Industrie 4.0 grenzenlos

Die einen sprechen von industrieller Revolution und meinen den Wechsel von der Agrarwirtschaft zur Industriegesellschaft. Andere sprechen von vierter industrieller Revolution und meinen eine neue Stufe des technologischen Fortschritts. Wieder andere meinen, es sei Unfug, von Revolution zu reden, die Industrie entwickle sich einfach evolutionär weiter. Eine kleine Betrachtung der Industrierevolutionsgeschichte scheint angebracht.

Die Rolle des Industriestandorts Deutschland spielt bei der Initiative Industrie 4.0 eine zentrale Rolle. Wird aus einer Forschungsinitiative etwas mit sehr praktischem Nutzen für Deutschland? Und was hat eigentlich Industrie 4.0 mit dem Großthema Digitalisierung zu tun, das neuerdings alle Medien füllt? Nur weil Industrie 4.0 dummerweise von seinem Namen her danach riecht, muss die Initiative keineswegs nur der Industrie nutzen. Aber wer sich damit befassen soll, will natürlich wissen, wem das nutzt. Der Ausleuchtung dieser Fragen dient das einleitende Kapitel.

Auch fünf Jahre nach dem offiziellen Start der Initiative ist den meisten Menschen der Begriff Industrie 4.0 kaum bekannt. Selbst denen, die sich schon damit beschäftigt haben, fällt es schwer, eine einigermaßen plausible Erläuterung des Begriffes abzugeben. Deshalb befasst sich dieses Kapitel noch einmal mit den Grundlagen, mit der offiziellen Definition von Industrie 4.0, mit der Einordnung in den größeren Rahmen der Digitalisierung, mit den Begriffen Smartes Produkt und Smarte Produktentwicklung, mit Plattform und Öko-System. Um schließlich die gesellschaftliche Brisanz der Initiative zu analysieren.

Industrie 4.0 basiert auf der technischen Möglichkeit, Produkte unterschiedlichster Art, die mit digitalen Komponenten ausgerüstet und über Software steuerbar sind, mit dem Internet zu verbinden und darüber Dienstleistungen anzubieten. Diese technische Basis würde allein nicht ausreichen, um eine vierte industrielle Revolution auszulösen. Es gibt einige Technologien, die schon länger verfügbar sind, aber in Zusammenhang mit dem Internet der Dinge und Dienste eine ganz neue Bedeutung bekommen. Und in Verbindung mit der Nutzung dieser Technologien ist Industrie 4.0 eine sehr reale Vision.

Knappe fünf Jahre sind für eine Initiative wie Industrie 4.0, in der zahlreiche Industrieunternehmen, Forschungseinrichtungen, Verbände und die Bundesregierung mitwirken, keine lange Zeit. Noch dazu, wenn man bedenkt, dass es sich bei allen Beteiligten um Vertreter von Unternehmen, Organisationen und Institutionen handelt, die im Alltag oft in heftigem Wettbewerb stehen. Allein das Zusammenwirken der drei Industrieverbände BITKOM, VDMA und ZVEI war die erste derart gemeinsam begründete Aktivität in ihrer gesamten bisherigen Existenz. Umso erstaunlicher ist, was in dieser kurzen Zeitspanne bereits an Ergebnissen vorliegt. Gleichzeitig geht es aber an manchen Stellen – für eine Initiative dieser Bedeutung und in einer Umgebung von der Geschwindigkeit des Internets – viel zu langsam. Dieses Kapitel beschreibt die Entwicklung der Initiative und wirft einen Blick auf die Zusammenarbeit, die Struktur der Plattform und ihre zentralen Arbeitsfelder, ihre Übergabe an die Bundesregierung und erste konkrete Resultate, einschließlich internationaler Aktivitäten.

Die Geschichte der Industrialisierung ist keine weltweit harmonisch verlaufene Geschichte. Die Aufholjagd der USA gegenüber den europäischen Vorreitern führte schnell zur Position als Wirtschaftsmacht Nr. 1. Aber schon einige Jahrzehnte später brachte der nächste Technologietreiber, der Computer, eine beginnende Trennung der globalen Industrie in Hardware und Software. Die US-Industrie hat es vermocht, in der folgenden Digitalisierung tonangebend zu sein. Jetzt deutet sich an, dass mit der Digitalisierung der Fertigungs- und Anlagenindustrie erneut eine Entscheidung ansteht: Wer wird das Geschäft mit den Industriedaten beherrschen? Wird das Industrial Internet Consortium helfen? Jetzt könnte sich das vorübergehende Aufgeben von Positionen in den Hardware-Industrien durch die USA als Schwäche erweisen. Auch deshalb ist dort eine Re-Industrialisierung in Gang gesetzt worden. Aber auch die lange Konzentration auf die Hardware hierzulande könnte sich jetzt rächen gegenüber einer wiedererstarkenden US-Industrie, die sich auf ihre Vorherrschaft im Digitalen stützt.

Seit Ende der Siebzigerjahre ist China zunehmend zu einem Industrieland geworden. Mit Made in China 2025 ist jetzt das Ziel formuliert, Industrienation Nummer 1 zu werden. Und obwohl Zweifel daran berechtigt sind, zeigt ein Blick in einzelne Bereiche, dass dieses Ziel keineswegs unerreichbar ist. Eine deutsch-chinesische Zusammenarbeit bietet große Chancen für beide Seiten.

Am 29. Oktober 2015 erhielt Chinas staatliche Nachrichtenagentur Xinhua die offizielle Erlaubnis, das Kommuniqué der fünften Plenartagung des XVIII. Zentralkomitees der Kommunistischen Partei Chinas zu veröffentlichen. Über Xinhuas Onlineplattform Xinhuanet (www.new.cn), ein Medienportal größter Einflusskraft und Reichweite in China und darüber hinaus, rückte das Kommuniqué zunehmend ins Augenmerk der internationalen Öffentlichkeit. Gleichzeitig wird das Papier als programmatisches Dokument zur Analyse, Erklärung und Bewertung der chinesischen Entwicklung herangezogen.

Eine der wichtigsten Forderungen, die in dem Kommuniqué formuliert sind, lautet: Zur Verwirklichung der Entwicklungsziele in der Periode des 13. Fünfjahresplans gilt es für China, alle schwierigen Entwicklungsherausforderungen beherzt anzupacken und seine Überlegenheit bei der eigenen Entwicklung auf ein noch festeres und tiefer verwurzeltes Fundament zu stellen. Auch gelte es, so heißt es weiter, sich die Konzepte einer innovativen, koordinierten, grünen und durch Öffnung nach außen sowie gemeinsames Gewinnen geprägten Entwicklung zu eigen zu machen. Die chinesische Regierung kündigte zudem an, die Herausbildung eines neuen Industriesystems in Angriff zu nehmen. Es gelte, beschleunigt eine starke heimische Fertigungsindustrie aufzubauen, die Initiative „Made in China 2025“ zu realisieren und die industriellen Grundlagen des Landes gezielt zu stärken. In Zukunft müsse eine Reihe strategischer Industrien herausgebildet werden und es gelte, die Entwicklung des modernen Dienstleistungssektors zu forcieren.

Industrie 4.0 ist für Unternehmen der produzierenden Industrie zu einem bedeutenden Erfolgsfaktor geworden. Zu einer zunehmenden Verbreitung sind Musterfabriken als Demonstratoren ein wichtiger Beitrag. Genau hier setzt die Effiziente Fabrik 4.0 der Technischen Universität Darmstadt an und zeigt umsetzbare Lösungen für die Einführung von Industrie 4.0 in die industrielle Praxis auf. Damit leistet sie einen wertvollen Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Fertigungsindustrie.

Das Engineering unterliegt derzeit einem massiven Wandel. Smarte Systeme und Technologien, Cybertronische Produkte, Big Data und Cloud Computing im Kontext des Internet der Dinge und Dienste sowie Industrie 4.0. Die Medien überschlagen sich mit Meldungen über die neue, die vierte industrielle Revolution. Der amerikanische Ansatz des „Industrial Internet“ beschreibt diese (R)evolution jedoch weitaus besser als der eingeschränkte und stark deutsch geprägte Begriff Industrie 4.0. Industrial Internet berücksichtigt den gesamten Produktlebenszyklus und adressiert sowohl Konsum- und Investitionsgüter als auch Dienstleistungen. Dieser Beitrag beleuchtet das zukunftsträchtige Trendthema und bietet fundierte Einblicke in die vernetzte Engineering-Welt von morgen, auf Ihre Konstruktionsmethoden und -prozesse sowie auf die IT-Lösungen.

Ende 2015 konnten bundesweit rund 449 Forschungs- und Umsetzungsprojekte dem Thema Industrie 4.0 zugeordnet werden. Die großen Herausforderungen bestehen nunmehr einerseits darin, entstandene Partiallösungen, neue Erkenntnisse und Resultate in die flächendeckende und standardisierte Anwendung zu überführen, während anderseits „weiße Flecken“ identifiziert und konsequent weiter beforscht werden müssen. Das Kapitel stellt innovative Industrie 4.0 Projekte für den realen und digitalen Fabrik- und Produktbetrieb aus dem Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) in Berlin vor und bietet eine Forschungslandkarte zur Einordnung eigener Aktivitäten an. Anhand eines Stufenmodells wird verdeutlicht wie die Implementierung und Operationalisierung des künftig notwendigen Informationsmanagements praktisch gelingen kann. Anhand des zukunftsweisenden Konzeptes der Informationsfabrik wird verdeutlicht, wie mittels des Digitalen Zwillings und Smart Data fortan Effizienz- und Effektivitätsgewinne in der Produktentstehung und Produktion realisiert werden.

ABB (Asea Brown Boveri) ist ein Konzern der Energie- und Automatisierungstechnik mit Hauptsitz in Zürich. 1988 ging er aus dem Zusammenschluss der schwedischen ASEA und der schweizerischen BBC hervor. ABB beschäftigt weltweit rund 140.000 Mitarbeiter in 100 Ländern und besteht aus über 330 konsolidierten Tochtergesellschaften. Die Angebotspalette umfasst Produkte und Lösungen für die Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung, Systeme und Dienstleistungen für Stromversorgungsunternehmen, Motoren, Antriebe und Industrie-Automation sowie Systeme für die Automatisierung und Optimierung industrieller Prozesse. ABB ist ein typischer Investitionsgüterhersteller mit Produkten, Systemen und Dienstleistungen für die Fertigungs- und Prozessindustrie. ABB war durch den Leiter des Forschungszentrums in Ladenburg, Dr. Christian Zeidler, bereits im Arbeitskreis Industrie 4.0 von acatech und Forschungsunion vertreten, dessen Ergebnisse der Bundesregierung im April 2013 als ″Umsetzungsempfehlungen″ übergeben wurden. Schon bald nach der Gründung des Industrial Internet Consortiums trat ABB auch diesem Gremium bei. Diese beiden Initiativen sind für den Konzern die bedeutendsten extern sichtbaren Anstrengungen hinsichtlich der nächsten Stufe der industriellen Weiterentwicklung, und sie werden deshalb auf der Vorstandsebene behandelt. Auch in vielen anderen Initiativen in diversen Ländern und Regionen der Welt ist ABB mit den jeweiligen lokalen Organisationen aktiv.

Im Jahr 2014 hat das Unternehmen für seine eigene Positionierung im Rahmen seiner Next-Level-Strategie den Slogan ″Internet of Things, Services and People (IoTSP)″ formuliert, das Internet der Dinge, Dienste und Menschen. Damit soll zum Ausdruck gebracht werden, dass es bei der Weiterentwicklung der Industrie nicht nur um die Nutzung des Internets für Produkte und Dienstleistungen geht, sondern dass gerade auch bei diesem Schritt der Mensch im Mittelpunkt steht. Nach Ansicht von ABB ist das Internet der Dinge nicht mehr und nicht weniger als das Mittel zum Zweck. Der Zweck ist die Optimierung, Flexibilisierung und Produktivitätssteigerung von industriellen Prozessen, der Nutzung fortschrittlicher Services zum Wohle der Menschen.

In Ostwestfalen-Lippe wurde mit it´s OWL ein Cluster aus Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen gebildet, der Technologien, wie sie für intelligente Produkte und Produktionsverfahren benötigt werden, erforscht und in gemeinsamen Projekten in die Praxis umsetzt. Die Projekte und das Management von it´s OWL werden durch den Bund und das Land gefördert. Der Cluster ist ein wichtiges Vehikel, damit auch kleine und mittlere Unternehmen Industrie 4.0 erfolgreich in Angriff nehmen können. In diesem Kapitel werden der Cluster und wichtige Beiträge aus seiner Arbeit und vor allem Praxisprojekte seiner Mitglieder vorgestellt, an denen sich die Chancen des Netzwerks für alle Beteiligten am besten zeigen lassen.

In den vergangenen beiden Jahrzehnten hat das Internet Milliarden von Menschen, deutlich mehr als die Hälfte der Menschheit, miteinander vernetzt und ihre Kommunikation auf eine völlig neue Grundlage gestellt. Jetzt kommen die Dinge hinzu. Sie werden mit Fähigkeiten ausgestattet, die sie hören, sehen, fühlen und „denken“ lassen, was mit Worten wie intelligent und smart umschrieben wird. Und sie werden vernetzt. Nach Schätzungen von Gartner und McKinsey werden bis 2020 20 bis 25 Mio. Geräte über eine eigene Internetadresse online sein. Und damit ändert sich nach der Kommunikation der Menschen untereinander auch die Wertschöpfung grundlegend.

Die Hersteller können zu verschwindend geringen Kosten ihre Produkte mit Sensoren, Aktuatoren, Minikameras und anderen digitalen Komponenten ausrüsten. In die Produkte eingebettete Software erlaubt es dann, während des Betriebs Daten zu erzeugen, zu sammeln und zu analysieren. Das Internet der Dinge sorgt dafür, dass nicht nur das einzelne Produkt auf diese Weise zum Datenlieferant wird, sondern dass Produkte nahezu grenzenlos miteinander und mit den Menschen über ihre Daten kommunizieren können.

Als ich vor ca. drei Jahren mein Kapitel zum ersten Buch über Industrie 4.0 schrieb, war die gesamte Situation auf diesem Gebiet gekennzeichnet von großer Unklarheit, was Industrie 4.0 bedeutete. Man spürte allgemein eine große Nervosität, die das Gefühl vermittelte, dass es um etwas sehr Bedeutsames ging, eventuell um die Existenz von einzelnen Firmen, von Industriezweigen ja sogar um ganze Volkswirtschaften wie etwa der deutschen, mit ihrer mittelständisch geprägten und auf Produktion ausgerichteten Wertschöpfungsstruktur. Zwischenzeitlich hat sich nun der Nebel ein wenig gelichtet, und man meint gelegentlich etwas schärfere Konturen erkennen zu können. Diese versuche ich in diesem Kapitel an der ein oder anderen Stelle etwas herauszuarbeiten und auch Eindrücke beizusteuern, die ich auf dem Gebiet der Digitalisierung zwischenzeitlich im globalen Geschäft gesammelt habe. Auf der Hannover Messe 2016 hat man den Eindruck gewinnen können, dass die allgemeine Nervosität zu diesem Thema deutlich abgenommen hat. Wesentliche Fortschritte bei der inhaltlichen Klärung waren allerdings kaum festzustellen. Auffallend aber war der zum Teil sehr flexible Umgang mit der Bezeichnung Industrie 4.0, den einzelne Lieferanten bei der Charakterisierung ihrer Automatisierungs-Produkte/Systeme an den Tag gelegt haben. Wenn man an diesem Punkt einmal ein Zwischenresümee zu Industrie 4.0 ziehen möchte, dann muss man konzedieren, auch wenn inhaltlich bisher wenig Hilfreiches entstanden ist, dass die Aufmerksamkeit für die schnell fortschreitende Digitalisierung in der Industrie und für die dadurch zu erwartenden Veränderungen und die notwendige Reaktionsmaßnahmen deutlich zugenommen hat. Das alleine dürfte vielleicht den bisherigen Aufwand bereits rechtfertigen.

Aus pragmatischen Gründen, weil eine ausreichend präzise Definition für Industrie 4.0 fehlte, habe ich mich in meinem Kapitel zum ersten Buch über Industrie 4.0 mit dem Kernthema unserer eigenen Digitalisierungsstrategie, die bei uns unter dem Begriff Digital Enterprise zusammengefasst ist, beschäftigt und diese in die Nähe von Industrie 4.0 gerückt. Unsere Digitalisierungsstrategie begann allerdings bereits im Jahr 2001 mit der Akquisition von Orsi, einem kleinen italienischen Unternehmen, dass sich damals unter anderem mit der Entwicklung von MES Systemen beschäftigte, und hat sich ab dem Jahr 2007 mit der Akquisition von UGS enorm beschleunigt. In diesem Kapitel berichte ich über Fortschritte, die wir zwischenzeitlich bei der Umsetzung unserer Digitalisierungsstrategie gemacht haben. Ich überlasse es dabei dem Leser zu entscheiden, was er davon unter Industrie 4.0 einordnet und was nicht. Ich berichte auch über Beobachtungen und Entwicklungen zu wichtigen Produktionsverfahren, die sich besonders auf Digitalisierung und Datendurchgängigkeit stützen.

Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick zum Themenfeld der Industrie 4.0 und intelligenter technischer Systeme in der Produktion. Er startet bei der Motivation, Industrie 4.0 zu realisieren und zu nutzen – den Herausforderungen, mit denen sich produzierende Unternehmen konfrontiert sehen. Auf dieser Grundlage werden die wesentlichen Aspekte der Industrie 4.0 und intelligenter technischer Systeme beschrieben. Der Beitrag schließt mit konkreten Ansatzpunkten für die Umsetzung sowie einigen Praxisbeispielen und deckt dabei die Spanne von der Infrastruktur für die Digitalisierung bis hin zur konsequenten Nutzung der erzeugten Daten zur Optimierung der Produktion.