Hintergrund der technologischen Veränderungen ist der dynamische Fortschritt der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT). Das rapide Wachstum von Rechenleistung und Speichervermögen, eine wachsende Bandbreite der Informationsübermittlung und das Zusammenspiel von intelligenten Sensoren, Aktoren sowie Algorithmen, semantischen Technologien und künstlicher Intelligenz bilden die Basis der 4.0-Technologien.
Es entstehen Systeme, in denen bisher voneinander getrennte Bereiche miteinander vernetzt werden und in Echtzeit kommunizieren können. Dies wird möglich durch sog. cyber-physische Systeme (CPS), die eine Verbindung zwischen softwaretechnischen Komponenten (cyber) und mechanischen oder elektronischen Teilen (physisch) über das Internet herstellen. Arbeitsmittel, Prozesse, Objekte bis hin zu Alltagsgegenständen (z. B. Heizung, Lampen) können in diesen Systemen von Software 4.0 autonom gesteuert werden.[1]
Konkrete Anwendungsmöglichkeiten sind z. B. die Steuerung der Heizung oder auch die Aktivierung von Licht anhand einer auf dem Smartphone installierten App (SmartHome). Ebenso die Navigationssoftware, welche anhand von in Echtzeit erfassten Bewegungsdaten anderer Verkehrsteilnehmer aktuelle Stauinformationen direkt in die Routenführung integrieren kann. Auch im Bereich des Zug- und Flugverkehrs können die Systeme zukünftig Weichen oder Flugklappen steuern und den Verkehr beeinflussen. Möglich ist auch der Einsatz im Bereich der Personaleinsatzplanung (digitale Personaleinsatzplanung anhand von Daten über Auslastung der Produktion und Verfügbarkeit von Beschäftigten), bei der Prüfung von Anlagen (z. B. Ferndiagnosen, Fernwartung und -überwachung) oder auch im Gesundheitswesen (z. B. Ferndiagnosen).
Die zentralen technologischen Neuerungen, die sich für Unternehmen ergeben, lassen sind dabei anhand folgender 5 Aspekte beschreiben:[2]
1. Zunahme der Speicherkapazitäten und erhöhte Verfügbarkeit von Daten
Durch das o. g. rapide Wachstum von Rechenleistungen und den vermehrten Einsatz von Sensoren können insgesamt mehr Daten erfasst, gespeichert und auf z. B. dem Tablet oder Monitoren zur Verfügung gestellt werden. So kann der Meister in der Produktion beispielsweise die Auslastung der Maschinen und die produzierten Stückzahlen auf einem Monitor direkt in der Produktion in Echtzeit ablesen. Die erhöhte Verfügbarkeit von Daten ermöglicht es auch, Daten zur Erschließung von Optimierungspotenzialen zu nutzen. Hierbei können je nach Unternehmen und Einsatzzweck Daten aus unterschiedlichsten Unternehmensbereichen bedeutsam sein (z. B. Arbeitsumgebung, Finanzwesen, Materialfluss, Gesundheitsdaten, Leistungsbewertungen, Wartungsintervalle etc.).
2. Zunahme der Möglichkeiten zur Verknüpfung bzw. Vernetzung
Es lassen sich Informationen über Personen, Prozesse und Gegenstände, wie z. B. Werkstücke, Produktionsanlagen, Produktionsabläufe, Schutzeinrichtungen, softwaretechnisch ortsunabhängig und in Echtzeit miteinander verknüpfen.
3. Softwaretechnische Steuerung (autonom, dezentral und intelligent)
Diese verknüpften Prozesse und Gegenstände lassen sich softwaregestützt anhand zuvor festgelegter Algorithmen steuern. Die Steuerung kann basierend auf den festgelegten Kriterien/Algorithmen vollständig autonom und ortsunabhängig (dezentral) erfolgen. Software 4.0 kann dabei die vorgegebenen Algorithmen auch anhand der in Echtzeit gesammelten Daten intelligent anpassen bzw. optimieren. So lernt die Software beispielsweise, zu welcher Uhrzeit eine Person i. d. R. an welchem Wochentag nach Hause kommt und schaltet automatisch das Licht oder die Heizung ein.
4. Echtzeit
Die erfassten Daten bzw. Informationen liegen in Echtzeit oder echtzeitnah vor, also genau in dem Moment, in dem diese erfasst wurden (Simultan zur Realität). Dies reduziert die zuvor benötigte Zeit für das Erfassen, ggf. Suchen und Aufbereiten von Informationen. Auch die Verarbeitung und Visualisierung von Informationen ist in Echtzeit möglich.
5. Virtualisierung
Die neuen Technologien ermöglichen es, anhand der vorliegenden Daten über den Ort, den Zustand, die Abmessungen oder auch die Bewegung eines Gegenstands ein vollständig digitales, virtuelles Modell der "realen Welt" (z. B. Fabrik, Werkstück) zu erstellen. Basierend auf den vorhandenen Daten über Prozesse, Gegenstände und Personen können Simulationen erstellt werden, um Risiken bereits im Voraus abzuschätzen und Gefährdungen zu minimieren. Anwendungsgebiete können die Fabrik- und Produktionsplanung, die Planung von Operationen im medizinischen Bereich oder auch die zerstörungsfreie Prüfung sein.
Begriffserläuterungen[3]
Cyber-physische Systeme (CPS) verbinden Arbeitsmittel, Produkte, Räume, Prozesse und Menschen in Echtzeit über das Internet und werden durch Software 4.0 gesteuert.
Software 4.0 bezeichnet Software, die cyber-physische Systeme (CPS) und andere autonome Systeme steuert (z. B. über Algorithmen, semantische Technologien, künstliche Intelligenz). Software 4.0 ist autonom und selbstlernend.
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