Industrie 4.0: Wenn alles kommuniziert

Industrie 4.0. Der Begriff versinnbildlicht die Verknüpfung von Produktion und Internet und meint gleichzeitig einen tiefgreifenden strukturellen Wandel der Wirtschaft und der Arbeitsbedingungen. Industrie 4.0 steht in Deutschland für eine vierte industrielle Revolution, für eine vernetzte Zukunft, die sich von der breiten Öffentlichkeit bislang nahezu unbemerkt vollzieht.

Roboter_Mann_1500x1000px

Am Standort Neckarsulm testet Audi die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Statt der üblichen Einzäunung der Maschine sorgen auf den Boden projizierte Symbole sowie die Robotersensorik für die nötige Arbeitssicherheit. (Bild: DEKRA)

Drei andere Revolutionen sind dieser vierten nach landläufiger Vorstellung vorausgegangen. Die erste, mechanische, brachte die Dampfmaschine und den Webstuhl, die zweite elektrische Energie und das Fließband, die dritte wird mit der Automatisierung und dem Computer in Verbindung gebracht und die bevorstehende vierte mit komplett vernetzten Industrieprozessen, 3-D-Druckern und dem Internet der Dinge. Vor diesen industriellen Revolutionen, die im 18. und 19. Jahrhundert begannen, gab es nach Historikeransicht nur einen weiteren Epochenwechsel mit ähnlich umwälzenden Auswirkungen. Das war in der Jungsteinzeit, als aus Jägern und Sammlern sesshafte Ackerbauern und Viehzüchter wurden und man die Grundlage zur Arbeitsteilung legte. Was also steht uns jetzt bevor?

Industrie 4.0, die Digitalisierung der Wirtschaft, wird unsere Arbeits- und Lebensverhältnisse umkrempeln. Künftig wird alles mit allem vernetzt sein. Wir sprechen von Smart Factories, von denkenden Fabriken. Das Werkstück kommuniziert mit dem Roboter, der es bearbeitet. Maschine und Teile steuern sich selbst. Der mit einem Chip versehene Rohling „weiß“, was er werden will und gibt entsprechende Anweisungen. Das fertige Produkt kann das Buchhaltungssystem auffordern, eine Rechnung an den Auftraggeber zu schicken oder seinen eigenen Transport zum Kunden organisieren. Es behält seine Identität in Form von digitalen Informationen und kann sich beispielsweise bei einer Störung intelligent verhalten.

SmartFactoryKL
Die weltweit erste herstellerübergreifende Industrie 4.0-Anlage, die SmartFactoryKL, steht in Kaiserslautern am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI). Die Demonstrations und Forschungsplattform für innovative Fabriktechnologien zeigt, wie digital vernetzte Produktion in der Praxis aussehen kann, auch mit einer digitalen Fertigungsstraße im Miniaturformat. Im Vordergrund stehen die individuelle Fertigung mit einer hohen Vielfalt an Varianten und geringen Losgrößen sowie die Erhöhung der Flexibilität von Anlagen und Prozessen. Das DFKI ist derzeit das weltweit größte Forschungszentrum auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz und deren Anwendungen. Die Projekte umfassen das gesamte Spektrum von der anwendungsorientierten Grundlagenforschung bis zur markt- und kundenorientierten Entwicklung von Produktfunktionen. Aktuell arbeiten mehr als 450 Wissenschaftler und rund 350 studentische Mitarbeiter aus etwa 60 Nationen an 180 Forschungsprojekten. Seit Oktober ist Google hier neuer Industriegesellschafter. Ein solches Engagement des US-Konzerns ist in Europa bislang einmalig.

Eine Musteranlage für eine SmartFactory steht auch beim schwäbischen Maschinenbauer Festo. Auch die Werkzeugmaschine „kennt“ den Platz, an dem sie gebraucht wird und „weiß“ wann sie gewartet werden möchte, sie leitet den Vorgang selber ein und verhindert so teure Produktionsausfälle. Roboter – Algorithmen sei Dank – entwickeln sich im Laufe der Prozesse weiter, „lernen“ dazu, werden besser. Sie kommen sich weder untereinander in die Quere noch geraten sie mit Menschen aneinander, denn das verhindern allgegenwärtige Sensoren. Für sich gesehen gibt es diese Prozesse teilweise schon seit Jahren. Die ganz neue Ebene ist ihre Verknüpfung, die Möglichkeit, unvorstellbare Mengen von Daten mit Hilfe des Internets zu verarbeiten und zu speichern.

Individualisierung wird günstiger
Die Vorteile der Vernetzung liegen auf der Hand. Ganze Fabriken können zunächst virtuell als 3-D-Modell erstellt und Abläufe ausgetestet werden. Durch sich selbst optimierende Maschinen können Zeit und Ressourcen gespart, Fehler vermieden werden. Es wird schneller gehen, Produkte zur Marktreife zu entwickeln, wenn alle Vorgänge digital aufeinander abgestimmt sind. Es wird möglich, ganz individuelle Artikel zum Preis von Massenware herzustellen. Und die Kunden können bis kurz vor Fertigstellung ihres Auftrags noch in die Produktion eingreifen, neue Wünsche äußern. Wenn wir heute unser neues Auto im Internet selbst konfigurieren oder uns eine persönliche Müsli-Mischung zusammenstellen, ist das nichts als ein sehr bescheidener Anfang. Die körperliche Belastung der Mitarbeiter sinkt. Das gilt aber nicht für die Krankenstände, denn der Druck nimmt zu. So berichtet die Europäische Agentur für Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (EU-OSHA), dass ein Viertel der Beschäftigten in Europa sich während der Arbeitszeit immer oder meistens arbeitsbedingtem Stress ausgesetzt sieht, bei den Führungskräften sind es fast 80 Prozent.

„Tiefgreifende Veränderungen in der Arbeitswelt … können eine erhebliche Beeinträchtigung der psychischen und physischen Gesundheit zur Folge haben“, so die Agentur in ihrem Bericht zur europaweiten Unternehmensbefragung über neue und aufkommende Gesundheitsrisiken, Esener 2014. Die fortschreitende Digitalisierung hat Experten zufolge ihren Anteil daran. Sie hat es zunächst ermöglicht, dass Arbeitnehmer nahezu rund um die Uhr erreichbar sind, jetzt kommt die Konkurrenz von Mensch und Maschine hinzu. Wilhelm Bauer, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation in Stuttgart spricht von einer zeitlichen, räumlichen und strukturellen Entgrenzung der Arbeit. Dabei kann es durchaus auch Vorteile haben, wenn man sich die Arbeit von zu Hause aus frei einteilen kann. Klar ist für Bauer eines: „Es wird künftig viele verschiedene Arbeitsmodelle geben, die neue Regelungen und einen neuen Rechtsrahmen erfordern.“

Die neu organisierten Fertigungsprozesse steigern die Produktivität. Und die Wettbewerbsfähigkeit. So erwarten 51 Prozent der Industrieunternehmen, die Industrie 4.0-Anwendungen nutzen oder dies planen, eine Steigerung des Umsatzes. Jedes elfte dieser Unternehmen geht davon aus, dass der Umsatz um mehr als zehn Prozent zulegen wird, ergab eine Umfrage im Auftrag des Digitalverbands Bitkom im November. Dafür wurden 400 Unternehmen ab 100 Mitarbeitern aus der Automobilbranche,
dem Maschinenbau, der chemische Industrie und der Elektroindustrie repräsentativ befragt. Die damit verbundene Hoffnung ist, dass durch die Digitalisierung die Wertschöpfung auch in Hochlohnländern wie Deutschland gehalten und vielleicht sogar zurückgeholt werden kann. Das ist gut für die Unternehmen. Aber werden ihre Mitarbeiter von Maschinen verdrängt?

Bei dieser Frage gehen die Ansichten der Experten weit auseinander. Die einen gehen davon aus, dass reihenweise Arbeitsplätze verschwinden, andere nehmen eine Verschiebung in andere Bereiche an, eher wenige gehen davon aus, dass zusätzliche Jobs entstehen. Eine britische Studie kommt zu dem Schluss, dass heute in den Vereinigten Staaten jeder Zweite in einem Beruf arbeitet, der in den kommenden 20 Jahren automatisiert werden kann. Neu entstünden anspruchsvolle Jobs für Ingenieure und IT-Spezialisten. Gebraucht würden auch schlichte Qualifikationen im Dienstleistungsbereich wie Kellner oder Hausmeister. Dazwischen, wo früher der Mittelbau war: Roboter.

Risiken                                                                                                                                                                                                                     Fast jeder zweite Beschäftigte in den Vereinigten Staaten, haben die Ökonomen Carl Benedikt Frey und Michael A. Osborne von der Universität Oxford mit einem komplizierten Algorithmus herausgefunden, hat einen Beruf, der in den kommenden 10 oder 20 Jahren automatisiert werden könnte. Betroffen sind nicht nur gering Qualifizierte, auch bestimmte Tätigkeiten von Juristen oder Ärzten – wie Diagnosen – sind dabei. Die schwindende Bedeutung des Menschen in der digitalen Arbeitswelt wird gerade auch in den USA äußerst kritisch diskutiert. Wissenschaftler von renommierten Forschungseinrichtungen wie dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) kommen zu dem Schluss, dass die gleichen Technologien, welche die Arbeit einfacher, sicherer und produktiver machen, dazu führen, dass eine ganze Reihe menschlicher Arbeitskräfte nicht mehr gebraucht werden. Um den Verlust aufzufangen, wird unter anderem ein bedingungsloses Grundeinkommen vorgeschlagen.

Maschinenbauer und Elektroindustrie in Deutschland meinen, dass durch die Digitalisierung tausende neue Jobs entstehen können. Auch Professor Detlef Zühlke, der in Kaiserslautern schon seit mehr als zehn Jahren an smarten Fabriken arbeitet, geht davon aus, dass in Deutschland neue Arbeitsplätze entstehen. „Die große Menge wird es aber nicht sein“, hält er fest. Ohnehin führt für jeden, der seine Produkte auch weiterhin auf dem Weltmarkt verkaufen will, an der Digitalisierung kein Weg vorbei. Die Kunden wollen eher früher als später Produkte, die sich vernetzen können. Der Druck von außen ist groß und die Konkurrenz schläft nicht, weder in den USA, noch in Korea, China oder Japan. Deshalb soll jetzt Gas gegeben werden, hierzulande wurde das Thema in den vergangenen Monaten stark in den Vordergrund gerückt, sowohl im Wirtschafts-, wie auch im Arbeits- und Forschungsministerium genießt es Priorität.

Chancen
Studie von Roland Berger im Auftrag des Bundesverbandes der Deutschen Industrie: „Die digitale Transformation der Industrie bietet Europa enorme Chancen – und stellt es vor große Herausforderungen. Den vielversprechenden Möglichkeiten vernetzter, effizienterer Produktion und neuer Geschäftsmodelle stehen dramatische Risiken gegenüber: Bis 2025 könnte Europa einen Zuwachs von 1,25 Billionen Euro an industrieller Bruttowertschöpfung erzielen, aber auch einen Wertschöpfungsverlust von 605 Milliarden Euro erleiden.“ Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO im Auftrag des Digitalverbandes Bitkom: „Allein für die sechs Branchen Maschinen- und Anlagenbau, Elektrotechnik, Automobilbau, chemische Industrie, Landwirtschaft und Informations- und Kommunikationstechnologie wird bis 2025 ein zusätzliches Wertschöpfungspotenzial von 78 Milliarden Euro ( jährlich 1,7 Prozent Wachstum) durch Industrie 4.0-Technologien erwartet.“

Nicht nur Bundeskanzlerin Angela Merkel treibt beim Thema Industrie 4.0 die Sorge um, dass Deutschland, dass Europa zu spät kommen könnten. Die Digitalisierung der Produktion müsse geschafft werden, sagte sie auf einer Konferenz im Oktober in Paris. „Sonst werden wir abgehängt, sonst werden wir diese Zukunft nicht mitmachen.“ Wirtschaftsminister Sigmar Gabriel betont dabei die Bedeutung des Mittelstands für dieses Thema: „Die digitale Transformation wird in Deutschland nur dann gelingen, wenn wir unseren Mittelstand als Fundament der deutschen Wirtschaft in die Industrie 4.0 mitnehmen“, sagte er kürzlich beim ersten Mittelstandstag Industrie 4.0 in Kaiserslautern.

Hier ist noch reichlich Luft. Die Dringlichkeit zur Digitalisierung wird weiterhin unterschätzt, hat das IT-Marktforschungsunternehmen IDC herausgefunden. Einer Mitte Oktober veröffentlichten Studie zufolge haben die IT-Verantwortlichen aus über 200 Unternehmen zwar die Herausforderung erkannt, auf Seiten der Produktion aber fehle nach wie vor das Verständnis dafür, in welchem Ausmaß technologische Entwicklungen verändernd wirkten. Den Maschinen- und Anlagenbauern bescheinigt die Untersuchung einen stärkeren Umsetzungswillen, die Fertigungsbetriebe müssten aus ihrer Lethargie erwachen, wenn sie langfristig erfolgreich bleiben wollten.

Lesen Sie mehr dazu: Blättern Sie hier im neuen DEKRA Solutions Magazin