Ressourceneffizient zur Industrie 4.0
Die Revolution, die Betriebsmittel schont
Auf dem Weg zur Industrie 4.0 dürften Hersteller auf der Suche nach dem optimalen Fertigungsprozess immer schonender mit Ressourcen umgehen. Denn unter der vierten industriellen Revolution kann die vollständige Erfassung und Optimierung aller Energie- und Stoffströme verstanden werden. Will ein mittelständischer Produzent seine Ressourceneffizienz gezielt verbessern, könnte die Lektüre der Untersuchung ‚Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 – Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes‘ lohnen.
Bild: VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Für den Begriff Industrie 4.0 existieren viele Definitionen, die je nach Perspektive, Motivation und Zielstellung unterschiedlich sind. Während die ersten drei Entwicklungsstufen der Industrialisierung mit der Mechanisierung, Elektrifizierung und Automatisierung weitreichende revolutionäre Veränderungen darstellten, gestaltet sich der Übergang von der dritten zur vierten Stufe in vielen kleinen Schritten. Darum sprechen Experten nicht von einer Revolution, sondern bezeichnen diese vielen, kleinen Sprünge von CIM (Computer-integrated Manufacturing) über die ’schlanke Produktion‘ der Lean Production bis zur Industrie 4.0 als Evolution. Industrie 4.0 ist als logische Folge der Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologien zu verstehen. Im Zuge der Adaption dieser Technologien führt sie zunächst zu einer IT-getriebenen industriellen Automation. Es lässt sich nicht klar abgrenzen, ab wann tatsächlich vom Begriff Industrie 4.0 die Rede ist. Wirklich große Schritte sind erst zu erwarten, wenn Fabrik, Anlagen sowie Produkt über eingebettete Systeme vollständig miteinander vernetzt sind und auf dezentral organisierte Dienste zurückgreifen. Mithilfe von Methoden und Werkzeugen der künstlichen Intelligenz können sie dann vom Zeitalter der Automatisierung in das der Autonomisierung wechseln. Wie viel Autonomisierung kleine und mittlere Unternehmen (KMU) des verarbeitenden Gewerbes ‚vertragen‘ oder wie ihre Abnehmer auf Sicht einfordern werden, kann ebenfalls nicht pauschal beantwortet werden – auch weil jedes KMU unter Industrie 4.0 etwas anderes versteht.
Lean ist Voraussetzung
Wesentliche Merkmale einer Smart Factory sind neben einem grundlegenden hohen Lean-Reifegrad und entsprechender Konnektivität auch die Transparenz, die Flexibilität sowie die Prognose- und Adaptionsfähigkeit. Weiterhin zeichnet sich die intelligente Fabrik durch eine hohe Ergonomie und auch Material- und Energieeffizienz aus: Hier rücken neben den bislang nur technischen Fragestellungen auch soziale, betriebs- und volkswirtschaftliche Aspekte in den Fokus.
Das Szenario Losgröße 1
Ein Szenario wird immer wieder als Vision hinter Industrie 4.0 ausgerufen: In Stückzahl Eins bei einem ausgewogenen Verhältnis der gegenläufigen Größen Zeit, Kosten sowie Qualität produzieren zu können – und zwar ressourceneffizient. Ist das Wunschdenken oder ließe sich das in naher Zukunft erreichen? Im Hinblick auf die zunehmende Weltbevölkerung und den steigenden Verbrauch an natürlichen Ressourcen werden sich im Industrie 4.0-Diskurs Themen wie Rohstoffkritikalität und Nachhaltigkeit zu zentralen Themen entwickeln. In Deutschland entfielen in 2015 insgesamt 29 Prozent der Endenergie auf das verarbeitende Gewerbe. Die Materialkosten stellten mit 43 Prozent den mit Abstand größten Kostenblock im verarbeitenden Gewerbe dar. Ein hohes Potenzial offenbart sich somit für Industrie 4.0. Wird unter der vierten industriellen Revolution die vollständige Erfassung und Optimierung aller Energie- und Stoffströme entlang des gesamten Lebenswegs eines Produkts verstanden, geht damit fast automatisch eine Steigerung der Ressourceneffizienz einher.
Bild: VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Verbräuche an anderer Stelle
Trotz des Potenzials von Digitalisierungsmaßnahmen zur Erhöhung der Ressourceneffizienz müssen die zusätzlichen Verbräuche und Einsparungen von Ressourcen immer gemeinsam betrachtet werden. Denn mit der zunehmenden Digitalisierung steigt auch der Verbrauch an zum Teil kritischen Rohstoffen für Hardware sowie an elektrischer Energie aufgrund der zusätzlich erforderlichen Hard- und Software.
Digitalisierung und Ressourcen
Das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) ist in der Studie ‚Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 – Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes‘ den Fragen nachgegangen, welchen Einfluss die Digitalisierung auf die Ressourceneffizienz in der Produktion hat und welche Potenziale darin liegen. Im Rahmen von zehn Fallstudien werden Anwendungsfälle und Lösungen aus der Praxis vorgestellt, bei denen bestimmte Technologien bereits zur Einsparung von Ressourcen in Unternehmen beitragen. Diese Beispiele sollen als Ausgangspunkt und Inspiration für eigene Digitalisierungsprojekte dienen. Aus den Praxisanwendungen lassen sich elf generische Maßnahmen der digitalen Transformation ableiten, die im besonderen Maße Einsparungen natürlicher Ressourcen bewirken. Bei den Maßnahmen handelt es sich beispielsweise um die Vernetzung von Sensoren und Aktoren, die prädiktive Wartung und die durchgängige Datenintegration. Die identifizierten Maßnahmen sind als eine Art Baukasten zu verstehen, aus dem unternehmensspezifische Anwendungen abgeleitet werden können.
Erst die digitale Reife erkennen
Die Erhebung und Auswertung der Daten zu Ressourcenverbräuchen ist eine zentrale Handlungsempfehlung der Studie. Darüber hinaus sollte der Reifegrad der Digitalisierung mit Hilfe des Reset-Tools ermittelt und im Anschluss geeignete Maßnahmen ausgewählt werden. Das VDI ZRE wird diesen Check weiterentwickeln und zusätzliche Instrumente zur Senkung des Material- und Energieverbrauchs mittels Digitalisierung zur Verfügung stellen. Ergänzt werden die Instrumente durch Schulungsangebote, die Unternehmen beim Aufbau des erforderlichen Knowhows helfen. Das VDI ZRE bietet hierzu einen spezifischen Qualifizierungskurs zu Ressourceneffizienz und Digitalisierung an.
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