Industrie 4.0-Forschung steht vor neuen Aufgaben

Nach zehn Jahren Industrie 4.0-Forschung zieht eine Acatech-Expertengruppe Bilanz. Weitere Forschungsbedarfe sehen die Autoren in den Feldern Implementierung, KI-Integration und klimaneutraler Produktion.

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Die Dynamik in der Industrie 4.0-Forschung ist hoch: Eine kaum zu überschauende Zahl an Projekten widmet sich den unterschiedlichsten Facetten der digitalisierten und intelligent vernetzten industriellen Wertschöpfung. Forschungsmittel sind dabei insbesondere in die Entwicklung neuer Technologien geflossen, zu denen flexible, modulare Produktionssysteme, KI-gestützte Fertigungsprozesse oder neue Ansätze in der Sensorik und Aktorik gehören.

Intensiv erforscht werden darüber hinaus auch Wertschöpfungsszenarien sowie Methoden und Werkzeuge für die Industrie 4.0. Darunter fallen die Virtualisierung von Produkten und Prozessen, datengetriebene Geschäftsmodelle oder die Planung, Entwicklung und der Betrieb von Industrie 4.0-Lösungen. Doch damit nicht genug, denn auch die Auswirkungen der Industrie 4.0 auf Arbeit und Gesellschaft wird erforscht, beispielsweise im Zusammenhang mit den rechtlichen Rahmenbedingungen oder der Arbeitsgestaltung.

Potenzial der Industrie 4.0 zu wenig erschlossen

Die Forschungsarbeiten haben auf den verschiedenen Feldern erheblich Fortschritte bewirkt. Was vor zehn Jahren mit der Schöpfung des abstrakten Begriffs Industrie 4.0 begann, lässt sich heute anhand konkreter Industrie 4.0-Lösungen im Produktionsumfeld bereits nachvollziehen. Trotzdem sind die enormen Potenziale der Industrie 4.0 noch zu wenig erschlossen. Die Frage, wie sich aus den verfügbaren Prozessdaten neue Modelle der Wertschöpfung ergeben, ist heute ebenso unzureichend beantwortet wie die Frage, wie sich eine menschenwürdige Arbeitswelt in der Industrie 4.0 gestaltet.

Zu diesem Fazit kommt der Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0 in einem aktuellen Bericht, für den er alle seit dem Jahr 2011 von BMBF, BMWi, DFG und IGF geförderte Industrie 4.0-Forschungsaktivitäten analysiert hat. Die 32 Mitglieder aus Wissenschaft und Industrie zählende Expertengruppe berät die Politik in Fragen der zukünftigen Forschungsausrichtung. Koordiniert wird der Beitrat von der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (Acatech). 

Nicht alle KMUs profitieren gleichermaßen

Im Bericht widmen sich die zwölf Autoren zunächst den Erfolgen der bisherigen Forschungsaktivitäten. Unter anderem stellen sie fest, dass die geleistete Förderung Wissenschaft und Wirtschaft weit durchdrungen hat. Universitäten, Fachhochschulen und außeruniversitäre Einrichtungen haben demnach ebenso Forschungsmittel empfangen wie Großunternehmen und KMUs sowie Verbände oder Gewerkschaften. Das Interesse an der Forschungsförderung ist dabei seit dem Jahr 2011 konstant hoch, was nach Einschätzung der Autoren auf einen gewissen Erfolg der Förderung hinweist.

Insbesondere unterstreicht der Bericht die Bedeutung der Förderung für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) mit weniger als 500 Mitarbeitern. Sie vereinen 60 % der sozialversicherungspflichtigen Beschäftigten, stehen bei der Entwicklung und Realisierung von Industrie 4.0-Lösungen aber oftmals vor technologischen, ökonomischen und institutionellen Hürden. Zwar richten sich öffentliche Förderangebote zum Teil dezidiert an KMUs, allerdings nur gemäß der Definition der Europäischen Union, die Unternehmen mit 250 und mehr Mitarbeitern ausschließt. Hier sollte die Forschungsförderung nach Ansicht des Beirats nachgebessert werden.

Hebelwirkung für Unternehmen und Volkswirtschaft

Für Unternehmen ist die Beteiligung an Forschungs- und Entwicklungsprojekten in vielerlei Hinsicht reizvoll, wie die Autoren feststellen. Die Fördersummen spielen dabei eine untergeordnete Rolle; wichtiger ist der Wissenstransfer aus der Forschung in die Industrie und der eigene Kompetenzaufbau, wodurch die Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit sichern. Die meisten Unternehmen kommen bei der Entwicklung eigener Industrie 4.0-Lösungen ohnehin nicht um Forschungskooperationen umhin; zu komplex sind die erforderlichen Fähigkeiten, Technologie- und Methodenkompetenzen sowie die nötigen Apparaturen.

Heute lässt sich deswegen bereits beobachten, wie Akteure aus Wirtschaft und Wissenschaft in der vorwettbewerblichen Forschung- und Entwicklung immer stärker kooperieren. Dadurch entsteht nach Darstellung der Autoren eine wettbewerbsfähige, innovative und nachhaltige Wirtschaft, wie sie die Bundesregierung beispielsweise mit der Hightech Strategie 2025 anstrebt.

Vielfältiger Bedarf an weiterer Forschung

Neben den Erfolgen der bisherigen Forschungen konstatiert der Bericht jedoch auch, dass die Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 bei Weitem noch nicht ausgereizt sind. Beispielsweise seien die meisten Unternehmen heute noch nicht in der Lage, Industrie 4.0-Lösungen umfassend zu implementieren. Neben den hohen Investitionskosten spielten dabei auch die Unklarheit über den konkreten Nutzen oder unzureichende Datenqualtäten eine Rolle. Im Rahmen weiterer Forschung ist nach Ansicht des Beirats zu klären, welche konkreten Schritte nötig sind, um Industrie 4.0-Technologien sowie datengetriebene und plattformbasierte Geschäftsmodelle in die praktische Anwendung zu bringen. Weiterhin sei es wichtig, die Integration von künstlicher Intelligenz und die Ausrichtung an einer CO2-neutralen Produktion im Rahmen der Industrie 4.0 voranzutreiben.

Im Hinblick auf die Importabhängigkeit Deutschlands und auf eine höhere Datensouveränität sollten sich weitere Forschungen beispielsweise mit 5G-Technologien, Safety und IT-Sicherheit im Industrie 4.0-Kontext befassen. Um bei der Interoperabilität von Soft- und Hardwarelösungen für die Industrie 4.0 eine führende Rolle einzunehmen, sollten Akteure aus Deutschland aktiv in Standardisierung, Normierung, Zertifizierung mitwirken. Zudem sollte die Mensch-Maschine-Kooperation vorausschauend begleitet sowie geeignete Ansätze zur Aus- und Weiterbildung entwickelt werden, um „im Kontext eines menschenzentrierten Ansatzes von Industrie 4.0 gute industrielle Arbeit zu sichern“.