Gegenstand und Bedeutung der Industrie 4.0

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Vorgehensweise

2 Gegenstand der Industrie
2.1 Vision
2.2 Historische Entwicklung
2.3 Begriffe

3 Bedeutung der Industrie
3.1 Für den Wirtschaftsstandort Deutschland
3.2 Für den Mittelstand
3.3 Herausforderungen und Risiken
3.4 Praktische Anwendung
3.5 Stand der Dinge

4 Fazit

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Industrie 4.0 ist ein Thema, das seit einigen Jahren die Wirtschaft, die Wissenschaft und die Politik beschäftigt. Es handelt sich um die vierte industrielle Revolution und ist alleine deshalb schon erwähnenswert, weil es die erste Revolution ist, die nicht im Rückblick als solche bezeichnet wird, sondern schon im Vorfeld. Industrie 4.0 befindet sich also noch in der Entwicklungsphase. Was aber steckt hinter dem Begriff Industrie 4.0? Welche Bedeutung hat Industrie 4.0 für den Wirtschaftsstandort Deutschland? Sollen sich die Unternehmen mit Industrie 4.0 beschäftigen? Wie ist der aktuelle Stand? Die folgende Ausarbeitung soll Antworten liefern.

1.2 Vorgehensweise

Die Ausarbeitung ist in vier Kapitel unterteilt. Nach der Einleitung behandelt das zweite Kapitel den Gegenstand der Industrie 4.0. Zunächst wird die Vision, die hinter dem Begriff Industrie 4.0 steckt, hervorgehoben. Danach steht die historische Entwicklung bis hin zur Industrie 4.0 im Fokus, bevor einige Fachbegriffe näher erläutert werden. Das dritte Kapitel behandelt die Bedeutung der Industrie 4.0. Hier ist ein Schwerpunkt auf die Bedeutung für den Wirtschaftsstandort Deutschland und die Bedeutung für den Mittelstand gesetzt. Andere mögliche Schwerpunkte wie etwa die Auswirkungen auf die Arbeitsplätze oder die Bedeutung für die Politik wurden absichtlich nicht stärker beleuchtet, weil der Fokus auf wirtschaftlichen Aspekten liegen soll. Daher fiel die Wahl auf den Standort Deutschland und den deutschen Mittelstand. Auch die Schwierigkeiten bei der Umsetzung sollen nicht verschwiegen werden. So ist ein Unterkapitel den Herausforderungen und Risiken gewidmet. Außerdem werden einige praktische Lösungen zur Umsetzung von Industrie 4.0 vorgestellt. Zum Ende des dritten Kapitels wird der aktuelle Stand der Dinge vorgetragen. Das vierte Kapitel beinhaltet die Zusammenfassung der wichtigsten Punkte sowie eine Handlungsempfehlung, ob Unternehmen sich mit Industrie 4.0 beschäftigen sollen.

2 Gegenstand der Industrie 4.0

2.1 Vision

2011 auf der Hannover Messe erwachte Industrie 4.0 zum Leben. Henning Kagermann, Wolf-Dieter Lukas und Wolfgang Wahlster, drei Vertreter aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft, erwähnten und definierten einen Begriff, dessen Inhalt nichts weniger als die vierte industrielle Revolution darstellen soll. Eine allgemein gültige Definition von Industrie 4.0 ist auf Grund unterschiedlicher Literaturmeinungen nicht auszumachen.¹ Industrie 4.0 ist ein Zukunftsprojekt des deutschen Bundesministeriums für Bildung und Forschung und tritt mit dem Ziel an, die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit am Wirtschaftsstandort Deutschland zu sichern. Denn der internationale Wettbewerb ist durch die fortschreitende Globalisierung stark wie nie und die Kundenwünsche werden immer individueller. Für die Umsetzung von Industrie 4.0 werden übereinstimmend einige Zielsetzungen und Schlüsseltechnologien genannt. So soll die Produktionsfabrik der Zukunft intelligent genug sein, um sich selbst zu organisieren. Das bedeutet, dass die Vernetzung des Wertschöpfungsprozesses echtzeitfähig vertikal und horizontal gestaltet werden soll. Damit ist unter anderem ein optimierter Material- und Informationsfluss aller Abteilungen auf jeder Hierarchieebene innerhalb des Wertschöpfungsprozesses gemeint. Der heutige Status quo – zentral gesteuerte Prozesse – kann bei unvorhergesehenen und schnelllebigen Bedarfsveränderungen nicht mehr mithalten. Maschinen, Produkte und IT-Systeme sollen ohne menschliche Steuerung Entscheidungen treffen. So könnte eine der Kernideen, ein personalisiertes Produkt individuell in laufender Serienproduktion zu fertigen, Realität werden. Eine weitere Kernidee ist es, kleinste Losgrößen profitabel zu machen. Das soll bis hin zur Losgröße 1 führen. Als Schlüsseltechnologien kommen 3D-Druck-Technologien, flexibel nutzbare Roboter, kommunikative Sensoren und eben intelligente Maschinen und IT- Systeme, die sich selbst organisieren, optimieren und rekonstruieren, in Frage.²

2.2 Historische Entwicklung

Die industriellen Revolutionen stehen jeweils für einen fundamentalen Wandel der industriellen Produktion. Die erste industrielle Revolution zeichnet sich durch die Erfindung der Dampfmaschine und den mechanischen Webstuhl aus. Die von Thomas Newcomer 1705 entwickelte Dampfmaschine verbesserte James Watt und patentierte diese 1769. Vorher stellten menschliche und tierische Arbeitskraft sowie Wasserkraft die einzigen Energiequellen dar. Die Dampfmaschine erhöhte die Energieverfügbarkeit signifikant und so konnten mechanische Produktionsanlagen die Güterproduktion in damals ungeahnte Dimensionen vorantreiben. Die mühevolle Handarbeit wurde durch den mechanischen Webstuhl ersetzt und stellt für viele das Symbol der beginnenden Industrialisierung dar. Die zweite industrielle Revolution lässt sich mit der Elektrizität als neue Antriebskraft als auch der arbeitsteiligen Massenproduktion beschreiben. Die Erfindung der Dynamomaschine von Ernst Werner von Siemens 1866 wird schlussendlich als Durchbruch betrachtet. Als Paradebeispiel für die arbeitsteilige Massenproduktion wird in der Regel das System Ford genannt. Bis dahin war das Automobil nur der zahlungskräftigen Kundschaft vorenthalten. Henry Ford wollte aus dem elitären Exklusivprodukt ein Massenprodukt machen. Dies gelang mit einer rigorosen Arbeitsteilung und dem Verständnis der Fixkostendegression. So bot Ford nur ein einziges Modell an, das Modell T, und dieses auch nur in einer Farbvariante, nämlich in schwarz. Die Arbeitsteilung führte dazu, dass die Mitarbeiter nur noch einen genau definierten Arbeitsschritt zu erledigen hatten. Die damit einhergehende Routine eines jeden Mitarbeiters sorgte dafür, dass die Autos deutlich schneller und kostengünstiger gebaut werden konnten. Auch das Fließband erhielt Einzug in die Fabrikhallen, womit die Produktionszeiten und Produktionskosten noch einmal deutlich verringert werden konnten. Die dritte industrielle Revolution beginnt in den 1970er Jahren mit der weiteren Automatisierung durch die Elektronik und die Informationstechnik (IT). Der erste Rechner Z1 wurde zwar schon im Jahr 1938 von Konrad Zuse entwickelt, aber erst etwa 30 Jahre später schaffte der Personal-Computer (PC) vollends den Einzug in Büro und Haushalt. Den ersten Industrieroboter setzte dabei 1961 General Motors in der Automobilproduktion ein. Nebenbei veränderte sich eine Sache grundlegend: Die Bedarfe waren zunehmend gesättigt und der Wandel vom Verkäufermarkt zum Käufermarkt nahm immer konkretere Züge an, weil die Menschen nun individuellere Wünsche hatten. Die Unternehmen verzeichneten weitere erhebliche Produktivitätszuwächse, denn die Maschinen wurden nun vom Computer gesteuert. Der Bediener wurde mehr und mehr zum Beobachter der Maschinen und konnte durchaus mehrere Maschinen gleichzeitig beaufsichtigen. Seitdem erlebte die Menschheit Innovationen in Rekordzeit und wir stehen deshalb auf der Schwelle zur nächsten industriellen Revolution. Nach der Mechanisierung, der Elektrifizierung und der Informatisierung steht nun die weitere Automatisierung des Wertschöpfungsprozesses im Raum, nämlich die intelligente Vernetzung des Wertschöpfungsprozesses. Viele sprechen dabei von der Digitalisierung.³

2.3 Begriffe

Wenn über Industrie 4.0 gesprochen wird, fallen immer wieder die Begriffe Digitalisierung, Big Data, Smart Factory, Internet der Dinge, Cloud Computing oder cyber-physisches System. Unter der Digitalisierung versteht man im Allgemeinen die Umwandlung von Informationen in eine digitale Form. Eine zunehmend digitalisierte Wirtschaft kann seit der dritten industriellen Revolution im letzten Jahrhundert beobachtet werden. Smart Factory steht für die intelligente Fabrik der Zukunft. Hier sollen die Maschinen, Produkte und IT-Systeme vom Menschen losgelöst organisieren und den Wertschöpfungsprozess eigenhändig und optimiert bestimmen. Den Schlüssel zur intelligenten Fabrik stellen die cyber- physischen Systeme (CPS) dar. Sie ermöglichen, dass eingehende Aufträge sich selbstständig durch den Wertschöpfungsprozess steuern. Dabei koordinieren sie die erforderlichen Bearbeitungsmaschinen, den Werkzeugeinsatz sowie das Material bis zur Organisation der Auslieferung des fertigen Produktes zum Kunden. Ein einfaches Beispiel für ein CPS ist eine intelligente Kaffeemaschine im Büro: Ein externer Serviceanbieter stellt die Kaffeemaschine bereit. Sie überwacht sich selbst und wenn Kaffee oder Milch kurz davor sind auszugehen, bestellt sie über das Internet Nachschub. Die Büromitarbeiter führen keine Strichlisten mehr, sondern identifizieren sich mit ihrem Mitarbeiterchip. Der Kaffeeverbrauch wird automatisch vom Gehalt abgezogen. So schließt sich der Kreis in diesem kleinen CPS. Möglich ist dies mit intelligenten Sensoren, die mit ihrer Umgebung interagieren, dabei neue Verhaltensweisen und Verhaltensstrategien erlernen und sich selbst optimieren. Immer wichtiger dabei werden auch Big-Data-Techniken, die immer präzisere Vorhersagen ermöglichen. Big Data ist zunächst eine Ansammlung von immensen Datenmengen. Erst wenn diese Rohdaten zur Mustererkennung veredelt werden, entsteht ein Mehrwert. Dies passiert mit Hilfe numerischer Analyseverfahren durch den Computer. So können Verknüpfungen zwischen einzelnen Datensätzen erkannt werden, die sich dem Menschen nicht erschlossen hätten und die nie vermutet worden wären. Ein weiterer Begriff, dem eine große Bedeutung zugesprochen wird, ist das Internet der Dinge (Internet of Things). Das allseits bekannte Internet wird zum Internet der Dinge, in dem Objekte jeglicher Art miteinander verbunden werden. Objekte jeglicher Art können neben uns Menschen große Anlagen, aber auch Haushaltsgeräte oder Werkzeugmaschinen sein. Alle Objekte sind online ansprechbar und kommunizieren miteinander. Die Vielzahl an Teilnehmern soll zu einer nochmals erhöhten Vielzahl an Daten führen. Eine weitere Technologie des Internets ist das sogenannte Cloud Computing. Dabei können Nutzer weltweit über das Internet auf Daten zugreifen, ohne diese auf dem eigenen Computer zu speichern, womit Speicherplatz auf eigenen Geräten gespart werden kann. Insgesamt wird deutlich, dass der Computer nicht mehr als Hilfsmittel die Prozesse begleitet, sondern den Hauptakteur spielt.⁴

3. Bedeutung der Industrie 4.0

3.1 Für den Wirtschaftsstandort Deutschland

Die oben beschriebenen Vorstellungen sollen nun Schritt für Schritt Realität werden. Inzwischen wird auf jeder Wirtschaftsmesse und in jeder Wirtschaftsdiskussion über das Thema und die Fortschritte von Industrie 4.0 diskutiert. Schließlich gilt es als eine der führenden Industrienationen vorweg zu gehen, um auch bei der Industrie 4.0 ein globaler Player zu werden. Der Wirtschaftsstandort Deutschland zeichnet sich durch die zentrale Lage in Europa aus. Der europäische Markt umfasst 500 Millionen Einwohner und Deutschland als bevölkerungsreichster Staat der EU stellt die Drehscheibe zwischen West und Ost dar. Die Infrastruktur ist hoch entwickelt und verfügt über eines der weltweit dichtesten Autobahnnetze. Hohe Standards im Studium und in der dualen Berufsausbildung führen zu einem großen Angebot an sehr gut ausgebildeten Arbeitskräften. In Sachen Qualität, Innovation, Forschung und Entwicklung steht ^{Made in Germany} für weltweit überdurchschnittliche Ergebnisse und Produkte. Weltweit liegt Deutschland auf Rang 3 bei der Anzahl der Patentanmeldungen, ist eines der attraktivsten Zielländer für Forschungsinvestitionen und in der Weltspitze bei Nano- und Biotechnologien zu finden. Ein Grund dafür ist die enge Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wissenschaft. Hohe Lebensqualität sowie rechtliche und politische Sicherheit runden den Standort Deutschland ab.⁵

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¹ Vgl. Glück, Markus, FAQ Industrie 4.0, 2016, S. 12 ff.; Vgl. Pinnow, Carsten, Schäfer, Stephan, (R)Evolution, 2015, S. 1; Vgl. Syska, Andreas, Lievre, Plilippe, Illusion 4.0, 2016, S. 52 ff.

² Vgl. Glück, Markus, FAQ Industrie 4.0, 2016, S. 12 ff.; Vgl. Pinnow, Carsten, Schäfer, Stephan, (R)Evolution, 2015, S. 19 f.; Vgl. Kaufmann, Timothy, Geschäftsmodelle in Industrie 4.0, 2015, S. 17 ff.; Vgl. BMBF-Internetredaktion, Industrie 4.0, 28.12.2016

³ Vgl. Syska, Andreas, Lievre, Plilippe, Illusion 4.0, 2016, S. 15 ff.; Vgl. Glück, Markus, FAQ Industrie 4.0, 2016, S. 13 ff.; Vgl. Industrie-Wegweiser, Von Industrie 1.0 bis 4.0, o.J.

⁵ Vgl. Business Location Center, Wirtschaftsstandort Deutschland, o.J.; Vgl. Kruse, Wilfried, Hogrebe, Frank, Deutschland als Standort 4.0, 2016, S. 15 f.; Vgl. Pinnow, Carsten, Schäfer, Stephan, (R)Evolution, 2015, S. VII ff.