Ressourceneffizienz und Industrie 4.0

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Was ist Industrie 4.0?

Industrie 4.0 wurde als Schlagwort das erste Mal auf der Hannover-Messe 2011 verwendet und beschreibt die vierte industrielle Revolution, in der die physische und digitale Welt miteinander verbunden sind: Anlagen, Maschinen, Werkstücke und Produkte werden mittels neuer Informationstechnologien miteinander verknüpft, Unternehmensprozesse digitalisiert und Daten dezentral erfasst. Die dadurch entstandenen Informationsnetzwerke können Grundlage für Neuerungen und Innovationen wie etwa effizientere Prozesse und neue Produkte in Unternehmen sein. Mit Blick auf kleine und mittlere Unternehmen (KMU) hat das VDI ZRE die Studie „Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 – Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes“ beauftragt. Darin werden die Definition von Industrie 4.0, die eingesetzten Technologien und die bisherigen Erkenntnisse zu Auswirkungen der digitalen Transformation auf die Ressourceneffizienz von industriellen Prozessen und Technologien beleuchtet (s. unten).

Inwiefern unterscheiden sich Industrie 4.0 und digitale Transformation?

Der Begriff der digitalen Transformation in der Industrie ist auch unter dem Schlagwort Industrie 4.0 bekannt. Beide Begriffe haben gemeinsam, dass sie sich auf die Vernetzung der physischen und digitalen Welt beziehen. Während die digitale Transformation eine Prozess-Sicht beschreibt, in der es um den politischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel geht, den digitale Informationstechnologien auslösen, meint Industrie 4.0 den Zustand, in dem sich Unternehmen hinsichtlich der Digitalisierung befinden.

Wie hängen Smart Factory, Internet der Dinge und Industrie 4.0 zusammen?

Im Zusammenhang mit Industrie 4.0 tauchen Begriffe auf, die fälschlicherweise wie Synonyme verwendet werden. Um die einzelnen Bezeichnungen voneinander abgrenzen zu können, hilft ein Blick auf die technischen Grundlagen für Industrie 4.0. Basis sind intelligente Objekte, die eine Vernetzung von Menschen, Maschinen und Produkten ermöglichen. Diese Objekte werden als Cyber-Physische-Systeme bezeichnet und bieten neben der Vernetzung noch einen weiteren Vorteil: Sie verteilen die Rechenleistung auf die einzelnen Geräte im Netzwerk.

Dadurch werden mehr Daten gesammelt und von den intelligenten Objekten eigenständig untereinander ausgetauscht. Auf Basis dieser Informationen lösen die intelligenten Objekte Aktionen aus und steuern sich selbst. Vertikale und horizontale Prozesse werden so automatisch von den intelligenten Maschinen optimiert. Diese Interaktionen zwischen Maschinen, aber auch zwischen Menschen und Maschinen, sind charakteristisch für den Ansatz der Smart Factory.

Der Begriff Internet der Dinge oder „Internet of Things“ bezieht sich auf sogenannte intelligente Objekte, die mit smarten Sensoren ausgestattet sind. Diese erfassen sowohl qualitativ als auch quantitativ spezifische physikalische und chemische Produktmerkmale. Außerdem kommunizieren die intelligenten Dinge über das Internet miteinander und können zum Beispiel Daten austauschen und bewerten.

Hat Industrie 4.0 Auswirkungen auf Ressourceneffizienz?

Die Digitalisierung von Produktionsprozessen bietet neben ökonomischen Vorteilen auch ein hohes Potenzial für Ressourceneffizienz. So können auf der einen Seite Energie- und Materialverbräuche reduziert werden, indem beispielsweise Überschüsse und Verluste digital erfasst und daraus entsprechende Anpassungen der Produktionsabläufe abgeleitet werden.

Auf der anderen Seite ist die digitale Transformation mit zusätzlichen Ressourcenaufwänden für die Herstellung und Nutzung von Hard- und Software verbunden. Neben den Ressourcenaufwänden haben Unternehmen zudem logistische Herausforderungen im Zuge der Digitalisierung zu bewältigen.

Die Materialkosten im verarbeitenden Gewerbe in Deutschland stellen mit ca. 43 Prozent Anteil am Bruttoproduktionswert den mit Abstand größten Kostenblock im verarbeitenden Gewerbe dar. Die Steigerung der Materialeffizienz spielt für die Industrie also eine entscheidende Rolle. Unternehmen können Kosten einsparen und gleichzeitig ressourcenschonender produzieren.

Wie kann Industrie 4.0 die Ressourceneffizienz steigern?

Ein großes Potenzial für die Ressourceneffizienz liegt in der Digitalisierung der Produktentwicklung und der damit verbundenen Produktionsplanung, die es den Unternehmen erlauben wird, die Ressourceneffizienz eines Produkts über den gesamten Lebensweg von der Rohstoffgewinnung über die Produktions- und Nutzungsphase bis zur Verwertung zu optimieren. Dies ermöglicht es im Idealfall allen Akteuren in der Wertschöpfungskette, ihre Prozesse entsprechend zu gestalten. Wichtige Kriterien wie beispielsweise die nutzungs-, fertigungs- und recyclinggerechte Produktgestaltung, aber auch die Planung entsprechender ressourceneffizienter Produktions- und Recyclingprozesse können bereits in der Entwicklungsphase berücksichtigt werden. Diese Möglichkeiten sollten die Unternehmen in Zukunft konsequent nutzen.

Werden Daten durch digitale Steuerungssysteme in Echtzeit erfasst, bietet sich für Unternehmen die Möglichkeit, Ressourcen effizienter zu nutzen. Beispielsweise kann durch die sofortige Meldung von Fehlern in der Produktion direkt in den Produktionsprozess eingegriffen werden. Fehlerhafte Teile können aussortiert und ggf. nachgearbeitet werden. Auch in der Prozessindustrie wird durch die Erfassung von relevanten Daten in Echtzeit u. a. die Überwachung der Konzentration von Verfahrenschemikalien ermöglicht. Eine zeitnahe Anpassung von Parametern ermöglicht eine optimale Prozessführung und damit Einsparungen von Material und Energie.

Im Hinblick auf die Verfolgbarkeit von Produkten können mit Hilfe sogenannte Radio Frequency Identification (RFID)-Systeme Güter identifiziert, lokalisiert sowie mit spezifischen Produktionsdaten beschrieben werden. Eine durchgängige Transparenz für Produktionsdaten und Materialbewegungen in der Herstellkette wird geschaffen. Ressourcen können eingespart werden, indem unnötige Transporte identifiziert und vermieden werden.

Bietet das VDI ZRE mehr Informationen zu Industrie 4.0 und Ressourceneffizienz an?

Das VDI ZRE hat in Zusammenarbeit mit dem Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, dem Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz, dem Hessischen Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung sowie dem Ministerium für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pflanz die Studie „Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 – Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes“ beauftragt.

Die Ergebnisse der Studie wurden am 12. Juni 2017 bei der 19. Konferenz des Netzwerks Ressourceneffizienz erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

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