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Über dieses Buch

Dieses praxisorientierte Fachbuch informiert eingehend über die Entwicklung der Industrie 4.0. Die faszinierenden technologischen Möglichkeiten und die komplette Verzahnung von Produktions- und Logistikprozessen erscheinen als eine große wirtschaftliche Chance und bergen dennoch auch Risiken. Wie definiert man Industrie 4.0? Welche Folgen hat die Digitalisierung unseres Arbeits- und Privatlebens? Geht mit Industrie 4.0 eine erhöhte Arbeitslosigkeit einher und wie verändert sich die Qualität unserer Arbeitsplätze? Die Autoren beantworten diese Fragen und beschreiben dabei die Entwicklung der Industrie 4.0 im historischen Kontext bis zum heutigen Stand. Den Lesern wird ein Ausblick auf spannende zukünftige Entwicklungen geboten. Neben technischen Aspekten werden auch Themen der IT-Sicherheit, des Datenschutzes und der Privatsphäre beleuchtet. Ein großer Teil des Buches widmet sich gesellschaftlichen Themen, denn Industrie 4.0 wird die Arbeits- und Lebenswelten der Menschen gravierend verändern. Ein hilfreicher und äußerst informativer Beitrag für ein besseres Verständnis von Industrie 4. 0 sowie den damit verbundenen Potenzialen und Risiken, der gleichzeitig wertvolle Tipps für eine gute Vorbereitung auf die durch Industrie 4.0 hervorgerufenen Veränderungen liefert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einführung

Industrie 4.0 und Digitalisierung sind, je nach Branche, die Megathemen unserer Zeit. Kaum eine Veröffentlichung, kaum eine Tagung, kaum ein Newsletter kommt aktuell ohne diese Themen aus. Auch die Hannover-Messe stand im Zeichen von Industrie 4.0: „Mit der diesjährigen HANNOVER MESSE hat Industrie 4.0 endgültig den Durchbruch in der Welt geschafft“, sagt Dr. Friedhelm Loh, Vorsitzender des Austellerbeirats der HANNOVER MESSE. „Die Aussteller haben mehr als 400 echte Industrie 4.0 Show-Cases auf der Messe präsentiert und damit das Leitthema ‚Integrated Industry Discover Solutions!‘ in beeindruckender Weise mit Leben erfüllt. Jetzt geht es darum, diese Lösungen zu implementieren und die Geschäftsmodelle zu verdeutlichen.“ Genauso sahen das auch der US-Präsident Barack Obama und die Bundeskanzlerin Angela Merkel, die gemeinsam reichlich Zeit auf der Hannover-Messe verbrachten. Man müsste den Eindruck gewinnen, Industrie 4.0 sei die Lösung für die Probleme dieser Welt. Die Schattenseiten bleiben dabei meistens ausgeblendet. Und ob Industrie 4.0 damit bereits den Durchbruch geschafft hat, ist vielleicht noch etwas verfrüht zu sagen.
Volker P. Andelfinger

Kapitel 2. Grundlagen Industrie 4.0

Was ist eigentlich Industrie 4.0? Eine Definition scheint schwer zu sein. Dieses Kapitel enthält einen Überblick über die relevanten Basistechnologien für diese umfassende Entwicklung.
Till Hänisch

Kapitel 3. Industrie 4.0 – eine industrielle Revolution?

In dieser Arbeit soll untersucht werden, ob Industrie 4.0 eine industrielle Revolution im Ausmaß der letzten drei industriellen Revolutionen darstellt. Mithilfe der Gegenüberstellung der allgemeinen Definition einer Revolution mit den bisherigen industriellen Revolutionen werden zuallererst wichtige Kriterien für die Analyse von Industrie 4.0 ermittelt. Parallel zu diesen Kriterien wird eine einheitliche, anhand verschiedener Literatur zusammengefasste Beschreibung des Themenkomplexes Industrie 4.0 erarbeitet. Hierbei werden – neben Flexibilität und Automatisierung – auch die Cluster Vernetzung und Wertschöpfungskette ermittelt.
Nina Barthelmäs, Daniel Flad, Tobias Haußmann, Till Kupke, Sven Schneider, Katja Selbach

Kapitel 4. Mögliche Veränderungen von System-Architekturen im Bereich der Produktion

Die vierte industrielle Revolution, oder auch „Industrie 4.0“, wird in der Zukunft viele Unternehmensbereiche verändern. Besonders in der Produktion sind hierzu bereits viele Ansätze entwickelt worden. Um jedoch eine selbststeuernde Fabrik oder andere Konzepte von Industrie 4.0 umzusetzen, ist eine Überarbeitung bisheriger Systemarchitekturen notwendig. In vielen Unternehmen sind die IT-Systeme heute nach der klassischen Auto-matisierungspyramide aufgebaut. Dieser stark hierarchische Ansatz unterteilt die Systemarchitektur in fünf verschiedene Ebenen. Auf diesen Ebenen agieren die Systeme ERP, MES, SCADA bzw. BDE und MDE sowie SPS, die vertikal miteinander kommunizieren. Im Zuge von Industrie 4.0 tritt die dezentrale Produktionsplanung immer mehr in den Vordergrund und löst den traditionellen Ansatz ab. Die Systemarchitekturen entwickeln sich unter anderem zu Serviceorientierten Architekturen mit modular aufgebauten Softwareeinheiten. Hierbei liegen die unterschiedlichen Services in Clouds, wo sie zum einen untereinander, zum anderen über spezielle Integrationstechnologien mit anderen Netzwerken kommunizieren. Ein Architekturkonzept mit drei Ebenen wird entworfen. Eine Unterteilung erfolgt in Unternehmens-, Cloud- und Produktionsebene mit mehreren Produktionsstandorten. Die Entwicklung von der Automatisierungspyramide zu Serviceorientierten Architekturen in der Cloud ist zu erkennen.
Ansgar Burger, Andreas Lang, Yannis Müller

Kapitel 5. Integration 4.0 – Anwendungsintegration im Zeitalter der Cloud

Cloud-Applikationen finden unter anderem durch Industrie 4.0 vermehrt Anwendung im Enterprise-Umfeld. Dies stellt die IT-Infrastruktur und Unternehmensorganisation vor neue Herausforderungen, da die Integration dieser Cloud-Applikationen nicht ohne Weiteres möglich ist. Allerdings ergeben sich durch diese Applikationen Vor- und Nachteile, die aufgezeigt werden. Diese Vorteile ermöglichen Nutzungspotenziale, die ohne eine integrierte Cloud nur schwer realisierbar wären. Des Weiteren werden Möglichkeiten aufgezeigt, wie Unternehmen sich konzeptionell auf diese neuen Gegebenheiten anpassen können, und welche Schwierigkeiten in diesem Zusammenhang zu lösen sind.
Kevin Fauser, Andreas Ott, Lukas Böhm, Simon Wiedemann

Kapitel 6. Predictive Maintenance – Integration und Kommunikation im Automobilsektor

Angesichts der steigenden globalen Konnektivität und der Forderung nach intelligenten Kommunikationsmöglichkeiten stehen Automobilhersteller vor der Herausforderung, immer schneller auf die Anforderungen des Marktes zu reagieren und neue Innovationen zu präsentieren, die den Mensch im Alltag unterstützen und entlasten können. Der vorliegende Artikel zeigt im Ansatz, inwieweit eine Integration von „Predictive Maintenance“ zur Optimierung der Wartungsplanung möglich ist. Gleichzeitig wird ersichtlich, welche Chancen und Risiken die Anwendung von „Predictive Maintenance“ hat und vor welchen Herausforderungen der Automobilsektor steht.
Jan Matzkovits, Sascha Saumer, Fabian Steinbach, Marvin Zielke, Jürgen Seitz

Kapitel 7. IT-Sicherheit in der Industrie 4.0

Ein Aspekt von Industrie 4.0 ist die Tendenz der vollständigen Verschmelzung der Produktions- und der Bürokommunikation eines Unternehmens auf der IT-Ebene. Durch diese stärkere Vernetzung ergeben sich neue Risiken, die mittels Sicherheitsmaßnahmen verringert werden sollten und die hier dargestellt werden. Diese technischen und organisatorischen IT-Sicherheitsmaßnahmen wurden durch Experteninterviews von Unternehmen, die konzeptionell IT-Sicherheit bereits umsetzen, abgeleitet und dienen als Best Practices für produzierende klein- und mittelständische Unternehmen.
Till Hänisch, Stephan Rogge

Kapitel 8. Visualisierung der IT-Sicherheitslage

Industrie 4.0 birgt neben Vorteilen auch eine Reihe von Gefahren. Industrie 4.0 ist angreifbar, Cyber-Attacken bedrohen nicht nur vernetzte Anlagen. Besonders kleinere und mittelständische Firmen sind überfordert und daher oft schlecht geschützt. Benötigt werden kostengünstige Lösungen, die einfach zu implementieren sind. Beispielsweise hilft es den Unternehmen zunächst, über ein Dashboard die Sicherheitslage im Blick zu behalten. Somit werden Attacken rechtzeitig erkannt und das Unternehmen ist in der Lage, schnell zu reagieren.
Thomas Klaiber, Matthias Kühner, Marcel Maier, Sascha Ziegler

Kapitel 9. Die zweite Verteidigungslinie – Cyber-Versicherung – Versicherungsschutz für Risiken aus der Sphäre von Industrie 4.0

Cyber-Versicherung ist in der Assekuranz derzeit in aller Munde. Einerseits, weil es für die Versicherer noch immer Neuland ist, gleichzeitig wird der Schutz immer wichtiger, wenn die Unternehmen – und auch Privathaushalte – in der zunehmend vernetzten Welt immer angreifbarer werden. Das Bewusstsein für diese Bedrohung ist bei den Versicherungskunden noch wenig ausgeprägt. Das Marktvolumen ist für Versicherer und Rückversicherer hoch und längst nicht ausgeschöpft, sondern steckt eher noch in den Kinderschuhen. Cyber-Versicherung ist die zweite Verteidigungslinie und steht für Schäden ein, die zuvor technisch und organisatorisch nicht vermieden werden konnten. Dieses Kapitel vertieft die Thematik und zeigt die Möglichkeiten auf.
Heinz Lomen

Kapitel 10. Analyse von Ansätzen zur Kundenintegration bei „Mass Customization“-Konzepten

Das Zeitalter der Industrie 4.0 hat viele neue Ideen und Entwicklungen mit sich gebracht. Damit gehen verschiedenste Veränderungen im Produktionsumfeld wie auch dem dazugehörigen Produktkatalog einher. Individualisierte und eigens angepasste Güter steigen immer mehr in der Wunschliste des Kunden. Um dieser nachzukommen ist der Ansatz zur „Mass Customization“ bei vielen Unternehmen wieder verstärkt sichtbar. Im nachfolgenden Artikel werden Ansätze betrachtet, wie der Kunde in „Mass Customization“-Konzepte integriert werden kann.
Die derzeitigen Ansätze und Konzepte werden anschließend, mit Blick auf die Zukunft, genauer untersucht. Im Vordergrund stehen hierbei die Fragen: In welche Richtung könnten sich diese weiterentwickeln, und welche Faktoren nehmen hier Einfluss? Im Zuge der Individualisierung von Produkten, welche aktuell konfigurationsgestützt sind, könnten Unternehmen in Zukunft – beispielsweise unterstützt von hochmodernen 3-D-Scannern – auf exaktere Datenbasis zurückgreifen und dadurch noch passendere Produkte erzeugen.
Gemeinsam werden aber der technologische Fortschritt, Innovationsdruck und die zunehmenden Wünsche der Kunden dazu führen, dass „Mass Customization“ weiter an Attraktivität für Unternehmen zunehmen wird.
Julia Glaß, Oliver Jagenow, Kai Kuckein, Alexander Klemm, Tobias Ruttmann, Jürgen Seitz

Kapitel 11. Gesellschaftliche Veränderungen – wenn Menschen und Maschinen zu Konkurrenten werden

Industrielle Revolutionen haben auch immer die Gesellschaft verändert. Bisher war es eine stetige Verbesserung der Produktivität und gleichzeitig des Wohlstandes. Menschen, die ihren alten Arbeitsplatz verloren oder sich eigenmotiviert einen neuen Arbeitsplatz suchten, wurden rasch qualifiziert und profitierten vom Wandel. Die vierte industrielle Revolution scheint anders zu verlaufen. Längst sind die Steigerung der Wertschöpfung und der Wohlstand der arbeitenden Bevölkerung entkoppelt. Digitalisierung und Industrie 4.0 beschleunigen diese Entwicklung noch. Benötigt werden gesellschaftliche Übereinkünfte über die Zukunft: wie wollen wir in der Zukunft leben?
Volker P. Andelfinger

Kapitel 12. Digital Leadership – die Führungskraft im Zeitalter von Industrie 4.0

Nicht nur die Mitarbeiter in den Unternehmen sind von der Digitalisierung betroffen, ganz besonders auch die Führungskräfte. Gewohnte Vorgehensweisen helfen nicht mehr weiter. Unternehmen im Wandel benötigen Digital-Leader-Persönlichkeiten. Dieses Kapitel versucht Antworten auf folgende Fragen zu geben: Braucht es eine neue Definition von Führung? Welche Aufgaben haben zukünftige Führungskräfte? Gibt es tatsächlich so etwas wie Digital Leadership? Welches Wissen und Know-how benötigen die Führungskräfte im digitalen Zeitalter? Wie können fluide Unternehmen geführt werden? Welche Art von Mitarbeitenden sind in fluiden Unternehmen zu führen (Angestellte, Freelancer, …), Altersstruktur, Know-how, etc.? Wie sehen die Büros der Zukunft aus, wie bei Google? Mit welchen Unsicherheiten, Ängsten und Überforderungen müssen sich die Führungskräfte auseinandersetzen?
Günther Wagner

Kapitel 13. Wandel des klassischen Büroarbeitsplatzes

Durch die vierte industrielle Revolution steht dem klassischen Arbeitsplatz, wie er heutzutage vorzufinden ist, ein drastischer Wandel bevor. Neue Anforderungen werden an das Personal aber auch an die Infrastruktur erhoben. Im folgenden Artikel werden zunächst grundlegende Begriffe definiert, um anschließend einen Blick auf den Wandel des klassischen Büroarbeitsplatzes zu werfen. Schwerpunkte hierbei sind die organisatorischen sowie infrastrukturellen Änderungen. Durch die fortschreitende Digitalisierung und Automatisierung fallen viele administrative Tätigkeiten im Büro weg, speziell Routinetätigkeiten sind hiervon betroffen. Werte wie Individualität, Kreativität und Flexibilität erhalten eine immer stärkere Gewichtung und können durch die Infrastruktur der Büros stark beeinflusst werden. Doch wie kann das Büro der Zukunft aussehen und vor allem wie kann die Infrastruktur die zunehmenden Leistungsanforderungen sowie die neuen Schwerpunktverschiebungen unterstützen?
Jan Niebauer, Adrian Riemath

Kapitel 14. Welche neuen Arbeitsbereiche entstehen in der Industrie 4.0

Entwicklungen, wie zum Beispiel die Vernetzung der Anlagen und Geräte oder Autonome Objekte mit Echtzeitsensorik werden unter dem Begriff Industrie 4.0 zusammengefasst.
Im folgenden Beitrag wird an Beispielen dargestellt, welche Auswirkungen diese Entwicklungen auf die Arbeitsweise und Arbeitsbereiche in produzierenden Unternehmen haben werden.
Wegfallen werden insbesondere einfache Tätigkeiten, wie zum Beispiel die Bedienung und Steuerung von Anlagen. Währenddessen entstehen neue Arbeitsplätze im Bereich der Forschung, der Entwicklung und der IT.
Als Schlussfolgerung lässt sich festhalten, dass die Arbeitskräfte in den Unternehmen weitergebildet werden müssen, um mit den technischen Innovationen und den veränderten Prozessen umgehen zu können. Außerdem ist zu erwarten, dass durch einen höheren Grad an Automatisierung flexibleres Personal mit mehr übergreifendem Wissen in den Unternehmen erforderlich ist.
Wendelin Hermann, Markus Jasch, Manuel Jung, Andreas Marte, Simon Schuster

Kapitel 15. Auswirkungen von Industrie 4.0 auf das Anforderungsprofil der Arbeitnehmer und die Folgen im Rahmen der Aus- und Weiterbildung

Die bereits vorhandenen und zukünftigen Möglichkeiten durch Industrie 4.0 sorgen für technologische, aber auch für gesellschaftliche Veränderungen. Ein Aspekt der gesellschaftlichen Veränderung befasst sich mit der Frage, welche Auswirkungen sich auf die Aus- und Weiterbildung ergeben. Mithilfe von Analysen aktueller Literaturwerke zur Leistungsfähigkeit von Systemen der Industrie 4.0 und der aktuellen Berufsausbildung wird dieser Frage nachgegangen. Dabei entsteht ein Anforderungsprofil mit Fähigkeiten und Kenntnissen, das die Ersetzbarkeit eines Menschen durch softwaregestützte Computer-Systeme weitestgehend verhindert. Bestimmte Fähigkeiten aus diesem Profil wie Kreativität und Soft Skills sind in der heutigen Aus- und Weiterbildung nicht oder nur unzureichend berücksichtigt, was eine Anpassung der Ausbildungsinhalte, -methodik und -instrumente notwendig macht. Ausbildungen müssen flexibler gestaltet werden und hybride Ausbildungen müssen zunehmen. Technisches Verständnis, Kreativität und Selbstorganisation gehören unter anderem zu den Kernkompetenzen zukünftiger Arbeiter. Der digitale Wandel betrifft nicht nur alle Branchen, sondern erstreckt sich auch über alle Qualifikationsschichten.
Thomas Hermann, Sandra Hirschle, David Kowol, Julian Rapp, Ulrike Resch, Johannes Rothmann

Kapitel 16. Verarmt durch Industrie 4.0 die Gesellschaft? Ein Stimmungsbild

Ob durch zunehmende Vernetzung und Automatisierung („Industrie 4.0“) es zu einer zunehmenden Arbeitslosigkeit kommt, ist unter Experten bisher umstritten. Es gibt sowohl Thesen für und gegen diese Behauptung. Wir gehen in diesem Artikel von der pessimistischen Sicht von teilweise massiver Arbeitslosigkeit aus.
Diese von Technologie hervorgerufene Arbeitslosigkeit kann zu einer finanziellen Verarmung der Menschen und Haushalte einerseits – und somit einer negativen Auswirkung auf die Wirtschaft – sowie einer gesellschaftlich/sozialen Verarmung durch den Verlust von Arbeit als Lebensinhalt führen.
Eine Lösung des Problems könnte ein (bedingungsloses) Grundeinkommen sein, das jedoch eine grundlegende Reform der Sozialsysteme voraussetzen würde. Diese Idee wird bereits in einer Vielzahl von Ländern diskutiert oder bereits in praktischen Tests evaluiert. Der Kritikpunkt von der dadurch einsetzenden kompletten Verweigerung von Arbeit bei der Bevölkerung kann bisher durch Umfragen nicht belegt werden. Gleichzeitig ist die Frage nach der Finanzierung eines solchen Grundeinkommens auch eine Frage der Umverteilung von Wohlstand.
Insgesamt ergeben sich jedoch aus unserer Sicht durch die vierte industrielle Revolution nicht nur Risiken sondern auch Chancen.
Thomas Kögel, Michael Kohn, Thomas Wimmer

Kapitel 17. Industrie 4.0 – ein Ausblicksversuch

Was wird die Zukunft bringen? Welche technologischen Entwicklungen werden wir erleben? Und was sind die Auswirkungen?
Volker P. Andelfinger, Till Hänisch
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