Tim Lutz
5. Februar 2020

Industrie 4.0

Unter dem Begriff Industrie 4.0 werden seit den 2010er Jahren Konzepte zur umfassenden Digitalisierung und intelligenten Vernetzung aller Komponenten industrieller Prozessketten gefasst. Industrie 4.0 zielt auf Automatisierung von Fertigungsprozessen durch intelligenten softwaregestützten Datenaustausch.

Themen bei der Umsetzung sind das Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing, das Cyber-physische System (CPS) sowie die Forschungsbereiche kognitives Rechnen und künstliche Intelligenz (KI).

Industrie 4.0 in Produktion und Logistik

Ziel ist eine höhere Effizienz und Flexibilität der Wertschöpfungskette. Moderne Big Data-Analysen durchdringen in neuer Quantität und Qualität die bei der Digitalisierung erhobenen Daten. Die daraus resultierenden Erkenntnisse sollen für Verbesserungen der Prozesse und für neue Geschäftsmodelle sorgen. Dies bedeutet einen Entwicklungssprung, der als Beginn einer neuen Epoche gesehen werden kann.

Historie

Der Begriff “Industrie 4.0” ging 2011 aus einem Projekt der Hightech-Strategie der Bundesregierung hervor. Ziel war die Förderung der Informatisierung des verarbeitenden Gewerbes. 2012 legte der Arbeitskreis Industrie 4.0 der Bundesregierung Empfehlungen zur Umsetzung von Industrie 4.0 vor.

Industrie 4.0-Strategie der Bundesregierung

  • Die starke Individualisierung von Produkten mittels einer hochflexiblen Produktion.
  • Die Automatisierungstechnologie wird durch Methoden zur Selbstdiagnose und Selbstoptimierung verbessert.
  • Menschliche Arbeiter werden durch die Technologien intelligent bei komplexer Arbeit unterstützt.

Gestaltungsprinzipien und -ziele

  • Verbindung: Die Fähigkeit von Maschinen, Geräten, Sensoren und Menschen über das Internet bzw. das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) zu kommunizieren.
  • Informationstransparenz: Die Industrie 4.0-Technologie bringt den Betreibern und Kunden eine Fülle nützlicher Informationen. Dank Konnektivität und Sensoren können im Herstellungsprozess große Datenmengen gesammelt und interpretiert werden. Die Erkenntnisse dienen höherer Transparenz und Effizienz; Bereiche können identifiziert werden, die von Innovationen und Verbesserungen profitieren können.
  • Technische Hilfe: Assistenzsysteme können Menschen mit Informationen für fundierte Entscheidungen und unmittelbare Problemlösung unterstützen. Cyber-physische Systeme können schwierige Aufgaben übernehmen, die bisher von Menschen ausgeführt wurden.
  • Dezentrale Entscheidungen: Cyber-physische Systeme können eigenständig Entscheidungen treffen und möglichst autonom arbeiten. Nur bei Ausnahmen werden menschliche Unterstützung hinzugezogen.
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Smart Factorys

Drei Produktivitätsfaktoren bestimmen Industrie 4.0-Lösungen:

  1. Automation von Produktionsabläufen durch vernetzte Maschinen
  2. Betriebsdaten fallen durch die Vernetzung detailreich an
  3. KI-Analysemethoden und maschinelles Lernen liefern Erkenntnisse in neuer Quantität und Qualität

In Industrie 4.0-Fabriken, sog. Smart Factorys, sind die Maschinen mit Sensoren (vorzugsweise drahtlos) mit einem System verbunden, sodass die gesamte Fertigungsstraße erfasst und selbstständig Entscheidungen treffen kann. Ein System, das die Übersicht über alle vernetzten Produktionskomponenten hat, bewertet deren Daten und stimmt die Geräte untereinander auf die aktuellen Produktionsbedingungen hin ab. Diese Kontextbezogenheit erhöht die Effizienz und Qualität der Produktion. Nötige Wartungen werden rechtzeitig eingeplant, unnötige Wartungen vermieden.

End-to-End-Integration

Von Kundenseite wird von Unternehmen zunehmend mehr Flexibilität abverlangt. Der Trend geht zur Nachfrage höherer Produktvarianz, da der Markt diese Varianz immer selbstverständlicher bietet. Individuelle Varianten zu Preisen ähnlich wie bei Massenproduktion werden zunehmen Standard. Dies erfordert von Unternehmen effiziente flexible Produktion mit kleineren Losgrößen (Stichwort Losgröße 1). Produkte werden komplexer und “intelligenter” durch Software. Technische Innovation bringt kürzere Produktlebenszyklen mit sich. Immer selbstverständlicher wird auch Transparenz bzgl. Fertigstellung und Lieferzeit.

Vorteile von End-to-End-integrierten Geschäftsprozessen

  • Losgröße 1
  • Hohe Flexibilität
  • Hohe Transparenz
  • Schnelle Reaktionsfähigkeit
  • Produkt-Tracking

Für End-to-End-Integration ist ein hoher Grad an Vernetzung über IT-Systeme und Unternehmensgrenzen hinweg nötig, wie von Kundenportalen, Produktionsstätten und Lieferdiensten. Die Integration von Prozessen und Systemen zu einer nahtlos zusammenarbeitenden Einheit ist ein Kernthema für SAP. SAP nennt die Integration aller Systeme, die im Laufe eines Bestellauftrags aktiv sind, End-to-End-Integration. Hier geht es um das reibungslose Zusammenwirken von ERP-Systemen (SAP S/4HANA) und Manufacturing-Execution-Systemen (SAP MES).

SAP-Lösungen für Industrie 4.0

Die SAP-Lösungen decken Geschäftsszenarien durchgängig ab: Der Kunde konfiguriert zunächst sein gewünschtes Produkt. SAP ECC oder SAP S/4HANA veranlassen Schritte wie Komponentenbeschaffung, Produktionsplanung und Maschinenwartung. Die SAP Manufacturing Execution Suite (SAP MES) stellt daraufhin die Herstellung des individuellen Produkts mit der geforderten Qualität sicher. Es prüft bei jedem Arbeitsschritt anhand der Vorgaben, ob die Maschinen und das Material passend bereit sind.

Jeder Schritt wird protokolliert und kann für Analysen und Produkt-Compliance-Nachweisen ausgewertet werden. Auch dem Kunden kann dadurch schon während der Produktion eine hohe Transparenz mit Informationen zu den einzelnen Komponenten geboten werden. Externe Informationen von Zulieferern können ebenfalls eingebunden werden.

Anhand der umfassenden aufgezeichneten Daten können die Produktionsprozesse beständig überprüft und verbessert werden. Das System erlaubt auch Simulation von Abläufen, so dass Produktionsaufträge erst nach erfolgreichen Tests in die Fertigung gehen.

Das SAP Industrie 4.0-Schichtenmodell

  • SAP Hybris für Customer Data Management erfasst den Kundenauftrag.
  • SAP ERP dient der Materialplanung und in Folge der Erstellung des Fertigungsauftrags.
  • SAP Manufacturing Execution Suite (SAP MES) und SAP Manufacturing Integration and Intelligence (SAP MII) stellen die Verbindung zu den Maschinen und Fertigungsanlagen her. Sie stellen die Produktionsparameter zusammen, leiten die Produktion ein, zeichnen die Ist-Parameter auf.
  • SAP Plant Connectivity ordnet die von SAP MES gemachten Vorgabewerte den konkreten Maschinen zu.
  • Die Maschinen als Edge-Geräte erkennen über RFID-Sensor die Werkstücke, fragen von SAP ME passende Vorgabewerte an, meldet Fertigstellung.
Einleitung in die Industrie 4.0 und SAP MES

Industrie 4.0 mit SAP MES [Präsentation]

In dieser Präsentation bekommen Sie einen Einblick in das Thema Industrie 4.0 und SAP MES.

SAP Cloud Platform

Die SAP Cloud Platform bietet in diesem System die Grundlage der Datenhaltung. Die Industrie 4.0-bezogenen SAP-Dienste werden an diese Plattform angebunden. In einer Smart Factory sind Mitarbeiter, Lieferanten, Maschinen, Werkzeuge und sonstige Ressourcen vernetzt. Daten aus Hunderten Quellen wie Sensoren, Produktionssoftware und ERP-Systemen laufen auf der Cloud Platform zusammen. So ergeben sich Echtzeitdaten des Status aller Bereiche der Prozesskette für Prognosen und Bewertungen. Sich daraus ableitende Anpassungen können automatisiert werden.

SAP Predictive Maintenance and Service

SAP Predictive Maintenance and Service kann potenziell problematische Situationen voraussehen und Gegenmaßnahmen einleiten. Dazu werden bisherige Protokoll-Historien der hoch performanten SAP 4/HANA-Datenbank mit aktuellen Kontextinformationen abgeglichen. Muster können im laufenden Betrieb nahezu in Echtzeit erkannt werden.

Diese HANA-basierten Anwendungen können lokal on-premise oder auf der SAP Cloud Platform laufen. In letzterem Fall fließen die Produktionsdaten direkt in die Cloud und können dort mit intelligenten Verfahren wie Predictive Analysis ausgewertet oder zu Zwecken des Machine Learnings genutzt werden. Das Unternehmen muss dazu also keine eigene Infrastruktur betreiben. Auch hybride Lösungen mit z.B. lokaler IT für Manufacturing Execution und Cloud Computing für Mustererkennung sind möglich.

SAP Manufacturing Execution Suite (SAP MES)

SAP MES steuert und kontrolliert sämtliche Abläufe der Produktion, basierend auf den betriebswirtschaftlichen Vorgaben des ERP-Systems. Es übermittelt Maschinen und Mitarbeitern die aktuellen Fertigungsinformationen und vergleicht Ist-Daten der Fertigung mit Vorgabewerten. Für jedes hergestellte Produkt erstellt das System einen digitalen Zwilling.

Hohe Flexibilität bei Produktionen bis zu Losgröße 1 erfordert Industrie 4.0-fähige Anlagen. SAP MES übernimmt dabei die Orchestrierung der Abläufe. Die enge Integration des ERP-Systems mit der SAP MES erlaubt Änderungen an Aufträgen noch bis kurz vor der Produktion. Kunden haben dadurch eine hohe Flexibilität.

Tim Lutz

Websession: SAP-Lösungen für Industrie 4.0

Haben Sie Fragen zur Industrie 4.0 oder suchen Sie nach digitalen und intelligenten Lösungen für Ihre Unternehmensprozesse? Dann vereinbaren Sie eine kostenlose Websession. Wir beraten Sie gerne.

SAP Manufacturing Integration and Intelligence (SAP MIS)

SAP MIS ist Teil von SAP MES. Es sorgt für die Integration der MES-Daten mit anderen Systemen und die Intelligenz für Kombination und Analyse der Daten. Die Produktion kann damit nahezu in Echtzeit überwacht werden. Daten aus weiteren fertigungsnahen und betriebswirtschaftlichen Systemen können integriert und kombiniert werden. Daraus lassen sich z. B. Daten visualisieren, Key Performance Indicators berechnen und kritische Situationen erkennen.

SAP Plant Connectivity (SAP PCo)

SAP PCo stellt die Verbindung zu den konkreten Maschinen her, sendet ihnen Ablaufpläne und empfängt Daten von ihnen.

Self Service Composition Environments

Sog. Self Service Composition Environments erlauben, Anwendungen und Benutzeroberflächen per Drag & Drop einfach zu erstellen. Mitarbeiter können dadurch ohne tiefere IT-Kenntnisse Oberflächen zur Kontrolle oder Datenanalyse von Anlagen erstellen.

Tim Lutz

Tim Lutz

Mein Name ist Tim Lutz und ich bin der Fachbereichsleiter von Mindlogistik. Ich beschäftige mich schon seit vielen Jahren mit Logistiklösungen im SAP Umfeld.

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