiß oder Defekten schafft ein 3D-Drucker schnell Abhilfe.
Augmented Reality (AR): Erweiterte Realität
Augmented Reality erweitert die Realitätswahrnehmung mithilfe von Computern. In der Industrie 4.0 werden Bilder und Videos mit Zusatzinformationen ergänzt, die ein Computer liefert. Diese werden eingeblendet oder überlagern reale Objekte. Bekannt ist dies beispielsweise aus dem Fußball im Fernsehen.
Augmented Reality findet Anwendung in der Industrie, Architektur, Kunst und beim Militär. Praktische Anwendungen in der Industrie sind die Navigation in Gebäuden (z.B. bei der Wartung von Industrieanlagen) oder Informationen über den Status von Maschinen in der Produktionslinie.
Autonome Roboter: Selbstständige Helfer
Autonome Roboter führen Aufgaben selbstständig und ohne menschliche Aufsicht aus. Dies reicht von Staubsaugerrobotern bis zu autonomen Helikoptern. Häufig findet man sie in Lagerhäusern und der Fertigungsindustrie, wo sie Geschwindigkeit und Genauigkeit verbessern, das Verletzungsrisiko minimieren und körperlich schwere Arbeiten erleichtern.
Big Data und Big Data Analytics: Datenflut beherrschen
Die globale Datenmenge steigt rasant. Während es 2018 noch 33 Zettabytes waren, werden für 2025 bereits 175 Zettabytes vorausgesagt. Das heißt: Die Datenmenge verfünffacht sich weltweit. Starker Treiber dafür ist das Internet der Dinge Industrie 4.0. Ein autonomes Auto erzeugt im Jahr 2020 etwa 1 bis 4 Terabyte Daten täglich.
(Quelle: IDC Data Age 2025)
Im Zuge der Industrie 4.0 zeichnen Produktionsmaschinen, Roboter und Systeme bei jedem Schritt detailliert Daten auf. Dies generiert Big Data. Maschinen müssen diese lesen, verarbeiten (Big Data Analytics) und zur direkten Umsetzung und Optimierung anwenden (siehe Textilfabrik). Voraussetzung sind leistungsfähige Soft- und Hardwaresysteme, die oft auf Künstliche Intelligenz und Cloud Computing zurückgreifen.
Cloud Computing: Flexibler Speicherplatz
Cloud Computing, oft nur als die “Cloud” bezeichnet, ist eine IT-Infrastruktur, die in der Regel über das Internet bereitgestellt wird. Services sind Speicherplatz (Cloud Storage) und Rechenleistung (Cloud Computing). Wie oben erwähnt, kann die benötigte Rechenpower und Speicherkapazität für KI und Big Data die Ressourcen der meisten Produktionsstätten leicht überragen. Deshalb ist Cloud Computing praktisch eine Notwendigkeit für eine funktionierende Industrie 4.0.
Die Cloud bietet noch viele weitere Vorteile: Mehrere Produktionsstätten können sich aus einer einzigen Quelle bedienen, im Brandfall wäre nur die Hardware zerstört und von überall auf der Welt kann auf die Daten zugegriffen werden.
Cybersicherheit: Schutz vor Angriffen
In der Industrie 4.0 sind alle Berührungspunkte der Produktion digital durch standardisierte Kommunikationsprotokolle verbunden. Diese Konnektivität bietet jedoch auch Angriffsfläche. Die Zahl der Angreifer hat sich vervielfacht und die Wirtschaftsspionage floriert. Eine robuste Cybersicherheit ist deshalb unerlässlich. Da sich die Büro-IT um die Produktions-IT erweitert, entwickeln Sicherheitsexperten strategische und ganzheitliche Konzepte.
Horizontale und vertikale Systemintegration
Die horizontale und vertikale Systemintegration beschreibt das stärkere Zusammenwachsen von Unternehmen, Abteilungen, Funktionen und Fähigkeiten. Die Vernetzung von Bereichen und Abteilungen gilt als vertikale Integration, die zwischen Unternehmen als horizontale Integration. Grundlage ist die Digitalisierung, die für den effizienten Austausch von Daten zwischen Mitarbeitern, Maschinen und Werkstücken sorgt. Sie schafft das Fundament für selbstoptimierende Wertschöpfungsketten. Geschäftsprozesse können ausgelagert werden und die Unternehmensgrenzen verschieben sich (horizontale Integration).
Simulationen: Prozesse optimieren
Simulationen in der Industrie 4.0 dienen dazu, die physische Welt abzubilden. Komplexe Prozesse können realitätsnah simuliert werden, bevor man sie in der Realität umsetzt. Dies ist besonders wichtig im Maschinen- und Anlagenbau, wo Fehler fatale finanzielle Folgen haben können.
Es ist wichtig, dass die Maschinen selbstständig Simulationen durchführen und die Resultate analysieren können, um eigenständig Entscheidungen zu treffen.
Internet der Dinge (IoT) / Industrielles Internet der Dinge (IIoT)
Die Boston Consulting Group nennt als letzten Pfeiler der Industrie 4.0 das Industrielle Internet der Dinge (IIoT), was wiederum Teil des Internets der Dinge (IoT) ist.
Eine Frau nutzt ein Smart Home System, um verschiedene Aspekte ihres Zuhauses zu steuern, was die Integration von Technologie in den Alltag durch das Internet der Dinge Industrie 4.0 veranschaulicht.
Was ist das Internet der Dinge (IoT)?
Das Internet der Dinge (IoT) vernetzt physische und virtuelle Gegenstände miteinander. Informations- und Kommunikationstechnologien ermöglichen die Zusammenarbeit der einzelnen Gegenstände.
Ein praktisches Beispiel: Wenn ich abends nach Hause komme, soll automatisch das Licht im Hauseingang angehen.
Der GPS-Sensor in meinem Mobiltelefon lokalisiert meinen Standort, registriert meine Koordinaten und gleicht diese mit denen meines Zuhauses ab. Wenn die Koordinaten übereinstimmen, sendet mein Mobiltelefon in Abhängigkeit der Tageszeit ein Signal an die Glühbirne im Hauseingang, worauf sich diese einschaltet.
Die Kommunikation zwischen Mobiltelefon und Glühbirne erfolgt über das Internet der Dinge.
Was ist das Industrielle Internet der Dinge (IIoT)?
Das industrielle Internet der Dinge (IIoT) bezeichnet das Netzwerk für die Kommunikation zwischen industriellen Maschinen und Geräten ohne die Einwirkung des Menschen. Es ist der industrielle Teil des Internets der Dinge.
Die Kommunikation zwischen den Maschinen in der Textilfabrik ist ein Beispiel für das IIoT, ein wichtiger Aspekt des Internet der Dinge Industrie 4.0.
Der Unterschied zwischen dem IoT und dem IIoT liegt im Anwendungsbereich. Das IoT dient den Konsumenten, das IIoT der industriellen Produktion.
Wie funktioniert das IoT?
Wir binden verschiedene Geräte in ein IoT ein, die zwar untereinander, aber nicht mit Geräten außerhalb dieses Netzwerks kommunizieren können. Mein Mobiltelefon kann z. B. nicht mit dem IoT meines Nachbarn kommunizieren.
Um die Funktionsweise des IoT zu erklären, bedienen wir uns am fiktiven Beispiel von Anna, David und ihrem Smarthome:
7:00 Uhr morgens. Das Licht geht an. David ist schon wach und sieht, wie Anna ihre Augen öffnet. Sie liebt Kaffee am Morgen. David weiß das natürlich. Er geht in die Küche und bringt ihr die bereits gefüllte Tasse mit frischem Kaffee ans Bett.
Dieses einfache Morgenritual bedarf der Kommunikation mehrerer Geräte. Der Kern dieser Kommunikation ist ein Smart Home Hub im Schlafzimmer, der als Steuerzentrale des IoT dient.
Jedes Gerät im Haushalt hat einen digitalen Zwilling, der kabellos mit diesem Hub verbunden ist. So senden Geräte Informationen an den Hub und erhalten Befehle von ihm zurück.
Was spielt sich also im Hintergrund im Smarthome von Anna und David ab?
Um 7:00 Uhr sendet das Mobiltelefon von David ein Signal an den Hub.
Dieser gibt Befehle an die Glühbirnen und an die Kaffeemaschine. Das Licht geht an und der Kaffee beginnt zu brühen.
Als David die Küche betritt, registriert ein Sensor seine Bewegung und sendet diese Information an den Hub. Der Hub sendet den Befehl “Mach Licht!” an die Glühbirne in der Küche.
Sobald David die Tasse in die Hand nimmt, sendet der Kaffeekocher diese Information an den Hub. Wenn jemand jetzt per App eine Tasse Kaffee bestellen will, bekommt er die Fehlermeldung: “Keine Tasse gefunden. Bitte Tasse bereitstellen.”
Als Menschen haben wir bereits vor Jahrtausenden begonnen, miteinander zu kommunizieren. Nun haben die Maschinen diesen Schritt ebenfalls geschafft.
Wir nehmen Informationen über unsere Sinne auf, Maschinen nutzen Sensoren.
Wir kommunizieren physisch – mit unserer Stimme, Schrift und Gesten. Maschinen kommunizieren durch ein IoT.
So wissen unsere Geräte, wo wir sind, was wir tun und was wir als Nächstes tun werden. Hierzu wertet eine künstliche Intelligenz z.B. Textnachrichten, Kalendereinträge, Standorte oder sich wiederholende Verhaltensmuster einer Person aus und erstellt Vorhersagemodelle, die bestimmen, wie unser nächster Schritt aussehen wird.
Dieses Zusammenspiel der Technologien eröffnet endlose Möglichkeiten.
Was sind die Risiken und Probleme des IoT?
“Das S in IoT steht für Sicherheit.”
Dieser Spruch fasst das größte Problem des IoT zusammen: mangelnde Cybersicherheit.
Stellen Sie sich vor, Ihre Kaffeemaschine wird mit Ransomware infiziert. Sie piept unaufhörlich und verlangt eine Überweisung von 0.1 Bitcoin, damit Sie wieder Kaffee trinken können.
Oder jemand knackt das Sicherheitssystem Ihres Smarthomes, stellt den Thermostat auf die höchste Stufe und deaktiviert Ihren Zugang zum System. Sie können nichts tun, außer die Heizung komplett auszuschalten (und zu frieren), bis das Sicherheitsproblem gelöst wird.
Doch nicht nur die mangelnde Cybersicherheit ist ein Problem. Auch die Notwendigkeit einer ständigen und schnellen Netzwerkverbindung kann Ihnen das Leben schwer machen oder im schlimmsten Fall (beispielsweise beim autonomen Fahren) sogar tödlich enden. Wenn das Internet ausfällt, funktioniert vom Lichtschalter bis zur Heizung nichts mehr.
Fazit: Chancen und Herausforderungen
Sie kennen nun den Unterschied. Das Internet der Dinge ist eine der wichtigsten technologischen Säulen der Industrie 4.0. Durch die unabhängige Kommunikation zwischen den Maschinen können diese Probleme lösen, für die vorher die Mithilfe eines Menschen nötig war. Die Smart Factory mit selbstoptimierenden Wertschöpfungsketten, autonomen Robotern und 3D-Druckern rückt näher.
Doch jede Medaille hat eine Kehrseite. Ein mächtiges System mit enormer Konnektivität lädt dazu ein, für wirtschaftliche, strategische und monetäre Zwecke missbraucht zu werden. Wir sind mitten drin in der Industrie 4.0 und die Entwicklung geht exponentiell schnell voran. Firmen müssen jetzt in ihre Cybersicherheit und in eine starke IT investieren.
Auf der anderen Seite lockt eine ungeahnte Effizienz und Effektivität in der Produktion, die mit den richtigen Experten in Bereichen wie Data Science, Künstlicher Intelligenz, Maschinellen Lernens (Machine Learning) und Robotik erreicht werden kann. Deswegen sehen wir gespannt und optimistisch in diese aufregende Zukunft des Internet der Dinge Industrie 4.0.
Weiterführende Artikel:
IT-Sicherheit in Zeiten der Digitalen Transformation
Supply Chain Management der nächsten Generation – Digitalisierung der Logistik
Die digitale Transformation der Produktion – Manufacturing 4.0