Industrie 4.0 und OT-Transformation: Technologien, Vorteile und Herausforderungen

Obwohl allgemein bekannt ist, dass sich die digitale Transformation auf Unternehmen auswirkt, die hauptsächlich mit Informationen und Daten umgehen – Finanzdienstleistungen, Telekommunikation, Einzelhandel usw. –, führt sie auch zu erheblichen Veränderungen in der Welt der Fertigung. Diese Entwicklung hin zur Computerisierung und Transformation von Fertigungssystemen wird als „Industrie 4.0“ bezeichnet. 

Aber was ist Industrie 4.0? Welche Technologien ermöglichen Industrie 4.0? Und welche Vorteile und Herausforderungen bringt Industrie 4.0 mit sich, wenn sich die Umgebungen der operativen Technologie (Operational Technology, OT) verändern?

• Wofür steht Industrie 4.0?

• Was ist Operational Technology (OT)?

• Industrie 4.0 im Kontext

• Industrie 4.0-Technologien und OT-Transformation

• IT/OT-Konvergenz

• Vorteile der OT-Transformation

• Herausforderungen der OT-Transformation

• Fazit

Was ist Industrie 4.0?

Industrie 4.0, auch bekannt als die vierte industrielle Revolution, wurde ermöglicht durch die Entwicklung und Einführung neuer, führender Technologien, die die Linie zwischen Informationstechnologie (IT) und operativer Technologie (OT) verwischen und digitale Transformation in die Werkshalle bringen.

Diese Spitzentechnologien umfassen eine Reihe von Fortschritten wie Big Data, Big Analytics, Robotik, Edge Computing, 3D-Druck, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen (KI/ML), Hybrid Cloud Computing und mehr.

Was ist operative Technologie (OT)?

Operative Technologie umfasst die Hardware und Software, die den physischen industriellen Produktionsprozess steuern. Beispiele für OT sind industrielle Steuerungssysteme, speicherprogrammierbare Steuerungen, Produktions-Überwachungssysteme und Datenerfassungssysteme.

In der Vergangenheit war diese Technologie in der Regel sehr spezialisiert und isoliert und nutzte häufig geschlossene proprietäre Protokolle. Dies führte dazu, dass OT Daten- und Kommunikationssilos erzeugte. Das führte zu Ineffizienzen und machte es schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, verfügbare Daten effektiv zu teilen und zu nutzen. Mit Industrie 4.0 werden diese Einschränkungen beseitigt.

Industrie 4.0 im Kontext

Lassen Sie uns zunächst über die ersten drei industriellen Revolutionen sprechen, um den historischen Kontext zu verstehen, in dem wir uns befinden.

Die industrielle Revolution

Die erste industrielle Revolution, auch einfach als Industrielle Revolution bekannt, war eine Zeit des tiefgreifenden Wandels, in der herkömmliche Produktionsmethoden (bei denen alles größtenteils von Hand hergestellt wurde) durch neue mechanisierte Herstellungsverfahren ersetzt wurden.

Zu den Technologien, die dies möglich gemacht haben, gehörten neue Energiequellen (wie Dampf und Wasser), der verstärkte Einsatz von Eisen und Stahl und eine Vielzahl neuer Erfindungen, darunter der Verbrennungsmotor und der Webstuhl.

In Großbritannien, Europa und den USA begann die industrielle Revolution im 18. Jahrhundert, aber andere Teile der Welt hinkten hinterher und erlebten ihre industriellen Revolutionen (manchmal viel) später.

Zweite industrielle Revolution

Die zweite industrielle Revolution, auch als technologische Revolution bekannt, fand vom Ende des 19. bis zur ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts statt.

Dies war eine Phase explosiven industriellen Wachstums, die durch weitere Erfindungen und wissenschaftliche Entdeckungen ermöglicht wurde, darunter eine deutlich effizientere Stahlproduktion, die Nutzung von Elektrizität für Energie und Beleuchtung, Werkzeugmaschinen, Erdölförderung und -raffination, Telegrafen und das Telefon, das Automobil, der Ausbau der Eisenbahnen und vieles mehr.

Dritte industrielle Revolution

Die dritte industrielle Revolution, auch als digitale Revolution bekannt, begann in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts und dauert bis heute an.

Die digitale Revolution ist, wie Sie vielleicht vermuten, durch die schnelle und weit verbreitete Einführung digitaler Computer gekennzeichnet. Es gibt eine enorme Anzahl technologischer Fortschritte, die dies möglich gemacht haben, aber es ist hauptsächlich auf die Massenproduktion und Einführung von Computern, die Entwicklung des Internets, die Erfindung des World Wide Web und die Entwicklung und Verbreitung von Smartphones zurückzuführen.

Vierte industrielle Revolution

Wir befinden uns jetzt in der vierten industriellen Revolution oder Industrie 4.0, die direkt auf der Basis der digitalen Revolution aufbaut und einen erheblichen Einfluss darauf hat, wie Fertigungsabläufe heute ablaufen.

Angesichts des rasanten Tempos des Wandels und des technologischen Fortschritts ist natürlich bereits von Industrie 5.0 und anderen ähnlichen Generationen die Rede. In Japan ist beispielsweise von „Society 5.0“ die Rede, die auf vier früheren zivilisatorischen Phasen aufbaut: Jagd, Landwirtschaft, Industrie und Information. Aber vorerst betrachten wir Industrie 4.0 und wie sie die OT-Transformation ermöglicht.

Industrie 4.0-Technologien und OT-Transformation

Während die digitale Revolution durch die Entwicklung und das explosionsartige Wachstum von Computern und dem Internet ermöglicht wurde, baut Industrie 4.0 auf diese weiter auf und erweitert die digitale Grundlage, um OT-Transformationen zu ermöglichen.

Während der dritten industriellen Revolution tauchten Computer auf und verbreiteten sich in Fabriken. Doch sie arbeiteten im Allgemeinen in Silos und dienten als unabhängige Inseln, auf denen Daten nicht sichtbar, zugänglich oder geteilt wurden. In der vierten industriellen Revolution werden diese Silos aufgebrochen, und Daten wurden immer sichtbarer und zugänglicher. Dies ermöglicht eine tiefergehende Analyse, eine höhere Effizienz und ein Niveau der globalen Optimierung, das zuvor nicht möglich war.

Die OT-Transformation wird durch eine Vielzahl verschiedener Technologien ermöglicht, darunter:

• Edge Computing

• Robotik

• digitale Zwillinge

• Cyber-Physical Systems

• Internet of Things (IoT)

• Hybrid Cloud Computing

• Big Data, Big Analytics und Datenvisualisierung

• Mobilgeräte

• Augmented Reality und Wearables

• Verbesserungen der Cyber-Sicherheit

• Wireless-Technologie der vierten und fünften Generation (4G und 5G)

• High-Touch-Kundeninteraktion und detaillierte Kundenprofilerstellung

Dies ist keine vollständige Liste, doch es gibt Ihnen eine Vorstellung von den Technologien, die es ermöglichen, Daten fast überall zu generieren, zu erfassen, zu verarbeiten und zu nutzen. Dies ermöglicht in Kombination mit Fortschritten in der Betriebstechnologie einen grundlegenden Wandel in modernen Industriebetrieben und führt zu einer OT-Transformation.

IT/OT-Konvergenz

IT/OT-Konvergenz ist das, was passiert, wenn Unternehmen ihre IT- und Betriebstechnologiesysteme miteinander verbinden und damit beginnen, spezialisierte und maßgeschneiderte OT-Systeme durch softwaredefinierte Ansätze und Standard-IT-Hardware zu ersetzen.

Diese Konvergenz ermöglicht es Unternehmen, ihre Daten besser zu nutzen. Operative Technologien kontrollieren die Systeme in der Fertigung und sammeln Daten, die zur Verarbeitung und Analyse an die IT weitergegeben und anschließend zur Änderung oder Optimierung von Fertigungsprozessen verwendet werden können. 

Die IT/OT-Konvergenz ermöglicht auch eine Front-Loading-Problemlösung. Potenzielle Probleme können früher im Design- und Entwicklungsprozess identifiziert und gelöst werden, was Zeit und Geld spart.

Natürlich ist auch die IT von dieser Konvergenz betroffen und muss Anforderungen aus der OT-Welt hinsichtlich z. B. Sicherheit, Zuverlässigkeit und geringe Latenzzeiten gerecht werden. 

Vorteile der OT-Transformation

Die OT-Transformation, die durch diese neuen Technologien und die IT/OT-Konvergenz ermöglicht wird, bietet zahlreiche entscheidende Vorteile für die Fertigung, darunter:

• Steigerung der Gesamtanlageneffektivität (OEE), Verbesserung der Produktionsqualität, Leistung sowie Verfügbarkeit von Fertigungsoperationen

• Reduzierung von Produktionsausfallzeiten durch Geräteausfälle durch KI/ML-gesteuerte prädiktive Wartung

• Steigerung der Effizienz und Effektivität der Mitarbeitenden durch genaue und zeitnahe Informationen, die für die Entscheidungsfindung erforderlich sind

• Zunehmend autonome „intelligente Fabriken“, die in der Lage sind, die Produktion mit minimalen menschlichen Eingriffen zu verwalten und zu optimieren

• Ermöglichung der „Massenpersonalisierung“ – der Massenproduktion von kundenspezifischen oder personalisierten Artikeln –, die Verbraucher zunehmend erwarten und fordern

• Optimieren von Inventar, Geräten und Prozessen mithilfe von KI/ML durch Vorhersage und Behebung potenzieller Probleme

Dies ist keine vollständige Liste der Vorteile der OT-Transformation und der Industrie 4.0, aber sie demonstrieren einige der Verbesserungen und Effizienzen, die durch die Konvergenz von Informationstechnologie und operativer Technologie möglich sind.

Herausforderungen bei der OT-Transformation

Natürlich gibt es viele Herausforderungen, die das Deployment und die Einführung der OT-Transformation einschränken, darunter Sicherheit, Fachkräftemangel und mehr.

• Cyber-Sicherheitsschwachstellen sind immer ein Problem, und das gilt umso mehr, wenn die Angriffsfläche durch die IT/OT-Konvergenz erweitert wird.

• Mangelde Qualifikation und Fachkräftemangel wurden bereits als Hauptrisiko für die digitale Transformation identifiziert. Dies gilt umso mehr für die Industrie 4.0, da viele OT-Spezialisten in den Ruhestand gehen und ihre besonderen Kompetenzen und Erfahrungen mitnehmen.

• Integration vorhandener Assets. Es gibt eine Vielzahl von Protokollen, Schnittstellen und mehr oder weniger offenen Standards, insbesondere im Hinblick auf die langen Lebenszyklen von OT-Geräten, die in der Regel weit über zehn Jahre liegen.

• Die Menge der generierten Daten kann schnell überwältigend werden, was zu einem wachsenden Bedarf an Storage und Processing Power führt und Datenspezialisten mit besonderen Fähigkeiten und speziellem Training erfordert.

Dies sind nicht die einzigen Herausforderungen für die OT-Transformation und die Industrie 4.0, denen sich Unternehmen stellen müssen. Obwohl sie schwierig zu bewältigen sein können, sind sie nicht unüberwindbar.

Fazit

Die digitale Transformation im Rahmen der Industrie 4.0 ist mit zahlreichen Herausforderungen verbunden, aber die Vorteile und die Effizienz, die sie bieten kann, sind erheblich. Die Annäherung von Informationstechnologie und Betriebstechnologie – IT/OT-Konvergenz – kann Branchen effizienter, resilienter und reaktionsfähiger machen, wovon Kunden, Mitarbeiter und Unternehmen insgesamt profitieren.

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