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About this book

Das Handbuch bietet einen Gesamtüberblick über Industrie 4.0 und gibt zugleich Lösungen für wichtige praktische Fragen. Ausgangspunkt ist dabei das Recht mit seinen aktuellen Herausforderungen Zuordnung der Daten (wem gehören sie? Vorgaben der EU?), Datensicherheit, Datenschutz (Europäische Datenschutzgrundverordnung), Cyberangriffe, Wettbewerbsrecht (Zugangsansprüche gegen Monopolisten, zulässiger und verbotener Informationsaustausch, mögliche Kooperationen). Sodann werden Einzelbereiche von Industrie 4.0 (Internet of Production, Maschinenbau, künstliche Intelligenz, Elektromobilität, autonomes Fahren, Verkehr, Medizin, Bauwesen, Energiewirtschaft etc.) in ihren Besonderheiten beleuchtet. Allgemeine Entwicklungen aus dem Management, der digitalen Transformation der Unternehmen und der Arbeitswelt sowie ethische Fragen schließen sich an.

Table of Contents

Frontmatter

Recht

Frontmatter

Aspekte digitaler Transformation der Justiz

Der digitale Wandel ist das Thema unserer Zeit. Die Digitalisierung verändert – vergleichbar der industriellen Revolution ab Mitte des 19. Jahrhunderts – unser aller Leben in atemberaubender Geschwindigkeit. Sie erfasst alle Lebensbereiche, auch die Justiz.

Peter Biesenbach

Polizeiarbeit im digitalen Zeitalter – Herausforderungen erkennen und Chancen nutzen

Die Auswirkungen der Globalisierung und fortschreitenden Digitalisierung sind enorm und betreffen nahezu alle Bereiche unseres täglichen Lebens. Auch wenn zuletzt zunehmend protektionistische Töne zu vernehmen und Abschottungstendenzen zu erkennen waren: Aus der zunehmenden Vernetzung, der heute weitgehend unbegrenzten Mobilität von Waren, Gütern und Menschen und der rasant gestiegenen Verfügbarkeit von Informationen sind unbestreitbar zahlreiche Vorteile entstanden.

Holger Münch

Recht und Industrie 4.0 – Wem gehören die Daten und wer schützt sie?

Industrie 4.0 erfasst sämtliche Branchen. In der praktischen Anwendung in Unternehmen, die auch die meisten rechtlichen Fragen aufwirft, geht es vor allem um einen ablaufbezogenen Einsatz, so zur besseren Auslastung, zur Steuerung von Beständen, zum Gegensteuern, wenn die Prozesse von der Planung abweichen. Geschäftsprozesse sollen im Hinblick auf eine verbundene Logistik, das Management, die Anlagenverbindung, die Verbindung von Herstellern und Anwendern bzw. Kunden sowie von Gebäuden, Anlagen und anderen Betriebsmitteln verbessert werden. Weiter sollen Prozessinnovationen erreicht werden. Zudem gilt es den Planungszyklus zu reduzieren und ihn besser an den Markt anzupassen.

Walter Frenz

Strafrechtliche Relevanz von Datensicherheit und Datenschutz im Unternehmen

Unternehmen können durch eine Vielzahl klassischer sog. „IT-Delikte“ betroffen werden. Sie können Opfer von Hacking-Angriffen werden, ebenso, wie Mitarbeiter sich der Ressourcen des Unternehmens bedienen können, um eigene Straftaten zu begehen. Dasselbe gilt auch für die Versendung inkriminierter, etwa kinderpornographischer, rassistischer oder volksverhetzender Inhalte. Auch können im Bereich des Kapitalmarktstrafrechts die Infrastrukturen von Unternehmen genutzt werden, um Straftaten zu begehen. Das Gleiche gilt im Bereich der Ausspähung von Betriebsgeheimnissen, auch hier können Unternehmen auf der Täter- (Mitarbeiter) oder Opferseite stehen. Diese und andere Erscheinungsformen sind jedoch nicht im eigentlichen Sinne unternehmens- oder industriespezifisch.

Carsten Momsen

Cyberangriffe auf Störfallanlagen

Gemäß Art. 5 der Seveso-III-Richtlinie (Richtlinie 2012/18/EU des Europäischen Parlaments und des Rates vom 4. Juli 2012 zur Beherrschung der Gefahren schwerer Unfälle mit gefährlichen Stoffen, zur Änderung und anschließenden Aufhebung der Richtlinie 96/82/EG des Rates, ABl. EU NR. L 197, S. 1 ff.) muss der Betreiber einer Störfallanlage der Behörde nachweisen, dass er alle notwendigen Maßnahmen ergriffen hat, um schwere Unfälle zu verhüten und deren Folgen für die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu begrenzen. Umgesetzt wurden diese störfallrechtlichen Grundpflichten in § 3 Abs. 1 und Abs. 3 Störfall-Verordnung (12. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Störfall-Verordnung – 12. BImSchV) i. d. F. der Bek. vom 15.03.2017, BGBl. I S. 483, zuletzt geändert durch Art. 1a Abs. 5 der Verordnung vom 08.12.2017, BGBl. I S. 3882), einer auf §§ 7 Abs. 1 und 4, 23 Abs. 1, 23b Abs. 5, 48a Abs. 3 BImSchG und § 19 Abs. 1 und 3 ChemG beruhenden Rechtsverordnung des Bundes. Der deutsche Gesetzgeber hat den Terminus des Störfalls beibehalten, was dem schweren Unfall im Sinne der Seveso-III-Richtlinie entspricht (Hansmann/König 2018, § 2 12. BImSchV Rn. 18). Was dies für die Abwehr von Cyberangriffen bedeutet, untersucht dieser Beitrag.

Hans-Jürgen Müggenborg

Industrie 4.0 – Praxis der Strafverfolgung

Kriminalität ist stets eine Reflektion gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Verhältnisse. Dies gilt für den Bereich des analogen Lebens genauso wie für das Digitale. Geschäftsabläufe und viele Dimensionen des Wirtschafts- und Privatlebens verlagern sich mehr und mehr in das Internet oder werden maßgeblich durch netzbasierte Infrastrukturen beeinflusst. Die Kriminalität folgt diesem Trend. Moderne Informations- und Kommunikationstechniken werden umfassend zur Begehung von Straftaten genutzt. Cyberkriminalität ist längst zu einer bedeutenden Bedrohung für das Wirtschaftsleben geworden. Unternehmen müssen digitale Abwehrstrategien entwickeln. Die Zusammenarbeit mit den Strafverfolgungsbehörden erweist sich als eine wesentliche Komponente.

Markus Hartmann

Big Data in Industrie 4.0

Immer wieder kommt es hinsichtlich der Art und Weise, wie die Menschheit Arbeiten verrichtet, zu bahnbrechenden Neuerungen, die bestehende Herangehensweisen obsolet machen und gänzlich neue Geschäftsmodelle entstehen lassen. Eine erste Neuerung von revolutionärem Ausmaß brachte die Erfindung der Dampfmaschine. Auf die arbeitsteilige Fließbandproduktion auf Grundlage der Nutzung von Elektrizität (zweite Revolution) sowie auf die Automatisierung von Arbeitsprozessen mittels Elektronik und Informationstechnik (dritte Revolution) folgt momentan die nächste (vierte) Revolution: Die Vernetzung von Fertigungsstätten und Maschinen (Staffler 2018, S. 269; Bräutigam und Klindt 2015, S. 1137). Diese Vernetzung produziert Unmengen an Daten, ebenso werden viele Daten zunächst unstrukturiert zusammengeführt. Hierdurch entstehen enorme Potenziale hinsichtlich der Analyse dieser Datensätze. Mit den bisherigen informationstechnischen Methoden kann eine effektive Analyse nicht mehr geleistet werden. An dieser Stelle bedarf es enormer Rechnerkapazitäten und intelligenter Analysesysteme. Wieso Big Data für eine zielführende Analyse von Daten erforderlich und gewinnbringend ist, lässt sich mithilfe der (berühmten) V’s erklären: Zunächst beschrieb Laney im Jahr 2001 das 3-V-Modell und ging dabei auf Volume, Velocity und Variety ein (Laney 2001, S. 1 ff.).

Thomas Hoeren, Steffen Uphues

Medienrecht 4.0

„Medienrecht 4.0“ als Rechtsbegriff gibt es nicht. Mit diesem Schlagwort kann indes im Hinblick auf das Medienrecht der Veränderung der Medien der letzten Jahre Rechnung getragen werden, die sich von den herkömmlichen, voneinander getrennten „klassischen Medien“ hin zu einem Konglomerat unterschiedlichster medialer Angebote entwickelt haben. Diese „Konvergenz der Medien“ resultiert aus der technischen Möglichkeit, alle Medieninhalte zu digitalisieren und sie ohne Qualitätsverlust auszutauschen und zu verbreiten. Damit stellt sich die Frage, wie der Staat einen Ordnungsrahmen schaffen kann, in dem der Konkurrenzsituation zwichen den Medienanbietern Rechnung getragen wird und zugleich der Jugendschutz, Persönlichkeitsrechte und das geistige Eigentum in hinreichender Weise gewährleistet werden.

Frank Fechner, Johannes Arnhold

Datenschutz 4.0

„Datenschutz 4.0“ ist ein verkürzter, vielleicht auch etwas irreführender Begriff. Auf den ersten Blick suggeriert er die Existenz trennscharf abgrenzbarer Entwicklungsstufen des Datenschutzrechts oder Meilensteine, die sich in zeitliche Abschnitte gliedern lassen und aufeinander folgen. Wo es Versionsnummer 4.0 gibt, muss es auch 3.0, 2.0 und 1.0 gegeben haben. Solche Ereignisse lassen sich natürlich ausmachen. Der Erlass des weltweit ersten Datenschutzgesetzes 1970 in Hessen, das Inkrafttreten des Bundesdatenschutzgesetzes (BDSG) in 1978, das Volkszählungsurteil des Bundesverfassungsgerichts von 1983 und jüngst die Anwendbarkeit der Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) im Mai 2018. Zweifellos läuteten diese Ereignisse auch Umbrüche im Datenschutzrecht ein. Ihre Bedeutung für die Entwicklung des Rechtsgebiets ist aber komplizierter als es das „Versioning“ auf eine stets höhere Zahl vorgibt. Erst vor dem Hintergrund des Begriffs der Industrie 4.0 erklärt sich auch Datenschutz 4.0.

Axel Freiherr von dem Bussche

Herausforderungen im Datenschutz zwischen Unternehmen

Daten sind in der Industrie 4.0 nicht nur unternehmerischer Wert, sondern auch unternehmerisches Risiko. Zu den typischen Risiken zählen insbesondere der Umgang mit Arbeitnehmer- und Kundendaten bei Unternehmenstransaktionen und die rechtliche Zuordnung von Nutzungs- und Umgangsbefugnissen an Daten. Aus datenschutzrechtlichem Blickwinkel ist der unternehmerische Umgang mit Daten in der Industrie 4.0 damit ein herausforderndes Anwendungsgebiet für die kürzlich in Kraft getretene Datenschutz-Grundverordnung. Diese stellt ihrerseits nicht nur neue Fragezeichen hinter die für Unternehmen besonders relevante Regulierung privater Verhältnisse, sondern legt sich aufgrund ihres Anwendungsvorrangs vielmehr auch über die bisherigen datenschutzrechtlichen Rahmenbedingungen - freilich ohne dabei letztverbindliche Lösungen für alle datenschutzrechtlichen Herausforderungen zwischen Unternehmen in der Industrie 4.0 bereitzuhalten.

Alexander Benecke, Indra Spiecker gen. Döhmann

Informationssicherheitsrecht 4.0

Informationstechnologie bildet die Grundlage nahezu sämtlicher unternehmensinterner Abläufe. Hierbei bietet sie zwar den Vorteil einer hohen Effizienz, jedoch birgt sie auch ein großes Risikopotenzial. Um diese Risiken zu minimieren, ergeben sich für die Unternehmen umfassende Pflichten bezüglich der Gewährleistung der IT-Sicherheit. Diese können (gesellschafts-) rechtlichen, aber auch vertraglichen Ursprungs sein. Zudem müssen Anbieter telemedialer oder digitaler Dienste besondere, gesetzlich vorgegebene Sicherheitsvorkehrungen treffen. Auch aus der zuletzt viel diskutierten DSGVO ergeben sich zu treffende Maßnahmen um den datenschutzrechtlichen Vorgaben im IT-Bereich gerecht zu werden. Im Falle eines Pflichtverstoßes droht im Zweifel ein hohes Bußgeld, weshalb für Unternehmen schon allein aus finanziellen Gründen eine nähere Auseinandersetzung mit dem Thema IT-Sicherheit ratsam ist.

Paul Voigt

Recht der Informationssicherheit

In wenigen Politikfeldern ist die Diskrepanz zwischen dem Interesse von Wirtschaft und Gesellschaft an tragfähigen normativen Vorgaben und den von staatlicher Seite entfalteten Regulierungsaktivitäten so groß wie im Fall der Informationssicherheit. Ursache des Regulierungsbedarfs ist die drängende Gefährdungslage gerade für vernetzte und informationsgetriebene Industrie- und Wirtschaftsunternehmen. So wurden in den Jahren 2016 und 2017 knapp 70 Prozent der Unternehmen in Deutschland Opfer von Cyber-Angriffen. Branchenverbände beziffern den 2017 bis 2018 durch Cyber-Angriffe entstandenen Schaden für die deutsche Industrie auf mehr als 43 Mrd. Euro. Durch das Internet der Dinge potenzieren sich die Gefahren nochmals. Die Politik hat den Ernst der Lage mittlerweile erkannt. Dennoch gleicht das Recht der Informationssicherheit nach wie vor einem Flickenteppich. Der vorliegende Beitrag ordnet die zerstreute Materie, arbeitet die zentralen regulatorischen Grundlinien heraus und führt umfassend in die Instrumente und Institutionen des neuen Rechtsgebiets ein.

Thomas Wischmeyer, Alica Mohnert

Vertragsrecht 4.0

Das geltende deutsche Vertragsrecht lässt Unternehmen in der Industrie 4.0 weitreichenden Spielraum für eine interessengerechte Vertragsgestaltung. Grenzen ergeben sich aus dem zwingenden Recht, zu dem u.a. die AGB-Kontrolle und das Kartellrecht gehören. Der Beitrag beleuchtet die sich in diesem Spannungsfeld ergebenden Fragen und untersucht außerdem, welche Herausforderungen sich durch die zunehmende Automatisierung und Vernetzung industrieller Prozesse für die Weiterentwicklung des Vertragsrechts ergeben. Es zeigt sich, dass die meisten bisher diskutierten Probleme auf dem Boden gefestigter Vertragsrechtsdogmatik gelöst werden können.

Torsten Körber, Carsten König

Haftungsrecht 4.0

Haftungsfragen gehören ohne Zweifel zu den meistdiskutierten Rechtsthemen in Bezug auf die Industrie 4.0. Verbreitet wird davon ausgegangen, dass das geltende Recht nur unzureichend in der Lage sei, der Digitalisierung und Vernetzung industrieller Prozesse gerecht zu werden, z. B. weil sich Verursachungs- und Verschuldensbeiträge in immer komplexer werdenden Wertschöpfungsnetzwerken nicht mehr eindeutig zuordnen ließen. Verschiedentlich sind deshalb bereits Änderungen des bestehenden Rechtsrahmens angemahnt worden, etwa die Einführung einer verschuldensunabhängigen Haftung für autonome Systeme. Der Beitrag untersucht deshalb, wie sich der haftungsrechtliche Rahmen für die Industrie 4.0 im Einzelnen darstellt und ob und inwieweit tatsächlich Lücken bestehen, die auf dem Weg zu einem Haftungsrecht 4.0 noch geschlossen werden müssten.

Torsten Körber, Carsten König

Immaterialgüterrecht 4.0: Gewerbliche Schutzrechte

Die Förderung der Innovation war immer das Hauptziel des Immaterialgüterrechts. Dabei steht dessen Ausgestaltung immer im Spannungsfeld zwischen Schaffung von Anreizen und Zugang zu Informationen. Dies drückte sich bereits im grundsätzlichen Konflikt um die Einführung des Patentschutzes im 19. Jahrhundert aus, aber auch im ständigen Ringen um die konkrete Ausgestaltung und Stärke der Schutzsysteme, das heute weitgehend in Brüssel stattfindet.

Andreas Wiebe

Urheberrecht 4.0

Industrie 4.0 hat sich als ein Schlagwort in der deutschen Diskussion eingebürgert, das eine Vielzahl von Phänomenen umschreibt, die mit der zunehmenden Digitalisierung in der Industrie einhergehen. Hierzu gehören die unmittelbare Kommunikation von Maschinen untereinander über die Grenzen von Unternehmen bzw. juristischen Personen hinweg, die massenhafte Produktion und Nutzung von nicht-personenbezogenen Daten, die enge (digital unterstützte) Vernetzung von Unternehmen bis hin zum Einsatz von „Künstlicher Intelligenz“ (KI). Damit gehen etliche urheberrechtliche Fragestellungen einher, die sowohl den Schutz ausgetauschter Daten als auch von Ergebnissen der Kooperation betreffen, einschließlich des Text- und Datamining bis hin zu Fragen des Cloud-Computing.

Gerald Spindler

Vertragsgestaltung, Erstellung und Überlassung von Software und anderen Werken 4.0

Auf der Computermesse CeBIT wurde dem Autor ungefragt mitgeteilt: „Jede Ware kann irgendwann von jemand anderem in besserer Qualität zu günstigerem Preis produziert werden.“ (Quelle: unbekannter Messe-Teilnehmer) So unterkomplex diese Ansicht sein mag, so wahr ist der Kern der Aussage.

Kjell Vogelsang

Industrie 4.0 und Wettbewerbsrecht

Industrie 4.0 kann zu erheblichen wettbewerbsrechtlichen Problemen führen, muss es aber nicht. Grundlegende Ansatzpunkte sind: zum einen die bei der Zuordnung der Daten schon angesprochene Problematik der Beteiligung mehrerer Unternehmen: Inwieweit bestehen Zugangs- und Austauschansprüche zwischen den Beteiligten, welche Kooperationen sind wettbewerblich erlaubt? Zum anderen die zunehmende Transparenz von Märkten, welche die den Wettbewerb am besten sicherstellende Abgeschiedenheit der einzelnen Wirtschaftsteilnehmer aufweicht (Spindler 2018, S. 164), sei es durch den bloßen informellen Austausch von Informationen, sei es durch Unternehmenskooperationen.

Walter Frenz

Standardsetzungen durch Verbände

Wettbewerbsrechtlich in der Pflicht sind auch Unternehmensvereinigungen, wie der EuGH erst am 14.11.2017 (EuGH – C-671/15, ECLI:EU:C:2017:860 – APVE u. a.) im Agrarbereich entschieden hat. Bei Regelwerken zu technischen Entwicklungen stellt sich immer wieder das Problem, dass sich die großen Unternehmen in Arbeitskreisen zusammenfinden, um ihre Regeln durchzusetzen, während kleinere Unternehmen große Schwierigkeiten haben, dass auch ihre Vorstellungen zur Geltung kommen. Auch untereinander dürfen Unternehmensorganisationen nicht unbegrenzt kooperieren. Zwischen mehreren landwirtschaftlichen Erzeugerorganisationen bzw. Vereinigungen von Erzeugerorganisationen getroffene Absprachen über Preise und Mengen können nach dem EuGH ein Kartell im Sinne des Wettbewerbsrechts darstellen. Erfolgen solche Absprachen innerhalb derselben Organisation, ist dies allenfalls dann wettbewerbskonform, wenn sie den Zielen, mit denen die Organisation bzw. Vereinigung betraut ist, dienen und insoweit verhältnismäßig sind. Dies betraf aber die speziellen Zielsetzungen der Agrarpolitik, für deren Durchführung Vereinigungen staatlich ordnungsgemäß anerkannt werden können.

Walter Frenz

Vergaberecht 4.0

Die Entwicklung des Vergaberechts in Deutschland lässt sich in verschiedenen, mitunter sehr stürmisch erlebten Phasen nachzeichnen, die den „Revolutionen“ der mit der „Industrie 4.0“ nun in eine vierte Etappe eintretenden Industriegeschichte (vgl. → Frenz) in ihrer Bedeutung zum Teil durchaus sehr nahe kommen. Verlief die Ablösung des „Hoflieferantentums“ durch die Etablierung der haushaltsrechtlich geprägten Vergaberegeln in Deutschland noch vergleichsweise unspektakulär (Burgi 2018a, S. 9 f.), wurde mit der Umsetzung der ersten europäischen Vergaberichtlinien im Jahre 1999 und dem damit einhergehenden Durchbruch des Wettbewerbsprinzips und des subjektiven Rechtsschutzes ein buchstäblich revolutionäres, das bis dahin geltende Vergaberechtssystem umwälzendes „Vergaberecht 2.0“ geschaffen. Geräuschärmer erfolgten die darauffolgenden Entwicklungen des Vergaberechts in den letzten Jahren bis zu der Novellierung 2016, die neben einigen Umgestaltungen vor allem die strategische Beschaffung zur Realisierung wirtschafts-, umwelt- und sozialpolitischer Ziele in den Rang eines „neuen“, selbstständigen Vergabezwecks beförderte (vgl. Krönke 2016, S. 568 und S. 573 ff.). Deutlich umstürzender könnten demgegenüber wiederum die Veränderungen ausfallen, die sich als Folgen der gegenwärtig nicht nur auf das Vergaberecht, sondern auf sämtliche Rechtsgebiete einwirkenden Digitalisierung abzeichnen.

Martin Burgi, Christoph Krönke, Nicole Lieb

Verwaltung im Zeitalter „4.0“

Das zunächst auf die Industrie bezogene Kürzel "4.0" wird nur selten auf die Verwaltung übertragen. Außerdem weichen die Vorstellungen über den Bedeutungsgehalt eines solchen Zusatzes in Bezug auf die Verwaltung voneinander ab. Mittels gesetzlicher Regelungen soll die Digitalisierung der Verwaltung stärker vorangetrieben werden. Nach dem auf der Grundlage des Art. 91c Abs. 5 GG erlassenen Onlinezugangsgesetz müssen Bund und Länder spätestens bis Ende 2022 ihre Verwaltungsleistungen auch elektronisch über Verwaltungsportale anbieten, die miteinander zu einem Portalverbund verknüpft werden. In den Verwaltungsverfahrensgesetzen und E-Government-Gesetzen von Bund und Ländern sind Regelungen über die elektronische Verwaltung enthalten, welche die Verwaltungen sogar in die Lage versetzen, Verwaltungsverfahren vollständig elektronisch abzuwickeln. Seit kurzem gibt es allgemeine Regelungen zum vollständig automatisierten Erlass von Verwaltungsakten, wenn diese durch Rechtsvorschrift zugelassen werden (z. B. internetbasierte Kfz-Zulassung). Angesichts der momentan nur begrenzten Leistungsfähigkeit der IT-Systeme wird in § 35a VwVfG warnend zum Audruck gebracht, dass sich Behördenentscheidungen mit Ermessen oder Beurteilungsspielräumen nicht für vollautomatisierte Verwaltungsentscheidungen eignen. Angesichts der Autonomie von KI-Systemen wirft deren Einsatz auf Seiten der Verwaltung in demokratischer und rechtsstaatlicher Hinsicht besondere Probleme auf. Zudem werden zunehmend gesetzliche Vorgaben zur Öffnung des Datenbestandes für innovative Nutzungen erlassen. Da in Deutschland lange Zeit das Prinzip der beschränkten Aktenöffentlichkeit galt, ist in diesem Bereich eine gewisse Zurückhaltung zu verzeichnen. Hier und in anderen Bereichen treibt jedoch das Unionsrecht das E-Government weiter voran.

Annette Guckelberger

Agrarrecht 4.0 – Digitale Revolution in der Landwirtschaft

Die digitale Transformation von Wirtschaft und Gesellschaft verändert in überdurchschnittlich wachsendem Maß und mit hoher Intensität auch die Landwirtschaft. Diese hat bereits in den letzten Jahrzehnten auch dank hoher Technisierungsgrade erhebliche Ertragssteigerungen erreichen und so Ernährungssicherung garantieren können. Die hohe Produktivität zeigt sich darin, dass ein Landwirt 1900 etwa 4, 1949 rund 10 und heute (bei weniger Fläche) rund 155 Menschen ernährt – bei steigender Bevölkerungszahl. Die Digitalisierung der Landwirtschaft führt diesen wachsenden Produktivitätsprozess auf erweiterter, innovativer Technologiebasis fort und gestaltet zugleich den land- und ernährungswirtschaftlichen Bereich gegenüber früher tiefgreifend um. Differenziertere, effektivere und zielgenauere Agrarproduktion, Qualitätssteigerung und höhere Erträge von Nahrungsgütern im Tier- und Pflanzensektor, geringere Umweltbelastung und sparsamerer Ressourceneinsatz im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung, betriebliche Effizienzsteigerung im Zeit-, Kosten- und Managementbereich, ökonomische und soziale Sicherung der Landwirte sowie bessere Transparenz für Handel und Verbraucher sind Ziele, die durch die Digitalisierung differenziert vorangebracht werden. Die Durchdringung mit Informations- und Kommunikationstechnologien dritter Ordnung im Agrarsektor führt sukzessive zu einer neuartigen Verbindung von bäuerlicher Erfahrung, landwirtschaftlichem Unternehmertum und digitaltechnologischer Kompetenz in der umfassenden „Infosphäre“ als fortentwickeltem agrarischem „Onlife“ – die ununterscheidbar zusammengewachsene Offline- und Online-Welt (siehe Floridi 2015, S. 67). Bauernregeln und Algorithmen, menschliche Intelligenz und künstliche Intelligenz, das Auge des kundigen Landwirts und das ausgelagerte „Auge“ über GPS, Wissenschaftsbasierung und Praxiserfahrung – all dies wird gewissermaßen eine neue Synthese bilden in einer künftigen – Agrar- und Lebensmittelbereich umfassenden – integrierten digitalen Ernährungswirtschaft. Bereits jetzt gehört die Landwirtschaft zu den am umfassendsten digitalisierten Sektoren, wobei im smarten Digital Farming die Anwendung in spezifischen Bereichen und Einzelfällen noch vorherrschend ist. Dabei kommt im Landwirtschaftssektor die ganze Bandbreite unterschiedlicher Digitaltechnologien zum Einsatz, die in ständiger Weiterentwicklung (Becaming, Permanent-Updates) begriffen sind. Zu nennen sind vor allem Computing/PC, Online-Technologien/Internet, Satellitentechnik/GPS, Data Mining und Big Data, Cloudtechnik, Ansätze der Künstlichen Intelligenz (KI), Robotik, Sensortechniken, Drohnen (unbemannte Luftfahrzeuge), Erweiterte Realität (AR) und Virtuelle Realität (VR), Blockchain, Mobiles Bezahlen, Mobiltechnologien wie Smartphone und Tablet, aber damit verbunden auch Apps, Trackingsysteme, Scorings, Chatbots und Social-Web verbindungen. Diese Digitaltechnologien verschiedener Ausrichtung, Ausprägung und Reifegrade kommen in unterschiedlichen landwirtschaftlichen Produktionssegmenten zum Einsatz, stehen in der Erprobung oder sind als Prototypen vorhanden.

Ines Härtel

Recht 4.0? Überlegungen zur Zukunft des Rechts im digitalen Zeitalter

Die Digitalisierung ist allgegenwärtig und prägt die (post)moderne Welt. Sie hat Einfluss auf alles – auf Wirtschaft und Politik, auf das Verhalten, das Denken und die Psyche der Menschen. Das Internet und die damit verbundenen Phänomene werden zu einer Änderung der Denkgewohnheiten führen, die in ihren Konsequenzen bisher noch kaum abgeschätzt werden kann. Natürlich ändert die Digitalisierung auch das Recht grundlegend. Das Recht 4.0 wird völlig anders sein. Seine Basis-Strukturen werden tiefgreifend modifiziert. Seine Wirkungsweise ändert sich. Möglicherweise verliert es sogar an Bedeutung.

Volker Boehme-Neßler

Produktion

Frontmatter

Industrie 4.0: Agile Entwicklung und Produktion im Internet of Production

Mit steigender Volatilität der Umwelt müssen Unternehmen in der Lage sein, schnell auf Veränderungen wie z. B. verkürzte Produktlebenszyklen, verstärkten Preisdruck, höhere Individualisierung, höhere Produktkomplexität, neue Wettbewerbssituationen und neue Technologien zu reagieren (Stark 2016). Die Ausprägung der Reaktionsfähigkeit gipfelt in der „Agilität“, die Unternehmen zu schnellen, flexiblen und proaktiven Handlungen befähigt (Lindner und Leyh 2018).

Günther Schuh, Michael Riesener, Jan-Philipp Prote, Christian Dölle, Marco Molitor, Sebastian Schloesser, Yuan Liu, Jonas Tittel

Datenbasiertes Qualitätsmanagement im Internet of Production

Durch die Digitalisierung und Umsetzung von Industrie 4.0 in produzierenden Unternehmen ergeben sich durch die stark zunehmende Verfügbarkeit von Daten in Echtzeit völlig neue Anforderungen an das Qualitätsmanagement. Durch die Nutzung klassischer QM-Methoden, welche sich primär auf die Beurteilung und Kontrolle der aktuellen sowie vergangenen Produkt- und Prozessqualität beschränken, lässt sich das volle Potenzial der verfügbaren Datenmengen nicht ausschöpfen. Neue Ansätze zur datenbasierten Qualitätsprognose unter Einsatz von Predictive und Prescriptive Analytics sollen zukünftig die Qualitätsregelkreise durch gezielte Visualisierung und geeigneten Maßnahmen auch übergeordnet schließen, sodass qualitätsbedingte Ausfälle vermieden werden können. Mit diesem Paradigmenwechsel von reaktiv hin zu proaktiv und prädiktiv, beginnt eine neue Entwicklungs-Ära des Qualitätsmanagements. Bei der Umsetzung in den nächsten Jahren liegt der Fokus dabei vor allem darauf, bereits implementierten Lösungen um neue Ansätze zu erweitern und so dem Menschen durch eine durchgängige Datennutzung eine wissensgestützte Entscheidungsunterstützung in verschiedenen Bereichen des Qualitätsmanagements zu ermöglichen.

Robert Heinrich Schmitt, Max Ellerich, Peter Schlegel, Quoc Hao Ngo, Dominik Emonts, Benjamin Montavon, Daniel Buschmann, Rebecca Lauther

Fertigungstechnik 4.0: Mit sicheren Audit-Trails und verteilten Fertigungsketten zur Fertigungsökonomie

Die Möglichkeiten und Herausforderungen des industriellen Internets der Dinge werden seit Jahren am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen unter dem Thema Internet of Production (IoP) untersucht. Das IoP ist auf interdisziplinäre Optimierungsansätze und die gesamte Wertschöpfungskette, insbesondere in den Bereichen Datenerfassung, Datenmodellierung und Datenverwertung fokussiert. Dieser Buchbeitrag erläutert, ob und wie die Vision des IoP auf eine autonome Fertigungsökonomie ausgeweitet werden kann, in welcher Daten wie ein wirtschaftliches Gut gehandelt werden können. Hierfür werden Distributed-Ledger-Technologien untersucht. Anschließend werden potenzielle IoP-Anwendungsfälle für Fertigungstechnologien skizziert.

Thomas Bergs, Fritz Klocke, Daniel Trauth, Jan Rey

Vernetzte Produktion durch Digitale Schatten – Werkzeugmaschine 4.0

Der Begriff Internet of Things (IoT) hat sich weltweit als Bezeichnung für die horizontale internetbasierte Vernetzung von Cyber-Physical Systems durchgesetzt (Gubbi et al. 2013). Das IoT ermöglicht dabei die Nutzung von Felddaten (z. B. Kundenverhalten) zur Realisierung von neuartigen digitalen Geschäftsmodellen (Porter und Heppelmann 2014). In den meisten Anwendungsfällen sind dabei große Mengen an Felddaten vorhanden, welche durch eine relativ kleine Anzahl von Parametern beschrieben werden. Die Übertragung des IoT-Ansatzes auf die Produktion wird – insbesondere in Deutschland – mit dem Begriff Industrie 4.0 bezeichnet. Das volle Potenzial dieses Ansatzes kann derzeit jedoch nicht vollständig genutzt werden, da der Zugang zu Daten aus der Produktion aus verschiedenen Gründen nicht möglich ist und die Daten aufgrund der komplexen physikalischen Wirkzusammenhänge sehr heterogen sind. Dies führt insbesondere in der Datenanalyse zu gänzlich neuen Herausforderungen (Gandomi und Haider 2015).

Christian Brecher, Matthias Brockmann

Mechanik 4.0. Künstliche Intelligenz zur Analyse mechanischer Systeme

Die Digitalisierung der Industrie im Rahmen von „Industrie 4.0“ umfasst vier Standbeine: Vernetzung, Informationstransparenz, Dezentrale Entscheidungen und Technische Assistenz (Hermann et al. 2016). Insbesondere die Fähigkeit Entscheidungen dezentral – basierend auf relevanten Informationen – zu fällen und die Bereitstellung informierter, digitaler Assistenzsysteme benötigen Methoden zur Analyse physikalischer Systeme. Die Analyse physikalischer Systeme in der Industrie ist ein klassisches Anwendungsgebiet der Mechanik und erfordert genaue Messungen, Beschreibungen und Interpretationen der Zustände mechanischer Systeme. In einer neuen Mechanik 4.0 werden Methoden der Künstlichen Intelligenz eingsetzt, um das Verhalten mechanischer Systeme zu beschreiben und deren Zustände zu interpretieren. Dadurch können numerische Simulationsverfahren beschleunigt, dynamisches Verhalten vorhergesagt und Zustände von Strukturen überwacht werden.

Arnd Koeppe, Daniel F. Hesser, Marion Mundt, Franz Bamer, Bernd Markert

Robotik 4.0

Moderne Robotersysteme sind ein Kernelement der Industrie 4.0, um die Flexibilisierung und Individualisierung der Produktion bis zur Losgröße Eins bei hoher Ressourceneffizienz umzusetzen. Ein Ziel, das nur mit umfassender Automatisierung und Digitalisierung der gesamten Wertschöpfungskette zu erreichen sein wird. Innerhalb dieser Wertschöpfungskette gilt es die richtigen Roboter mit den richtigen Fähigkeiten, zur richtigen Zeit am richtigen Ort verfügbar zu haben.

Burkhard Corves, Mathias Hüsing, Stefan Bezrucav, Tim Detert, Johanna Lauwigi, Michael Lorenz, Nils Mandischer, Markus Schmitz, Amirreza Shahidi

Digitaler Zwilling im Produktlebenszyklus additiv gefertigter Komponenten

Für die Umsetzung der Vision Industrie 4.0 in der Fertigung wird die Akquisition von Prozessdaten mittels Integration geeigneter prozessspezifischer Sensoren und die Nutzung der Daten aus den Produktionsmaschinen ein zunehmend relevantes Thema. Großer Vorteil dieser Herangehensweise ist die Möglichkeit einer ganzheitlichen Datenerfassung während der Fertigung zur Qualifizierung der gefertigten Bauteile sowie der effizienten Prozessentwicklung und -verbesserung. Industrie 4.0 soll jedoch nicht nur auf die Fertigung beschränkt werden; auch die gefertigten Bauteile sollen zukünftig „smart“ sein und während ihrer Nutzung Zustandsdaten bereitstellen können. In diesem Zusammenhang wird in diesem Artikel gezeigt, wie die Additive Fertigung für die Herstellung von Bauteilen mit integrierten Sensoren angewandt werden kann.

Talu Ünal-Saewe, Christian Vedder, Simon Vervoort, Johannes Henrich Schleifenbaum

Textil 4.0

In vielen Statusberichten, Konferenzbänden und Büchern zu Industrie 4.0 und der Digitalen Transformation der deutschen Industrie wird immer wieder erwähnt (z. B. Jacobs et al. 2017), dass der Mensch ein zentraler Bestandteil in diesem Transformationsprozess ist. Umschrieben wird dies mit dem Begriff Arbeit 4.0 und Themenfelder wie Mensch-Technik-Interaktion, Usability, Assistenzsysteme und Arbeitswelten der Zukunft werden genannt. In der deutschen Textilindustrie stellt die mitarbeitergerechte Gestaltung auch wegen Faktoren wie demographische Zusammensetzung der Belegschaft und Automatisierungsgrad der Produktion eine große Herausforderung dar. Dieses Buchkapitel wird auf den folgenden Seiten eine grobe Auswahl von vergangenen und aktuellen Bestrebungen am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University im Themenfeld Digitalisierung und insbesondere Arbeit 4.0 geben (Abb. 1).

Thomas Gries, Fabian Schreiber, Maximilian Kemper

Leichtbau 4.0: Grundlagen und Potenziale des Structural Health Monitorings

Die Möglichkeiten des Leichtbaus sind noch nicht ausgeschöpft. Insbesondere eine Verringerung der Unsicherheiten in der Auslegung bietet ein enormes Potenzial zur Gewichtsreduktion durch die genauere Kenntnis von Lasten und Strukturzuständen. Ein Structural Health Monitoring (SHM) der Struktur erschließt diese Möglichkeiten. Es wird beschrieben, was unter einem SHM zu verstehen ist und welche verschiedenen Ansätze in Forschung und Entwicklung grundsätzlich verfolgt werden. Dem schließt sich die Darstellung des SHM basierend auf sogenannten strukturellen Schadensindikatoren an. Dieser Ansatz hat sich als besonders effizient und robust in der Bauteilzustandsüberwachung erwiesen, was anhand der Entwicklung eines solchen Systems für eine geflochtene Faserverbund-Welle mit integrierten Faseroptischen Sensoren demonstriert wird. Dazu wird aufgezeigt, welche weiteren Vorteile die Integration eines SHM-Systems auf der Basis struktureller Schadensindikatoren in das Bauteil bietet. Dies reicht von der Qualitätssicherung in der Produktion bis hin zur Erstellung eines Digitalen Zwillings der Struktur.

Kai-Uwe Schröder, Andreas Preisler

Maschinenbau und Industrie 4.0

Der Maschinen- und Anlagenbau, eine der Schlüsselbranchen Europas, steht seit jeher für einen stetigen Prozess der Veränderung, Anpassung und Verbesserung: Sei es mit Einführung der Dampfmaschine oder des ersten mechanischen Webstuhls (Erste industrielle Revolution), der ersten elektrischen Maschinen mit arbeitsteiliger Fließbandproduktion (Zweite industrielle Revolution), dem Einsatz von IT und der damit verbundenen Automation (Dritte industrielle Revolution) oder eben nunmehr mit der intelligenten und vernetzten digitalen Fabrik (Vierte industrielle Revolution, Industrie 4.0), der Maschinenbau war jeweils ein wesentlicher Treiber und Adressat der Veränderungen. Auch jetzt steht der Maschinenbau an der Spitze einer neuen Epoche der Industrie: Keine andere Branche investiert derzeit mehr als der Maschinenbau in digitale Technologien (nahezu 4 %).

Daniel van Geerenstein

Verkehr, Logistik und Bauen

Frontmatter

Elektromobilität – Trends und Herausforderungen der zukünftigen Großserienproduktion

Entgegen der allgemeinen Wahrnehmung, die „Elektromobilität“ sei eine Erfindung des 21. Jahrhunderts, reichen die Anfänge dieser bereits zurück bis in das 19. Jahrhundert, als der Amerikaner Thomas Davenport das erste batteriebetriebene Elektrofahrzeug entwickelte.

Achim Kampker, Kai Kreisköther, Patrick Treichel, Tom Möller, Yannick Boelsen

Rolle und Einfluss der Industrie 4.0 auf die Gestaltung autonomer Mobilität

Die Digitale Transformation betrifft alle Bereiche unserer Gesellschaft und umfasst sowohl technische als auch organisatorische und soziale Veränderungen. Ausdruck dieser Transformation sind nicht nur die zunehmende Sammlung und Verfügbarkeit von digitalen Daten, sondern auch der auf diesen Daten basierende vermehrte Einsatz von Künstlicher Intelligenz oder das Aufkommen neuer, digitaler Geschäftsmodelle und Dienstleistungen. Ein Bereich, der schon früh von der laufenden Transformation betroffen war, ist die Mobilität und Logistik. Neben der digitalen Kartierung nahezu aller Verkehrswege und der hohen Verfügbarkeit digitaler Verkehrsinformationen treibt der Einsatz von Assistenzsystemen im Fahrzeug diese Entwicklung ebenso voran wie das Aufkommen des E-Commerce oder neuer Mobilitätsdienste. Im Straßenverkehr kumuliert diese Entwicklung in der Umsetzung der seit langem bestehenden Vision selbstfahrender Fahrzeuge, die heute unmittelbar bevorsteht bzw. testweise sowie in spezifischen Anwendungsfällen wie z. B. auf Flughäfen oder in der Intralogistik bereits Realität ist.Ziel des vorliegenden Beitrags ist, die Entwicklung des autonomen Fahrens und dessen Bezug zur Industrie 4.0 anhand von Beispielen zu skizzieren. Zunächst werden der Hintergrund des autonomen Fahrens und der autonomen Mobilität beleuchtet und in den Kontext der Industrie 4.0 gesetzt. Anschließend werden die Auswirkungen der Industrie 4.0 auf die Mobilität und Logistik diskutiert sowie die Übertragbarkeit auf andere Anwendungsfelder beispielhaft anhand dreier Branchen präsentiert. Diese umfassen die Intralogistik durch den Einsatz von Automated-Guided-Vehicles (AGVs) sowie die Baubranche, die aufgrund besonderer Bedingungen eine ganze Reihe neuer Herausforderungen für autonome Fahrzeuge bereithält. Hinzu kommt ein flächendeckender, individueller Personenluftverkehr, dessen Entwicklung erst durch den Einsatz autonomer Systeme möglich wird. Der Beitrag schließt mit einer kurzen Zusammenfassung und Ausblick.

Ingrid Isenhardt, Alexia Fenollar Solvay, Thomas Otte, Christoph Henke, Max Haberstroh

Automatisiertes und autonomes Fahren – wer haftet?

Betrachten lässt sich ein Übergang von der Kutsche mit Pferd zur Kutsche ohne Pferd, dem Auto; und sodann – im übertragenen Sinn – von der Kutsche ohne Pferd zur Kutsche ohne Kutscher, dem autonomen Fahrzeug. Diese Entwicklung verändert die Risiken der Beförderung: Ehemals kam es zu einem Unfall, wenn Pferd und/oder Kutscher versagten; im derzeitigen Straßenverkehr sind mehr als 88 % der Verkehrsunfälle auf menschliches Versagen des Lenkers zurückzuführen (Schrader 2018, S. 314, 318 FN 53, 58). Wird es dann, wenn am Ende der Entwicklung das System die Herrschaft übernimmt, keine Verkehrsunfälle mehr geben? (Borges 2018, S. 977 Fn. 3) Anders als Menschen unterlaufen Systemen keine Flüchtigkeitsfehler und ihre Leistung ist auch nicht von der Tagesverfassung abhängig. Immerhin verursachen diese Unfälle pro Jahr volkswirtschaftliche Kosten von ca. 30 Mrd. € (Lutz 2015, S. 119). Sollte die weitgehende Vermeidung von Kfz-Unfällen auch erst in der Zukunft realisierbar sein, ist es bis dahin aber noch ein weiter Weg. Gedämpft wird solcher Optimismus freilich durch die Erkenntnis, dass mit zunehmender Komplexität eines Systems auch dessen Fehleranfälligkeit steigt (Gomille 2016, S. 76; ähnlich Stadler 2018, S. 71: Risiken bleiben bestehen).

Christian Huber

Ethik der Digitalisierung in der Automobilbranche am Beispiel selbstfahrender Autos

Autonome Mobilität und autonomes Fahren sind mittlerweile aus der modernen Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Was lange Zeit als Fiktion galt, wird zunehmend Realität. Diese Entwicklung hat vielseitige Fragestellungen zur Folge, besonders in Bezug auf ethische Entscheidungen im Zusammenhang mit dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz in selbstfahrenden Autos. Im Folgenden werden einige der notwendigen Debatten angestoßen und diskutiert. Ethische Dilemmata spielen dabei eine essentielle Rolle, konfligierende moralische Ansprüche müssen gegeneinander abgewogen werden. Die Programmierung legt zudem die Entscheidungslogik der Künstlichen Intelligenz zugrunde. Die aufgezeigten Varianten sind aus ethischer Perspektive unbefriedigend und kaum vermittelbar, es bedarf weiterhin des Menschen als moralischer Instanz. Darüber hinaus ist auch eine rechtliche Verantwortung zu berücksichtigen. Weitere Fragen im Hinblick auf Privatsphäre, Arbeitsplätze und gesellschaftliches und individuelles Leben im Allgemeinen ergeben sich. Die hier skizzierten Grundfragen gilt es zu erörtern und den Status sowie das Verständnis von Künstlicher Intelligenz zu bestimmen.

Arne Manzeschke, Alexander Brink

Schienenverkehrstechnik 4.0

Der Begriff Industrie 4.0, der 2011 von deutschen Wissenschaftlern erfunden wurde, hat den Zenit seiner Nutzung fast schon überschritten. In den letzten Jahren wurde der Ausdruck, der ursprünglich aus der Produktionstechnik stammt, von vielen Branchen übernommen. So tauchen auch im Bereich des Schienenverkehrs Schlagwörter wie Mobilität 4.0 und Schiene 4.0 auf. Auch wenn aktuell das Schlagwort Digitalisierung gegenüber X 4.0 die Oberhand gewinnt, so ist doch allen Begriffen gemeinsam, dass damit der Beginn der vierten industriellen Revolution durch Digitalisierung und Vernetzung von technischen Systemen gemeint ist. Die Möglichkeiten und Anwendungsbeispiele von technischen Neuerungen im Sektor Schiene, welche eine oder mehrere Eigenschaften von Industrie 4.0 aufweisen, werden in diesem Buchkapitel vorgestellt und diskutiert.

Christian Schindler

Industrie 4.0 in der Luft- und Raumfahrt

Die digitale Transformation und Vernetzung in der Luft- und Raumfahrt hat bereits vor Jahrzehnten begonnen. Der Grad der Implementierung ist jedoch sehr unterschiedlich: beispielsweise ist der Bereich der globalen Lufttransport-Buchungssysteme vollständig digitalisiert und automatisiert, während dies bislang nur in Ansätzen in der klassischen Flugzeug- oder Satellitenproduktion realisiert wurde. Es ist ein glücklicher Umstand, dass die aktuellen Industrie 4.0-Umwälzungen in eine Zeit der vollen Auftragsbücher in der Luftfahrt fallen und sich die Raumfahrt aufgrund von New Space derzeit neu erfindet. Die umfassende digitale Transformation und Vernetzung wird die Luft- und Raumfahrt bzgl. Leistungsfähigkeit, Kosten- und Ökoeffizienz, Transparenz und Teilhabe deutlich verbessern. Dies erlaubt eine Fokussierung auf die effiziente unbemannte Raumfahrt und die Etablierung eines nachhaltigen, passagierzentrierten Lufttransportsystems.

Eike Stumpf

BIM und die Digitalisierung im Bauwesen

Der digitale Wandel ist ein globaler Megatrend, der zu disruptiven Veränderungen in vielen Bereichen der Gesellschaft führt. In der Industrie wird dieser Transformationsprozess nach Massenproduktion, Elektrizität und Computer vielfach mit dem Synonym „4. industrielle Revolution“ umschrieben (Frick 2017). Die Digitalisierung stellt derzeit in vielen Branchen eine zentrale Herausforderung dar, wobei die Bauindustrie im Vergleich, insbesondere in Deutschland, einen Nachholbedarf aufweist (Abb. 1).

Jörg Blankenbach, Ralf Becker

Wasserwirtschaft 4.0

Die Wasserwirtschaft ist bestrebt das Wasser als essenziellen Bestandteil der Natur und Lebensraum für Flora und Fauna zu schützen, dem Menschen auch in zukünftigen Generationen die Wassernutzung zu ermöglichen und ihn vor den Gefahren, die durch Wasser entstehen können, zu schützen. Als Teil der öffentlichen Daseinsvorsorge betreibt die Wasserwirtschaft kritische Infrastrukturen in Bezug auf die Versorgung mit Trinkwasser und die Reinigung des Abwassers. Weitere Aufgaben sind die Unterhaltung der Gewässer sowie der Küsten- und Hochwasserschutz. Herausforderungen wie der fortschreitende Klimawandel, strukturelle und demografische Veränderungen sowie Nutzungskonflikte oder der Fachkräftemangel sind Aufgaben, bei denen die Digitalisierung und der „4.0-Ansatz“ für die Wasserwirtschaft unterstützen können. Viele Entwicklungen haben bereits stattgefunden, jedoch ist eine flächendeckende Vernetzung aller Systeme bei weitem noch nicht umgesetzt. In diesem Kapitel wird der Weg der Daten durch die Wasserwirtschaft anhand von Beispielen aus der Praxis und durch Einblicke in die Forschung dargestellt. Schließlich wird der aktuelle Stand bei Unternehmen der Wasserver- und -entsorgung vorgestellt.

Martha Wingen, Holger Schüttrumpf

Elektro- und Informationstechnik, Mathematik

Frontmatter

Künstliche Intelligenz 4.0

Künstliche Intelligenz (KI) hat seit einigen Jahren stark an Bedeutung gewonnen, insbesondere durch die eindrucksvollen Erfolge im Bereich des maschinellen Lernens. In diesem Kapitel möchte ich zunächst den Begriff KI aus Sicht der Forschung klären und einige der großen Erfolge der letzten 20 Jahre vorstellen. Anschließend werde ich auf die Bedeutung der KI für die Verwirklichung von Industrie 4.0 eingehen mit einem Fokus auf die Produktionstechnik. Dabei werde ich zum einen auf Chancen und Herausforderungen des Einsatzes von maschinellem Lernen eingehen und zum anderen darlegen, warum auch andere Bereiche der klassischen KI wie das automatische Planen eine wichtige Rolle spielen. Die Diskussion wird unterlegt mit Beispielen aus der aktuellen Forschung.

Gerhard Lakemeyer

Experimentierbare Digitale Zwillinge im Lebenszyklus technischer Systeme

Digitale Zwillinge (DZ) revolutionieren unsere Sicht auf Systeme – und dies aus ganz unterschiedlichen Perspektiven wie Entwicklung, Vernetzung, Bedienung, Umweltmodellierung, modellbasierte Steuerung, vorausschauende Wartung, Training oder virtuelle Inbetriebnahme. Offensichtlich ist der DZ gleichzeitig sowohl Ergebnis der Digitalisierung als auch deren Grundlage. Trotz dieses enormen Anwendungsspektrums ist die wesentliche Stärke des DZ-Konzepts seine einfache und anschauliche Grundidee. Im Rahmen der konkreten praktischen Umsetzung entstehen allerdings auf den ersten Blick gänzlich unterschiedliche DZ-Ausprägungen. Dies führt häufig zu Missverständnissen und steht der umfassenden Nutzung des weitreichenden Potenzials von DZ im Wege. Dieses Kapitel stellt daher eine gemeinsame konzeptuelle und technische Basis für die vielen Facetten des DZ vor und illustriert diese an mehreren Anwendungsbeispielen. Eine zentrale Rolle kommt der Simulationstechnik zu, die DZ ausführbar und experimentierbar macht. Aus Digitalen Zwillingen werden Experimentierbare Digitale Zwillinge (EDZ). Die EDZ-Methodik definiert hierauf aufbauend einen konsistenten Satz an Werkzeugen, Methoden und Prozessen für den Umgang mit DZ unterschiedlicher Ausprägungen.

Jürgen Roßmann, Michael Schluse

Auf dem Weg zur digitalen Universität

Universitäten sind intrinsisch konservativ. Meist im edlen, bewahrenden Sinne des Wortes, manchmal aber auch mit etwas zu viel Beharrungsvermögen. Die Wissenschaft als Programm sucht zwar stets nach dem Neuen, dem Unbekannten, dem Unerforschten. Die institutionalisierte Wissenschaft funktioniert aber auch und vor allem in den Kategorien des Bekannten, bereits Erforschten, Bewährten und Traditionellen. Und so machen sich Universitäten, wenn sich irgendwo etwas Neues auftut, zwar durchaus sofort daran, dieses zu erkunden und zu verstehen; anschließend, es zugänglich zu machen; und schließlich, das Wissen darüber weiterzugeben. Die Selbstreflexion – also z. B. die Frage danach, ob der Forschungsgegenstand und die erzielten Erkenntnisse auch Implikationen auf die eigene Institution, das eigene Wesen und Agieren haben – hält sich dagegen meist vornehm im Hintergrund. Wenn es um Astrophysik, um die Gartenbaukunst der Renaissance oder die Statik von Zeltkonstruktionen geht, gibt es diese Implikationen ja wahrscheinlich gar nicht so unmittelbar. Bei dem, was heute gemeinhin unter dem Schlagwort „Digitalisierung“ firmiert, verhält es sich jedoch völlig anders. Auch wenn ich ungern von „Universität irgendwas-Punkt-null“ reden möchte – das, worum es hierbei geht, hat das Zeug zu einer disruptiven Transformation, die wenige Steine dort liegen lässt, wo sie zuvor lagen. Dies betrifft alle Kernbereiche einer Universität – Forschung, Lehre, Transfer, Kooperationen, Verwaltung, Governance, und was sonst noch so von Bedeutung ist für eine moderne Universität. Darum soll es im folgenden Beitrag gehen.

Hans-Joachim Bungartz

Energie, Georessourcen und Materialtechnik

Frontmatter

Energietechnik 4.0

Die Versorgung mit Energie bildet eine der zentralen Säulen unserer modernen Industriegesellschaft. Im tagtäglichen Leben ist die Verfügbarkeit von Wärme und elektrischem Strom essenziell für alle industriellen Prozesse, die Bewältigung von Transportaufgaben und die Erfüllung sehr elementarer Aufgaben, wie die Bereitstellung von Raumwärme und Trinkwasser. Insbesondere im Bereich der Gebäude werden heute unterschiedliche Energieträger verwendet wobei zunehmend lokal erneuerbare Energien eingebunden werden.

Dirk Müller, Tanja Osterhage, Jan Richarz, Tobias Beckhölter, Sebastian Remy, Amely Gundlach, Sarah Henn

Energiewirtschaft 4.0

Die Energiewirtschaft in Deutschland steht am Ende einer längeren Entwicklung vor einer tiefgreifenden Umgestaltung, die in der notwendigen Intensität letztendlich nur mit der Digitalisierung zu bewältigen ist. Die Energiewirtschaft 4.0 ist unabdingbar. Ihr Aufbau hat längst begonnen.

Frank-Michael Baumann, Eckehard Büscher, Stefan Rabe, Georg Unger

Bergbau 4.0

Der Bergbau als eine der ältesten Industrien der Welt ist ein für die Entwicklung der menschlichen Zivilisation höchst bedeutendes Thema. So brach beispielsweise mit der Fähigkeit, Metall aus Erzen zu gewinnen in der Bronzezeit eine neue Epoche der Werkzeugmacherei (Zeit.de 2016) an oder die Erfindung der Dampfmaschine im und für den Bergbau stand am Beginn der ersten industriellen Revolution (TUEV NORD 2019). Auch heute ist für die Entwicklung von Innovationen und Zukunftstechnologien eine effiziente, nachhaltige und sichere Rohstoffversorgung essentiell notwendig und gilt als eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. Gerade die heutzutage vielfach diskutierten Themen, wie die Energiewende oder Elektromobilität, wären ohne Rohstoffe und den Bergbau am Anfang jeder industriellen Wertschöpfungskette ebenso wenig umsetzbar und denkbar, wie moderne Informations- und Kommunikationstechnik als Grundlage u. a. für Industrie 4.0. Dabei zeichnete sich der Bergbau stets durch seine hohe Innovationsfähigkeit aus und stellt heutzutage selbst eine HighTech-Industrie dar. Die Weiterentwicklung von Technologien im Sinne von Bergbau 4.0 mit der Vision eines vernetzten autonomen Bergwerks werden dazu beitragen, dass zukünftig heute technisch und/oder wirtschaftlich noch nicht gewinnbare Lagerstätten und Rohstoffe sicher, umweltschonend und wirtschaftlich nutzbar gemacht und somit neue Rohstoffpotentiale erschlossen werden können.

Elisabeth Clausen, Karl Nienhaus, Thomas Bartnitzki, Ralph Baltes

Klimaschutz 4.0

Der anthropogene Klimawandel zählt zu den größten Herausforderungen der heutigen Gesellschaft. Verantwortlich für den Klimawandel ist mit einer hohen Wahrscheinlichkeit die kontinuierlich seit Beginn der Industrialisierung 1850 steigende Konzentration an Treibhausgasen (IPCC 2013b). Zu den wichtigsten Treibhausgasen in der Atmosphäre gehören Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O), Ozon (O3) sowie die fluorierten Gase (F-Gase). Sie zählen zu den Spurenstoffen in der Atmosphäre und betragen gerade mal 1 % der in der Luft enthaltenen Moleküle und Partikel; den größten Anteil nehmen Stickstoff (N, 78 %) und Sauerstoff (O2, 21 %) ein.

Katja Trachte

Geologische Modellierung 4.0

Von statischen Modellen zu dynamischen Werkzeugen

Der geologische Untergrund ist bedeutend für eine Vielzahl industrieller und technischer Anwendungen: sowohl als Lagerstätte mineralischer und nichtmineralischer Rohstoffe, als auch als Speicher, sowie als Planungsgrundlage für untertägige Infrastruktur – und in diesem Rahmen auch zunehmend im Kontext der Stadtplanung und des in den Untergrund erweiterten „Building Information Management“ (BIM), häufig auch als GeoBIM bezeichnet (Svensson 2015). Das zentrale Problem der Charakterisierung bedeutender Gesteins- und Fluideigenschaften im Untergrund ist, dass es bis heute keine günstige und umfassende Möglichkeit gibt, diese Eigenschaften im Untergrund direkt zu messen. Zwar geben (teure) Bohrungen punktuell sehr genaue Informationen, aber die Extrapolation in den Raum erfolgt nur indirekt über Zuhilfenahme geophysikalischer Messungen. Dazu werden insbesondere seismische, gravimetrische und elektromagnetische Messungen angewendet (z. B. Telford et al. 1990). Aus all diesen Informationen wird dann typischerweise ein geometrisches Strukturmodell erstellt, in dem Gesteine in Formationen zusammengefasst werden, die im Rahmen der Untersuchung ähnliche Eigenschaften aufweisen. Diese Betrachtung ist konzeptionell in Abb. 1 für eine typische Gesteinsabfolge dargestellt, hier als ein Beispiel mit einer Fotografie aus einem Aufschluss (Abb. 1a). Wenn wir uns jetzt vorstellen, dass sich diese Gesteinsfolge nicht an der Oberfläche, sondern im Untergrund befindet, dann haben wir häufig nur sehr vereinzelte direkte Beobachtungen in Bohrungen (Abb. 1b). Die entscheidende Frage ist dann, wie punktuelle Beobachtungen im Raum zwischen bekannten Punkten interpoliert und darüber hinaus extrapoliert werden können. Dazu werden häufig geophysikalische Messungen verwendet (z. B. Schwerefeldmessungen, seismische Verfahren). Auf diese Weise wird dann versucht, Grenzflächen zwischen Einheiten mit ähnlichen Eigenschaften zu bestimmen (Abb. 1c).

Florian Wellmann

Endlagerung 4.0

Im Jahr 2013 wurde von den Bundesländern und vom Bund entschieden, die Standortsuche für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle von neuem zu beginnen. Es wurde hierzu das Standortauswahlgesetz (StandAG) im Jahr 2013 erlassen und im Jahr 2017 novelliert (Gesetz zur Suche und Auswahl eines Standortes für ein Endlager für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle (Standortauswahlgesetz) 2013). Es sieht vor, in den möglichen Wirtsgesteinen Salz, Kristallin und Ton nach möglichen Standorten für ein Endlager für hochradioaktive Abfälle zu suchen. In einem Verfahren, welches vergleichend ausgeführt wird, soll unter Anwendung vorab definierter Kriterien der Standort mit der relativ besten Sicherheit ausgewählt werden. Dieses Verfahren ist in drei Phasen gegliedert.

Frank Charlier

Abfallwirtschaft 4.0

Das Ziel der nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ist die möglichst effiziente und umfassende Nutzung von Ressourcen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden auch im Bereich der Abfallwirtschaft vermehrt neue Ansätze von Industrie 4.0 entwickelt und implementiert.

Renato Sarc, Alexander Curtis, Lisa Kandlbauer, Karim Khodier, Karl Erich Lorber, Roland Pomberger

Medizin und Gesundheit

Frontmatter

Telemedizin

Der digitale Wandel und die Medizin 4.0 sind im klinischen Alltag bereits jetzt deutlich spürbar und werden unser Gesundheitssystem in den nächsten Jahren weiter durchgreifend verändern. Immer mehr medizinische Daten werden bereits digital erfasst. Ein bekanntes Beispiel ist die Einführung elektronischer Patientenakten in Arztpraxen und Krankenhäusern als Ersatz für herkömmliche, analoge Papier-Akten. Im häuslichen Umfeld ermöglichen App-basierte Anwendungen auf dem Smartphone (HealthApps) chronisch kranken Patienten eine engmaschigere Überwachung der Therapie und erlauben den Patienten zugleich eine stärkere Einbeziehung in die Behandlung.

Gernot Marx, Katrin Gilger, Robert Deisz

Klinik 4.0 – Das digitale Krankenhaus

Neue Technologien führten und führen zu teilweise drastischen Veränderungen der medizinischen Versorgung. Beispielhaft sei hier die Einführung des Stethoskops, entwickelt 1816 von René Laennec in Frankreich, erwähnt, welches das damalige Hörrohr schließlich in nahezu allen Gebieten ablöste und eine neue Technik der Auskultation möglich machte. Einige Jahre später sollte dann mit der Einführung der Anästhesie (um 1846) der modernen Medizin der Weg geebnet werden. So wurden nun Operationen möglich, die zuvor aufgrund ihrer Dauer und Schmerzhaftigkeit nicht oder nur sehr eingeschränkt durchführbar waren.

Christian Juhra, Judith Born

Operationssaal und Klinik 4.0 – Der OR.NET Ansatz

Im Gesundheitswesen findet seit geraumer Zeit ein Paradigmenwechsel statt – weg von Insellösungen, hin zu standardisierten, offen vernetzten Systemen. So sind Integration und Vernetzung im Bereich der medizinischen IT und dem Operationssaal bereits seit Jahren ein großes Thema. Stand heute sind aber nur herstellerspezifische, proprietäre Integrationslösungen verfügbar. Das BMBF-Leuchtturmprojekt OR.NET (Laufzeit: 2012–2016) hat die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für eine herstellerunabhängige und damit offene, dynamische Interoperabilität von vernetzten Medizingeräten und Medizin-IT-Systemen gelegt (Golatowski 2018).

Armin Janß, Stefan Schlichting, Klaus Radermacher

Lebenswissenschaften 4.0 – Sensorik und maschinelles Lernen in der Bewegungsanalyse

Digitale Methoden der Industrie 4.0, die sich bereits für technische Systeme etabliert haben, können auch auf die Lebenswissenschaften bzw. auf die Biomechanik übertragen werden. In Abb. 1 werden exemplarisch einige computergestützte Verfahren aus der technischen Anwendung auf den Bereich der biologischen Systeme transferiert. Im Detail wird die Überwachung eines Bremssystems und des menschlichen Bewegungsapparats betrachtet.

Marion Mundt, Arnd Koeppe, Franz Bamer, Bernd Markert

Industrie 4.0 im Rahmen von Informationssicherheit und Datenschutz

Mit dem exponentiellen Fortschritt im Rahmen technologischer Entwicklungen der Industrie 4.0 oder Internet of Things (IoT) entsteht viel Raum für Spekulationen. Außerhalb jeglicher Diskussionen ist die Bedeutung von Informationssicherheit und Datenschutz, die sowohl vom Gesetzgeber wie auch unternehmensseitig, bis hin zum Kunden, dem Betroffenen als bedeutend gesehen wird. Sie nimmt eine zentrale Rolle innerhalb der bestehenden und bevorstehenden Wandlungsprozesse in den beteiligten Unternehmen ein.

Thomas Jäschke

Ethik der Digitalisierung im Gesundheitswesen

Datafizierung, sektorale Entgrenzung und Überwachung (Surveillance) sind Entwicklungen, die aus ethischer Perspektive gerade für das Gesundheitswesen von besonderer Relevanz sind. Mit Bezug auf Gesundheit und die spezifische Konstitution des Menschen (Vulnerabilität, Leiblichkeit, Sozialität) werden hier ethisch heikle Punkte berührt, die bei der Forschung, Entwicklung, Verbreitung und Nutzung digitaler Gesundheitstechnologien besonders zu berücksichtigen sind. Abgerundet wird diese Betrachtung mit Überlegungen zum Einsatz von Robotern und Assistenzsystemen in Medizin und Pflege, weil an ihnen der transzendierende Charakter dieser Technik verdeutlicht werden kann. Es muss letztlich eine ethisch-anthropologische Neubestimmung erfolgen, sofern diese Technik den rein instrumentellen Charakter bisheriger Werkzeuge, Maschinen und Automaten überschreitet. Um zu verhindern, dass ethische Fragestellungen zu spät angegangen werden, und um Schaden zu vermeiden skizziert dieser Artikel die Richtung der zu erwartenden Herausforderungen und identifiziert im Kern einige ethisch relevante Fragestellungen anhand konkreter Beispiele.

Arne Manzeschke, Alexander Brink

Management und Arbeitswelt

Frontmatter

Management für Digitalisierung und Industrie 4.0

Globale Trends verändern wie und was europäische Unternehmen produzieren. Die fortschreitende Globalisierung und die permanente und direkte Verfügbarkeit relevanter Informationen durch das Internet beeinflussen aber nicht nur die Struktur der globalen Wertschöpfungsnetzwerke, sondern zwingen Unternehmen auch, unter immer größerem Zeit-, Qualitäts-, Innovations- und Kostendruck zu arbeiten. Infolgedessen steigt die Komplexität der Produkte, der Wertschöpfungsnetze und der dahinterliegenden Planungs- und Steuerungsprozesse. Vor diesem Hintergrund ist die unter dem Begriff "Industrie 4.0" zusammengefasste Vision zu einem Hoffnungsträger für die europäische Wirtschaft geworden. Dabei reicht diese Vision längst über den Ursprung des Begriffs – einer digitalisierten, intelligenten Fabrik – hinaus und umfasst nahezu alle Geschäftsbereiche. Der damit für Unternehmen essenzielle Wandlungsprozess wird dabei meist als "Digitale Transformation" bezeichnet. Dabei handelt es sich jedoch nicht um eine einmalige Anpassung mit klarem Anfangs- und Endpunkt, sondern um einen fortwährenden Anpassungsprozess, den jedes Unternehmen für sich spezifisch gestalten und führen muss.

Julia Arlinghaus, Oliver Antons

Digitale Transformation von Unternehmen

„Nichts ist so beständig wie der Wandel.“ Dieses Zitat des griechischen Philosophen Heraklit beschreibt nur allzu gut, in welcher Umgebung wir uns heute, gesellschaftlich wie aber auch beruflich, bewegen. Jedoch hat dieser Wandel durch die Digitalisierung disruptive Züge angenommen, die in unsere gesamten Lebensbereiche ausstrahlen. Insbesondere spielt das Internet hier eine entscheidende Rolle. Durch die Etablierung von Suchmaschinen wie beispielsweise Google, wurden neue Nutzungen dieses Mediums ermöglicht. Mit der Einführung des Smartphones wurde das Internet funktionalisiert und bildet damit die Grundlage für völlig neue Anwendungen und Geschäftsmodelle. Es ist kaum zu glauben, dass die erste Smartphone-Generation erst im Jahre 2007 auf den Markt gekommen ist. In der letzten Dekade haben wir uns in eine Abhängigkeit zu diesen Geräten gegeben, die es kaum vorstellbar macht sich zu überlegen, wie ein Leben ohne diese Geräte aussehen würde. Dadurch hat die Digitalisierung sprunghafte Veränderungen in der Kommunikation gebracht, die man sich schnell vor Augen führen kann, wenn man beispielsweise nach Telefonzellen sucht. Neben der Kommunikation sind neue Abhängigkeiten, aber auch Möglichkeiten, durch diese Technologien aufgekommen. Ohne den Anspruch der Vollständigkeit seien hier Sachverhalte genannt, wie die spontane Orientierung in einer fremden Stadt, Wikipedia als das große Nachschlagewerk, welches der Nutzer immer griffbereit hat, und vieles mehr. Die Smartphones haben aus den Telefonen Computer gemacht, die neben Terminverwaltungen, die jederzeitige Möglichkeit eröffnen Fotos zu machen und sich natürlich alte Fotos jederzeit und überall anzuschauen. Und am Ende sei noch erwähnt: Telefonieren kann man auch noch damit, auch wenn gerade die junge Generation dies nicht mehr für den wesentlichen Aspekt eines Smartphones hält, sondern lieber auf anderen Wegen das Gerät zur Kommunikation einsetzt.

Heiko Kopf

Business Transformation – Ein Handlungsrahmen für das Management von Unternehmenstransformationen

Die zentrale Herausforderung vieler Unternehmen besteht derzeit darin, den Prozess der Transformation im Sinne einer grundlegenden Neugestaltung zentraler Prozesse oder gar des gesamten Unternehmens zu bewältigen. Dabei stellt sich die Frage nach der grundsätzlichen Notwendigkeit einer umfassenden Transformation im Sinne einer Business Transformation für die meisten Unternehmen im Zeitalter der digitalen Transformation gar nicht mehr. Es steht vielmehr die Frage im Mittelpunkt, wie Unternehmen die mit dem Umfang einer Transformation und den notwendigen inhaltlichen Veränderungen einhergehende Komplexität bewältigen können und die Effizienz und den Erfolg der Transformation gewährleisten können. Die Herausforderung besteht darin, zeitgleich auf der Sachebene neue Strukturen und Systeme zu gestalten und zudem etablierte Verhaltensmuster aufzubrechen und neue Formen zu etablieren. Bereits Müller-Stewens fasst die beiden wesentlichen Aufgaben einer Transformation in die beiden Gruppen der Strategie- und Wandelarbeit zusammen (vgl. Müller-Stewens und Lechner 1999). Auch wenn in der aktuellen Diskussion insbesondere die durch digitale Technologien möglichen strukturellen Aspekte oder auch die technologische Lösung an sich im Vordergrund der Diskussionen um die digitale Transformation stehen, so kommt angesichts der Tragweite der derzeit einsetzenden Veränderungen der Veränderungsarbeit an sich eine immense Bedeutung zu. Eine Transformation ist demnach ein für alle Anspruchsgruppen hochanspruchsvoller und komplexer Prozess. Die erfolgreiche Bewältigung dieses Prozesses erfordert eine Kombination verschiedener Methoden, zu denen neben der Strategieentwicklung und der Geschäftsmodellinnovation sowie der Organisationsgestaltung und den Methoden der organisatorischen Neuausrichtung insbesondere auch Instrumente zur Steuerung des Transformationsprozesses zählen (vgl. Uhl und Gollenia 2012). Mit diesen kann ein Beitrag dazu geleistet werden, neue Verhaltensmuster anzunehmen und zu etablieren. Dem Verhalten der Mitarbeiter kommt in Transformationsvorhaben eine besondere Bedeutung zu, da die Schwierigkeiten einer Unternehmenstransformation wesentlich durch Unsicherheiten, Konflikte oder fehlende Orientierung von Mitarbeitern geprägt sind, was zu Widerständen und Trägheit führt. Mit gezielter Steuerung durch ausgewählte Instrumente kann diesen Widerständen entgegengewirkt und Motivation und Commitment unter den Mitarbeitern erzeugt werden, was eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg einer Transformation ist (vgl. Uhl und Gollenia 2012; Uhl und Ward 2012; Siepmann 2012; Mollbach und Bergstein 2012; Schuh 2006).

Gerhard Gudergan, Volker Stich

Arbeitswelt 4.0

Wo werden wir wie und wann mit wem arbeiten? Welche Arbeitsplätze werden sich verändern, welche werden substituiert oder ersatzlos gestrichen? Vorliegende Prognosen zur Zukunft der Arbeit sind heterogen, lassen jedoch insgesamt keinen Zweifel daran, dass sich Digitalisierung und Automatisierung – noch deutlicher als bisher – auf die Erwerbsarbeit auswirken werden. Entscheidend wird sein, ob es gelingt, die auf unterschiedlichen Ebenen bestehenden Gestaltungsspielräume für eine technologisch und sozial innovative, ökonomische und menschengerechte Arbeitsgestaltung zu nutzen. Der Beitrag behandelt kursorisch vorliegende Studien, Ansätze und Kriterien, die aus arbeitswissenschaftlicher Perspektive für die betriebliche Gestaltung von Arbeit besondere Relevanz besitzen. Mit einem Leitbild für die menschzentrierte Gestaltung laden die Autorinnen zum interdisziplinären Diskurs ein.

Susanne Mütze-Niewöhner, Verena Nitsch

Die Bedeutung des Arbeitsrechts im Prozess von Industrie 4.0

Die Begriffe Industrie 4.0, Arbeiten 4.0 und Arbeitsrecht 4.0 stehen für grundlegende Änderungen von Wirtschaft, Arbeit und Arbeitsrecht. Auch wenn kein auf das Leitbild Industrie 4.0 bezogenes Sonderarbeitsrecht existiert, lassen sich doch mehrere arbeitsrechtliche Bereiche identifizieren, die durch die mit Industrie 4.0 angestrebten technischen und organisatorischen Veränderungen in besonderer Weise berührt werden und die den Gegenstand des Beitrags bilden. Im Einzelnen zählen hierzu verschiedene Fragen, die mit dem konkreten Einsatz von Arbeitskraft zusammenhängen, der Schutz der Beschäftigten vor spezifischen Risiken im Kontext von Industrie 4.0 sowie die institutionalisierte Einflussnahme der Arbeitnehmerseite in Form von Beteiligungsrechten des Betriebsrats auf die mit diesem Leitbild verbundenen betrieblichen Veränderungsprozesse einschließlich des Themas der fortlaufenden Qualifizierung der Beschäftigten.

Rüdiger Krause

Mind the Gap – Industrie 4.0 trifft Gender

Der technologische Wandel um die zunehmende Digitalisierung ist in aller Munde. Verbunden und diskutiert werden damit tiefgreifende Veränderungen, die alle Gesellschaftsbereiche von Wirtschaft über Politik und Bildung bis hin zur staatlichen Verwaltung ebenso wie soziale Interaktionen im Privaten betreffen. Dabei stehen in vielen Diskussionen die Auswirkungen auf die Arbeit im Mittelpunkt der Überlegungen. Der vorliegende Beitrag zeichnet die Diskussionen um den Wandel der Arbeit mit dem Schwerpunkt auf Genderaspekte nach und diskutiert die Frage, ob und wenn ja welche Potenziale die Digitalisierung für mehr Geschlechtergerechtigkeit birgt. Auf der Grundlage vergangener Diskurse, die mit einer Betrachtung der Geschlechterverhältnisse im historischen Kontext von „Industrie 2.0“ und „3.0“ geführt wurden und die gesellschaftliche Verteilungsfragen zwischen den Geschlechtern mitbestimmt haben, werden die wesentlichen Fragen und Problemlagen herausgearbeitet, die für die aktuelle Diskussion um Digitalisierung in Verbindung mit Gender Relevanz haben. Vor diesem Hintergrund wird der gegenwärtige stark technikzentrierte Diskurs um die „Industrie 4.0“ kritisch beleuchtet. Inwieweit werden bestehende Rollenstereotypen für Männer und Frauen aufgebrochen und in den Überlegungen berücksichtigt? Wo zeigen sich neue oder bereits bekannte Aspekte und Dimensionen mit Relevanz für die Geschlechterverhältnisse? In diesem Kontext wird analysiert wie Geschlechterfragen in aktuellen Diskussionen verhandelt werden und aufgezeigt, welchen Mehrwert die Frage nach Geschlechtergerechtigkeit für den Diskurs über Gerechtigkeitsfragen generell mit Blick auf eine „Gesellschaft 4.0“ birgt.

Carmen Leicht-Scholten, Anna Bouffier

Lernen 4.0

Das Konzept ‚Lernen 4.0‘ spiegelt die vielfältigen Erwartungen, Hoffnungen wie auch Befürchtungen, die sich aus dem Prozess der zunehmenden Digitalisierung weiter Bereiche der aktuellen Gesellschaft ergeben. Bisher handelt es sich dabei allerdings in erster Linie um ein Schlagwort, das sich vor allem im Kontext von kommerziellen Bildungsanbietern oder diversen Blogs findet. Der Artikel stellt die zentralen Bestimmungsmerkmale von Lernen 4.0 vor, fragt aber auch danach, was hier wirklich neu ist und benennt einige kritische Aspekte.

Sven Kommer

Die digital unterstützte Präsenzuniversität

Digitalisierung ist kein Selbstzweck, sondern dient der besseren Qualität und facettenreicheren Durchführbarkeit von Lehre, Forschung und Hochschulverwaltung bzw. Wissenschaftsmanagement. Der vorliegende Beitrag illustriert am Beispiel der Goethe-Universität Frankfurt, wie konzeptionell und durch konkrete Lösungen Digitalisierung zur Verbesserung in verschiedenen Aufgabenfeldern genutzt werden kann. Der Beitrag beginnt mit den universitätsspezifischen Chancen und Herausforderungen der Digitalisierung (Abschn. 2). Nach der Entwicklung der Zukunftsvision der Goethe-Universität werden Ziele und Anforderungen abgeleitet (Abschn. 3) sowie konkrete Projekte in Lehre, Forschung sowie Administration und Management exemplarisch skizziert (Abschn. 4). Am Ende findet sich ein zusammenfassender Ausblick.

Stephanie Dinkelaker, Viktoria Trofimow, Birgitta Wolff

Den Menschen in der Berufsbildung anders sehen – Berufspädagogische Reflexionen auf Diskurs, Subjekt und Bildung in der Industrie 4.0

„Will robots take my job?“ – diese Frage ist für viele Erwerbstätige greifbar und existenziell. Sie scheint darüber hinaus auch die Unsicherheit gesellschaftlicher Institutionen im Umgang mit den Herausforderungen einer Industrie 4.0 zum Ausdruck zu bringen. Eine zum Beispiel in der Berufspädagogik oft vermittelte Botschaft lautet: Neue bzw. „smarte“ Technologien werden zukünftig Aufgabenbereiche übernehmen und damit Arbeitsplätze überflüssig machen. Gleichzeitig vereinfachen und optimieren sie Arbeits- und Geschäftsprozesse und schaffen damit neue Tätigkeits- und Beschäftigungspotenziale. Besonders überraschend ist diese Erkenntnis nicht. Technologien verändern schon immer Berufe und greifen mitunter tief in die Lebenspraktiken der Menschen und die Strukturen der beruflichen Bildung ein. Die so bezeichnete vierte industrielle Revolution wird entsprechend mit tiefgreifenden Implikationen für die technische, soziale und kulturelle Dimension von Gesellschaft in Verbindung gesetzt. Eine Übertragung der Chiffre „VierPunktNull“ auf verschiedene Bereiche des gesellschaftlichen Lebens, wie Arbeit, Wirtschaft, Kultur, Bildung oder Arbeitskraft 4.0, bleibt zuweilen nicht aus.

Sabine Hering, Jacqueline Jaekel, Tim Unger

Innovation 4.0 – Die agile Evolution von Innovationen

Es scheint so, als wäre die von Peter Drucker getätigte Aussage „die einzige Konstante im Geschäft ist die Veränderung“ mehr auf das heutige Geschäftsumfeld anzuwenden ist als je zuvor (Christensen 2004). In Zeiten der Globalisierung, des Hyperwettbewerbs sowie der Digitalisierung, in welchen sich Unternehmen ständig anpassen und wandeln müssen, ist der Erhalt von Wettbewerbsvorteilen äußerst schwierig geworden. Allgemein scheint sich die Welt, sowohl im Dienstleistungssektor als auch im produzierenden Gewerbe, in welchem sich die Produktlebenszyklen stetig verkürzen, schneller zu bewegen, sodass sich der Wettbewerb durch das vereinfachte Eindringen in unterschiedliche Märkte stetig erhöht (Singh 2004). Die eigentliche Herausforderung für Unternehmen ist es somit, Wettbewerbsvorteile in diesen hoch komplexen Umfeldern zu generieren und diese ebenfalls zu halten. Um dies zu erreichen, reagieren Unternehmen mit innovativen Ansätzen. Innerhalb der letzten Jahrzehnte ist ein wachsendes Bewusstsein für das Verständnis, die Integration und Verbesserung von Innovationen als wesentliches Instrument zur Differenzierung vom Wettbewerb zu beobachten. Zudem haben makroökonomische Umstände und diverse Weiterentwicklungen auf dem technologischen und digitalen Gebiet, Organisationen mehr und mehr dazu gezwungen innovativ zu denken, sowie Innovationen in dem jeweiligen Unternehmen zu etablieren. Somit sind Innovationen, sowohl um interne Prozesse und Ergebnisse zu verbessern als auch Geschäftsbeziehungen zu Kunden und Partnern aufrecht zu erhalten, zu einer wesentlichen Komponente im geschäftlichen Umfeld geworden (Adelhelm 2012; Becker et al. 2017).

Stefanie Paluch, Leif Grube

Geistes- und Sozialwissenschaften

Frontmatter

Industrie zwischen Evolution und Revolution – eine historische Perspektive

Irritierender als momentan war die globale gesellschaftliche Verunsicherung rückblickend wohl nie. Die Ursachen liegen in intensiv gespürten sozio-technischen und politischen Veränderungsprozessen. Wandel ist zwar an sich ein Kontinuum menschlicher Existenz. Eher neu ist allerdings die Wahrnehmung, dass er die Menschheit so rasant und basal wie nie verändert. Denn digitale Technologien drehen gerade wortwörtlich das Unterste zu Oberst; sie relativieren die Welt und transformieren sämtliche Aspekte menschlicher Existenz in historisch nie dagewesener Qualität; ein absolutes Novum und die radikalste aller sozio-technischen Umwälzungen (Wolff und Göbel 2018).

Paul Thomes

Soziologie des Digitalen

Der vorliegende Beitrag liefert einen Überblick über den gegenwärtigen Stand der soziologischen Debatte zur Digitalisierung. Die Fachdisziplin Soziologie ist hierbei mehrfach gefordert. Ein Fokus bildet die kritisch-konstruktive Einordnung des Phänomens der Digitalisierung in jene gesellschaftsrelevanten Prozesse, von denen ein transformativer, mitunter auch disruptiver Wandel der Gesellschaft ausgeht. So gibt es in den letzten Jahren starke Stimmen innerhalb der interdisziplinären Digitalisierungsdebatte, die der Digitalisierung einen paradigmatischen Charakter attestieren, demgemäß sich sowohl das Welt- als auch das Selbstverständnis der Menschen grundlegend verändert. Ebenso gibt es aber auch Stimmen, die vor einem Hype warnen, der darüber hinwegtäuscht, dass sich im Grunde nicht viel an den grundlegenden gesellschaftlichen Prozessen verändert. Vielmehr seien sie auch in der digitalen Sphäre anzutreffen. Um in diesem Richtungsstreit, was den Stellenwert der Digitalisierung für die Gesellschaft anlangt, Klarheit zu verschaffen, ist es in einem ersten Schritt sinnvoll, das Spezifische des Phänomens der Digitalisierung herauszuarbeiten und anschließend einer einordnenden Bewertung zuzuführen (vgl. Abschn. 2). Aus dieser Einordnung resultieren dann weitergehende Fragen, die sich im Fokus einer Soziologie des Digitalen befinden. Auf der mikrosoziologischen Ebene stellt sich die Frage, wie sich unsere Handlungs- und Interaktionsweisen durch Digitalisierung verändern, wie zum Beispiel die Arbeitsweisen in Industrie 4.0-Betrieben. Eine mesosoziologische Befassung mit Digitalisierung fokussiert unter anderem auf Organisationen, wie Unternehmen oder Verwaltungen. Hier steht der durch Digitalisierung induzierte Wandel von Organisationsstrukturen und -prozessen ebenso im Vordergrund, wie die Frage, wie sich im Rahmen von Industrie 4.0 der Austausch und die Verflechtung zwischen Organisationen verändert. Makrosoziologisch kann schließlich reflektiert werden, wie gesamtgesellschaftliche Phänomene einen Wandel durch die Digitalisierung erfahren. Man denke exemplarisch an den Wandel von gesellschaftlichen Normen und Werten im Bereich der Arbeit.

Roger Häußling

Ethik der Digitalisierung in der Industrie

Im Zuge der rasant voranschreitenden Digitalisierung, die durch fortschreitende Innovationen eine markante Präsenz im menschlichen Leben findet, stellt sich zunächst die Frage, welchen Status der Mensch, welchen die Maschine erhält, wenn diese zum Kooperationspartner oder sogar zum Substitut menschlicher Arbeitskraft wird? Die Digitalisierung verändert umfassend Lebenswelten und damit auch das menschliche Selbstverständnis in einer noch nicht dagewesenen Art. Zusätzlich vergrößert sich beispielsweise mit der Einführung robotisch verkörperter Künstlicher Intelligenz der Kreis der moralischen Akteure. Es ist die Aufgabe der Ethik, als Reflektionstheorie der Moral, auf diese moralischen Fragen zu antworten und diese Antworten vor dem Hintergrund der disruptiven digitalisierungsbedingten Veränderungen weiterzuentwickeln. Dabei vertreten die Autoren eine Ethik der Digitalisierung, die Elemente der aristotelischen Ethik des guten Lebens mit deontologischen Momenten der Verantwortung bündelt. Der dabei entfaltete integrative Ansatz basiert darauf, das Spezialwissen verschiedener Bereichsethiken wie die Computer-, Technik-, oder Maschinenethik in ihrem thematischen Bezug auf Phänomene der Digitalisierung zu verbinden und das menschliche Selbstsein sowie Zusammenleben mit Blick auf das gute Leben in gerechten Institutionen zu thematisieren. Für die Digitalisierung der Industrie zeigt sich, dass diese nicht auf binnenunternehmerische Produktionsprozesse beschränkt wird, sondern die vor- und nachgelagerten Wertketten einschließt, wodurch sich die monistische Zielfunktion (wie sie etwa in der Ökonomie mit der Gewinnorientierung bekannt ist) zugunsten einer pluralistischen Zielfunktion (Moral-, Öko-, Gemeinwohlbilanz) auflöst.

Arne Manzeschke, Alexander Brink

Ethik der Digitalisierung in der Finanzbranche am Beispiel der Finanzdienstleistungen

Ein großer Anteil des Finanzhandels wird mittlerweile über Hochgeschwindigkeitsrechner abgewickelt, die in dieser Form maßgeblich den Finanzsektor und von dort ausstrahlend Arbeits- und Gütermarkt beeinflussen. Auch die Finanzkrise wird von einigen Finanzökonomen aus dieser Perspektive kritisch betrachtet, dem Hochfrequenzhandel wird eine wesentliche Rolle zugeschrieben. Die zunehmende Digitalisierung in der Finanzbranche wirft deshalb ethische Fragestellung auf, die im Folgenden diskutiert werden. Ein Grundproblem: Die Vulnerabilität der Systeme steigt mit ihrem Vernetzungsgrad und der Geschwindigkeit ihrer Performanz. Zudem stellt sich am Beispiel der Kundenberatung und der damit verbundenen Integration von Künstlicher Intelligenz die Frage nach dem Leitbild des Ehrbaren Kaufmanns. Die Berater-Kunden-Beziehung wird ebenso diskutiert wie verschiedene sozio-technische Arrangements, die bereits bestehen oder sich ergeben werden. Im Zentrum steht natürlich die Frage nach dem guten Leben, in diesem Kontext, des Kunden und des Beraters. Wichtig erscheint im Zusammenhang auch die Ich-Andere-Beziehung aus Ricœurs Ethik. Insgesamt gilt ein besonderes Augenmerk dem Einzelfall und dem Gestalten von Institutionen für ein gutes Zusammenleben.

Arne Manzeschke, Alexander Brink

Digitalisierung und globale Verantwortung

Innerhalb relativ kurzer Zeit haben disruptive Technologien der Digitalisierung viele Lebensbereiche grundlegend verändert. Digitalisierungsbedingte Umgestaltungen von Produktionsprozessen und Konsumgewohnheiten erfolgen so rasant und radikal, dass sie als Vierte Industrielle Revolution apostrophiert werden. Der revolutionäre Kern der webbasierten Digitalisierung ist die ungeheuer schnelle und systematische Verschmelzung von Technologien, mit denen die Grenzen zwischen der physischen und der digitalen Welt durchbrochen werden. Digitale Netzwerke, die miteinander verknüpft sind und untereinander kommunizieren, die Informationen sammeln und austauschen, die riesige Datenmengen analysieren und als Grundlage für Entscheidungen bereitstellen, ermöglichen mit ihren enormen Leistungspotenzialen die Mobilisierung von Effizienz-, Effektivitäts- und Innovationsgewinnen rund um den Globus. Theoretisch können diese Gewinne allen Menschen überall auf der Welt zugutekommen – tatsächlich profitieren jedoch nicht alle gleichermaßen von der „digitalen Dividende“, die von der digitalen Revolution erwartet wird (Hilser 2018, S. 92). Zwar können drei Viertel der Weltbevölkerung mit Mobiltelefonen kommunizieren, aber rund zwei Milliarden Menschen werden von digitalen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) noch nicht erreicht; mehr als die Hälfte der Menschheit ist immer noch offline (World Bank 2016, S. 201). Der digitale Wandel bedeutet nicht zwangsläufig eine Win-Win-Situation für alle Gesellschaften und deren Mitglieder, Wohlstand für alle wird durch Digitalisierung nicht gewährleistet.

Hartmut Sangmeister

Digitalisierung in den Geisteswissenschaften (Digital Humanities)

In einem engen Zusammenhang mit der -->Kulturgutdigitalisierung steht die Frage, wie sich die Digitalisierung auf die geisteswissenschaftlichen Disziplinen auswirkt, deren Gegenstand die menschliche Kultur ist. Während bei der -->Kulturgutdigitalisierung die Sammlung, Bewahrung und Zugänglichmachung von Artefakten der menschlichen Kulturen eine zentrale Rolle spielt, stehen die digitalen Geisteswissenschaften im Kontext der Erforschung dieser Kulturen.

Malte Rehbein

Kulturelles Gedächtnis

Der „Kulturbereich“ hat im Sinne eines Wirtschaftssektors eine duale Rolle inne – eine kulturschaffende und eine kulturbewahrende. Beide Branchen stellen wichtige Parameter für harte und weiche Faktoren nachhaltiger gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Entwicklung auf regionaler und überregionaler Ebene. Stichworte sind hier Bildung, Kulturtourismus, Standortattraktivität. Unter dem Oberbegriff Kulturschaffender können jene Akteure subsumiert werden, die kreativ tätig sind – im Bereich bildender Kunst, Tonkunst, Theater, Tanz, Literatur. Obgleich Kulturbewahrung im weiteren Sinne nicht scharf vom Bereich des Kulturschaffens zu trennen ist – Musik- und Theateraufführungen historischer Werke etwa unterstützen den Erhalt von Tradiertem – so sind doch Träger kulturbewahrender Instanzen klar benennbar als die Gedächtnisinstitutionen Archiv, Bibliothek und Museum. Wie das gesamte Feld der Wirtschaft, durchläuft auch dieser volkswirtschaftlich relevante Bereich von der Digitalisierung geprägte Transformationen. Deshalb kann über Kulturgut und kulturelles Erbe – Gegenstände der Gedächtnisinstitutionen – nicht mehr ohne Bezugnahme auch auf Kulturgutdigitalisierung gesprochen werden. Angrenzend an diesen Sachverhalt ist auch das junge akademische Fach Digital Humanities zu nennen. Als Brückendisziplin zwischen Geistes- und Informationswissenschaften hat es Möglichkeiten im Blick, die Kulturgutdigitalisierung für Geistes-, Kultur-, Geschichts- und Kunstwissenschaften eröffnet.

Andrea Schilz, Malte Rehbein

Kulturgutdigitalisierung

Wie nahezu alle Sektoren unterliegt auch der Sektor des institutionalisierten kulturellen Gedächtnisses durch Digitalisierung und fortschreitende Automation einem starken Wandel. Hierbei sind drei Felder von zentraler Bedeutung: die Digitalisierung von Kulturgütern als Digitalisierung im engeren Sinne als Analog-Digital-Wandlung (in Abgrenzung zum umfassenden Leitbegriff der Digitalisierung); die Schaffung digitaler Zugänge; die Transformation von Prozessen der institutionellen Aufgabenwahrnehmung bis hin zur Neugestaltung von Aufgabenspektren.

Andrea Schilz, Malte Rehbein

Europa 4.0

Es wurde schon an zahlreichen Stellen des Buches deutlich, welch zentrale Bedeutung Europa für die Digitalisierung hat. Dies beginnt bereits bei der Frage, wer die Daten schützt und wem sie gehören. Die NIS-Richtlinie (Richtlinie (EU) 2016/1148 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 6. Juli 2016 über Maßnahmen zur Gewährleistung eines hohen gemeinsamen Sicherheitsniveaus von Netz- und Informationssystemen in der Union, ABl. 2016 L 194, S. 1) verpflichtet die Unternehmen zu effizientem Schutz vor Angriffen Dritter, genügt aber noch nicht, insbesondere nicht im Hinblick auf kleine und mittlere Unternehmen. Aber auch staatliche Maßnahmen können unionsweit einheitlich vorgegeben werden, so wenn es um Mindeststrafen für Computerkriminalität geht. Ebenso ist es möglich, in diesem Bereich einheitliche Straftatbestände vorzugeben (Art. 83 Abs. 1 AEUV).

Walter Frenz

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