January 18, 2021

Der Unterschied zwischen Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (IdD)

Die Begriffe Industrie 4.0 und Internet der Dinge (IdD) werden oft verwechselt. Wissen Sie, wo der Unterschied liegt?

Die heutigen Technologien sind zahlreich, komplex und stets mit Akronymen abgekürzt: AR, VR, AM, DL, IdD, KI.

Wir werden oft nach Begriffserklärungen gefragt. Der Unterschied zwischen Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (IdD) ist eine der häufigsten Fragen.

Kurz und simpel: Das Internet der Dinge ist nur ein Teil der Industrie 4.0. Genauso wie beispielsweise auch KI, Big Data und 3D Printing.

Was Industrie 4.0 ist, welche Technologien dazu gehören und wie sie angewendet werden, erfahren Sie in diesem Artikel.

Was bedeutet Industrie 4.0?

Industrie 4.0 bezeichnet das Resultat der vierten industriellen Revolution. Die vierte industrielle Revolution ist charakterisiert durch die Verbindung von automatisierten, traditionellen Herstellungs- und Industrieverfahren mit intelligenter Technologie und untereinander selbstständig kommunizierenden Maschinen.

Beispielsweise können voneinander unabhängige Maschinen in einer Produktionskette nun eigenständig Fehler in der Produktion feststellen und beheben sowie Prozesse optimieren.

Der Begriff Industrie 4.0, abgekürzt I4.0 oder einfach I4, entstand 2011 aus einem Projekt der deutschen Regierung, welche die Digitalisierung von Herstellungsprozessen fördert.

Industrie 4.0 in einer fiktiven Kleiderfabrik

Eine Webmaschine verarbeitet unaufhörlich Garn zu Stoff. Dieser Stoff wird über ein Fließband an eine Schneidmaschine weitergereicht. Wenn diese den Stoff zugeschnitten hat, näht ihn die Nähmaschine zu einem T-Shirt zusammen. Die Kontrollmaschine überprüft zum Schluss, ob das T-Shirt tatsächlich die gewünschte Größe hat.

Nun stellt die Kontrollmaschine fest, dass das T-Shirt bei einer Verkleinerung von 2 % noch immer dieselbe Größe beibehält.

Die Kontrollmaschine kommuniziert diese Information mit allen anderen Maschinen aus der Produktionslinie und es wird mittels KI gemeinsam nach einer Lösung gesucht.

Die Nähmaschine gibt an, sie könne einen Millimeter Stoff weniger umschlagen, ohne dass daraus ein Qualitätsverlust entsteht.

Die Schneidemaschine empfängt diese Information. Sie schneidet von nun an den Stoff kürzer, die Nähmaschine schlägt einen Millimeter weniger um und das T-Shirt ist 2 % kleiner.

Das Endprodukt ist qualitativ gleich wie vorhin, die Materialkosten sind aber um 2 % gesunken.

Bei einer Produktion von mehreren Tausend T-Shirts am Tag sind die eingesparten Kosten enorm.

Diese Optimierung konnten die Maschinen alleine durchführen, ohne die Mithilfe eines Menschen. Das ist Industrie 4.0.

Die Geschichte der Industrie 4.0

Die industrielle Revolution

Im 18. Jahrhundert begannen die Menschen, Dampfkraft und mechanische Produktionsanlagen kombiniert zu nutzen. Anstatt einer einzigen Arbeitskraft an einem einzigen Spinnrad konnten nun dutzende, nie müde werdende Maschinen eingesetzt werden.

Diese Nutzung von Dampfkraft für industrielle Zwecke war der größte Durchbruch der Menschheit zur Steigerung der Produktivität. Zum ersten Mal konnten wir mehr herstellen, ohne mehr Zeit dafür aufwenden zu müssen.

Die Dampfkraft wurde aber nicht nur für die Herstellung von Produkten, sondern auch für deren Transport benutzt. Dampfbetriebene Lokomotiven und Dampfschiffe ermöglichten einen Handel über große Distanzen.

Die zweite industrielle Revolution

Im 19. Jahrhundert entdeckten wir die Elektrizität und die Nutzung von Fließbändern für die Massenproduktion. 

Henry Ford beobachtete in einem Schlachthof in Chicago, wie Schweine auf einem Fließband von Metzger zu Metzger getragen wurden. Jeder Metzger übernahm bei jedem Schwein immer wieder den gleichen Teil des Schlachtens.

Diese Arbeitsteilung hat Henry Ford auf die Herstellung von Autos übertragen und so die zweite industrielle Revolution herbeigeführt.

Während früher an einer Station ein ganzes Automobil zusammengebaut wurde, wurden die Fahrzeuge nun in Teilschritten auf dem Förderband produziert. Dies war wesentlich schneller, durch die Spezialisierung der einzelnen Arbeiter*Innen hochwertiger und schlussendlich sogar kostengünstiger.

Die dritte industrielle Revolution

Die dritte industrielle Revolution begann in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts durch die Teilautomatisierung der Industrie mit Computern. Seit der Einführung dieser Technologien sind wir in der Lage, einen gesamten Produktionsprozess zu automatisieren und ohne menschliche Hilfe zu betreiben. Bekannte Beispiele dafür sind Roboter, die programmierte Abläufe selbstständig ausführen.

Industrie 4.0

Wir befinden uns momentan in der vierten industriellen Revolution. Durch unseren technologischen Fortschritt können Maschinen heute selbstständig Informationen aufnehmen, diese interpretieren und untereinander kommunizieren.

Maschinen, die bereits über eine Computertechnologie verfügen, werden um eine Netzwerkverbindung erweitert. Sie erhalten einen digitalen Zwilling. Dieser digitale Zwilling erlaubt ihnen das Senden von Informationen über sich selbst und das Empfangen von Informationen und Befehlen von anderen Maschinen.

So kann die Produktion ohne das Zutun von Menschen weitaus schneller und genauer analysiert und optimiert werden.

Die Technologien der Industrie 4.0

Die Optimierung in unserer fiktiven Kleiderfabrik bedient sich vieler verschiedener Technologien.

Untenstehend finden Sie einige der wichtigsten Technologien für die Industrie 4.0 und welche Funktionen diese erfüllen. 

Sensoren

Sensoren sind die Sinnesorgane der Maschinen. Anstelle von Augen und Ohren haben sie Kameras, Mikrofone und andere Sensoren, denen unsere Sinne nicht annähernd das Wasser reichen können.

Durch Sensoren können Maschinen alle möglichen Informationen aus ihrer Umgebung aufnehmen.

Künstliche Intelligenz

Um aufgenommene Informationen zu interpretieren und etwas damit anzufangen, müssen die Maschinen über eine künstliche Intelligenz verfügen.

Da das Hauptziel der Industrie 4.0 die Reduktion manueller Arbeit ist, müssen die Maschinen selbst Arbeitsabläufe neu koordinieren und allgemeine Verbesserungsmöglichkeiten erarbeiten können.

KI und die dazugehörigen Technologien wie maschinelles Lernen und sprachliches Verständnis sind eine Grundvoraussetzung für die Industrie 4.0.

Big Data

Je mehr Daten einer KI zur Verfügung stehen, desto intelligenter kann diese handeln.

Deshalb wird jeder Schritt in der Produktion detailliert aufgezeichnet. Dies generiert eine riesige Menge an Daten. Diese müssen die Maschinen verarbeiten, lesen, Schlüsse daraus ziehen, zur Umsetzung nutzen und sicher abspeichern.

Standardsoftware und menschliches Geschick reichen für eine Datenverarbeitung dieses Ausmaßes nicht aus.

Cloud-Storage & Cloud-Computing

Die nötige Rechenpower und Speicherkapazität von KI und Big Data überragen die Ressourcen der meisten Produktionsstätten. Deshalb ist Cloud-Storage und Cloud-Computing eine absolute Notwendigkeit für eine funktionierende Industrie 4.0.

Neben der Lösung für das Ressourcenproblem bietet die Cloud noch viele weitere Vorteile. Beispielsweise können sich mehrere Produktionsstätten aus einer einzigen Quelle bedienen, ein Feuer im Serverraum der Produktionsstätte zerstört nur die Hardware und im Notfall kann von überall auf der Welt auf die Daten zugegriffen werden.

3D Printing

3D Printing, auch Additive Manufacturing (AM) genannt, ist unerlässlich für die Industrie 4.0. Zur Herstellung eines Produktes werden zahllose Einzelteile verwendet, die von verschiedenen Maschinen gegossen, gefräst und gepresst werden.

Durch einen intelligenten 3D Drucker kann eine Produktionsstätte alle Teile in passender Stückzahl selbst herstellen, anstatt diese bei einem Händler einzukaufen.

Cybersicherheit

In der Industrie 4.0 sind alle Berührungspunkte der Produktion digital miteinander verbunden. Einerseits macht genau das die Stärke der Industrie 4.0 aus, andererseits bietet diese Verbundenheit auch viel Angriffsfläche.

Eine robuste Cybersicherheit ist deshalb so wichtig wie noch nie.

Simulationen

Wenn wir einen Prozess oder ein Produkt optimieren wollen, simulieren wir zuerst alle möglichen Auswirkungen. Wenn Maschinen mögliche Optimierungen in der Produktion einfach umsetzen würden, könnten Millionenschäden entstehen.

Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die Maschinen selbstständig Simulationen durchführen und die Resultate analysieren können. Die Maschinen müssen anhand dieser Analyse dann die Entscheidung treffen, ob sie diese Änderung durchführen (oder nicht).

Internet der Dinge (IdD)

Das letzte Puzzlestück der Industrie 4.0 ist das Internet der Dinge. Dass jede Maschine über eine eigene KI verfügt, alleine arbeiten kann und Daten effizient aufzeichnet, ist wertlos, wenn sie nicht mit anderen Maschinen kommunizieren kann.

Wahrscheinlich werden Sie häufiger die Abkürzung IoT anstatt IdD lesen. IoT ist die englische Übersetzung und bedeutet Internet of Things.

Was ist das Internet der Dinge (IdD)?

Das Internet der Dinge (IdD) bezeichnet, einfach ausgedrückt, das Netzwerk, über welches Geräte miteinander kommunizieren, ohne dass wir Menschen etwas dafür tun müssen.

Als Beispiel: Wenn ich nach Hause komme, geht automatisch das Licht an. 

Der GPS-Sensor in meinem Mobiltelefon registriert meine Koordinaten und gleicht diese mit denen meines Zuhauses ab. Wenn die Koordinaten übereinstimmen, sendet mein Mobiltelefon ein Signal an meine Glühbirne und diese schaltet sich ein.

Die Kommunikation zwischen Mobiltelefon und Glühbirne funktioniert über das Internet der Dinge.

Was ist das Industrielle Internet der Dinge (IIdD)?

Simpel ausgedrückt bezeichnet das industrielle Internet der Dinge (IIdD) das Netzwerk für die Kommunikation zwischen industriellen Maschinen und Geräten ohne das Zutun von Menschen. 

Die Kommunikation zwischen den Maschinen in der oben beschriebenen fiktiven Kleiderfabrik ist ein Beispiel für das IIdD.

Der einzige Unterschied zwischen dem IdD und dem IIdD besteht im Anwendungsbereich. Das IdD dient den Konsumenten und das IIdD dient der industriellen Produktion.

Wie funktioniert das IdD? Ein praktisches Beispiel

Eigentlich sollten wir nicht von dem Internet der Dinge sprechen, sondern von einem Internet der Dinge. 

Wir binden verschiedene Geräte in ein IdD ein, die dann zwar untereinander, aber nicht mit den Geräten außerhalb dieses Netzwerks kommunizieren können. Mein Mobiltelefon kann z. B. nicht mit dem IdD meines Nachbarn kommunizieren.

Um die Funktionsweise des IdD simpel zu erklären, bedienen wir uns am fiktiven Beispiel von Anna, David und ihrem Smarthome:

Das Licht geht um 7:00 an und David sieht zu, wie Anna die Augen öffnet. Er kennt ihre Vorliebe für Kaffee am Morgen und holt ihr die bereits gefüllte Tasse Kaffee aus der Küche.

Dieses simple, alltägliche Morgenritual bedarf der Kommunikation mehrerer Geräte.

Der Kern dieser Kommunikation ist ein Hub im Schlafzimmer, der als Koordinator des IdD dient.

Jedes Gerät im Haushalt hat einen digitalen Zwilling, der kabellos mit diesem Hub verbunden ist. So senden die 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 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.

Wenn 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, trifft er auf die Fehlermeldung: „Keine Tasse gefunden. Bitte Tasse bereitstellen.”

Menschen haben vor Jahrtausenden begonnen, miteinander zu kommunizieren. Nun haben die Maschinen diesen Schritt ebenso geschafft.

Wir nehmen Informationen über unsere Sinne auf. Maschinen nutzen Sensoren.

Wir kommunizieren physisch; mit unserer Stimme, Schrift und Gesten. Maschinen kommunizieren durch ein IdD.

So wissen unsere Geräte, wo wir sind, was wir tun und—durch die Kombination mit KI—was wir als Nächstes tun werden.

Dieses Zusammenspiel der Technologien lässt nahezu endlose Möglichkeiten offen, die weit über die Erleichterung unseres Alltags hinausgehen.

Was sind die Risiken und Probleme des IdD?

„Das S in IdD steht für Sicherheit.”

Diesen Spruch liest und hört man immer wieder in Diskussionen bezüglich des IdD. Er fasst das größte Problem des IdD—der Industrie 4.0 im generell—zusammen: 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 Hackerproblem gelöst wurde.

Doch nicht nur die mangelnde Cybersicherheit ist ein Problem. Auch die Notwendigkeit einer ständigen Netzwerkverbindung kann Ihnen das Leben schwer machen.

Wenn das Internet aus irgendeinem Grund ausfällt, funktioniert vom Lichtschalter bis zur Heizung auf einen Schlag nichts mehr.

Fazit

Das Internet der Dinge ist eines der wichtigsten technologischen Puzzleteile der Industrie 4.0. Durch die unabhängige Kommunikation zwischen unseren Maschinen können die Maschinen Probleme lösen, für die vorher die Mithilfe eines Menschen nötig war.

Ob die Industrie 4.0 zu einer glücklicheren Menschheit führt oder durch den Jobverlust vieler Fachkräfte das Gegenteil bewirkt, wird sich zeigen.
Auf jeden Fall ist die Entwicklung unaufhaltsam und Firmen müssen bereits jetzt beginnen, in ihre Cybersicherheit und in eine starke IT zu investieren.