Digitaler Umbruch durch die Industrie 4.0. Grundlagen, Konzepte und deren Auswirkungen

Praxisbeispiele für den technologischen Stand


Masterarbeit, 2014
126 Seiten, Note: 2,3

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Executive Summary

1 Einleitung und Zielsetzung

2 Die industriellen Revolutionen im Überblick
2.1 Die erste und zweite industrielle Revolution
2.2 Organisationsformen der Produktion im 20. Jahrhundert
2.3 Die dritte und vierte industrielle Revolution
2.4 Kondratieff-Zyklen der Weltkonjunktur

3 Theoretische und administrative Grundlagen
3.1 Definitionen des Begriffs und Ziele von Industrie 4.0
3.1.1 Definitionen des Begriffs Industrie 4.0
3.1.2 Ziele und Handlungsfelder von Industrie 4.0
3.2 Die Plattform Industrie 4.0
3.2.1 Interessensvertretungen in Deutschland
3.2.2 Interessensvertretungen in den USA
3.3 Ausgangslage und Potenzial des Standorts Deutschland für die Industrie 4.0

4 Komponenten und Konzepte für die Industrie 4.0
4.1 Computer Integrated Manufacturing (CIM)
4.2 Lean Production
4.3 Die fraktale Fabrik
4.4 Cyber-Physische Systeme
4.5 Das Internet der Dinge und Dienste - Chancen und Risiken
4.5.1 Zusammenspiel von Technologien im Internet der Dinge
4.5.2 RFID-Technik in der Industrie
4.6 Smart Factory
4.6.1 Multimodale intelligente Assistenzsysteme
4.6.2 Maschinen-Kommunikation und Standards
4.6.3 Automatisierungsarchitektur
4.7 Datenschutz für Bürger und Unternehmen
4.7.1 Rechtliche Grundlagen des Datenschutzes
4.7.2 Zukunft des Datenschutzes in der Gesellschaft
4.7.3 Gefahren für die Datensicherheit in der Wirtschaft
4.7.4 Sicherheit in der Industrie 4.0
4.7.5 Sicherheitsrisiken in der Cloud und Implikationen für Big Data
4.8 Auswirkungen des digitalen Umbruchs auf die Arbeitswelt
4.8.1 Globalisierung und Wettbewerb auf dem Arbeitsmarkt
4.8.2 Arbeitswelt in der Industrie 4.0
4.8.3 Austauschbarkeit menschlicher Arbeitskraft durch Innovationen ...

5 Praxisbeispiele für den technologischer Stand
5.1 Die Smart Factory in der Praxis
5.2 Assistenzhilfen, -systeme und Roboter im Einsatz
5.3 Kommissionierung und Montage
5.4 Neue Arbeitswelt in der urbanen Fabrik

6 Zusammenfassung, Schlussfolgerung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Entwicklung der Anzahl an Websites im Internet

Abbildung 2: Die vier industriellen Revolutionen im Überblick

Abbildung 3: Rollierende 10-Jahresrenditen des S&P 500 in % p.a. nach Zahlen von Datastream

Abbildung 4: Das Technikzyklus-Modell nach Meyer-Krahmer/Dreher

Abbildung 5: Organisationsstruktur der Plattform Industrie 4.0

Abbildung 6: Anteil des Produzierenden Gewerbes (einschl. Energie) an der gesamtwirtschaftlichen Bruttowertschöpfung im internationalen Vergleich (nach OECD, IW Köln, VDMA) mit Ergänzungen

Abbildung 7: Produktentstehungsprozess bei einem Automobilhersteller

Abbildung 8: Technologiefelder Industrie 4.0 (nach BITKOM)

Abbildung 9: Y-CIM-Informationssysteme in der Produktion

Abbildung 10: Das Smartphone als Mediator zwischen Mensch, Ding und Internet

Abbildung 11: Die Vernetzung des Internets der Dinge und Dienste

Abbildung 12: Vor- und Nachteile von RFID-Tags

Abbildung 13: Lebenszyklus von Produktionssystemen

Abbildung 14: Virtuelle Umgebung mit 3-D-Brille und Handgerät

Abbildung 15: Das Schichtenmodell der Automatisierung nach DIN ISO 622

Abbildung 16: Siemens Digital Enterprise Platform

Abbildung 17: Augmented Reality in der Montage

Abbildung 18: Die sechs technologischen Säulen von Industrie 4.0

Executive Summary

Die Masterarbeit mit dem Titel „Industrie 4.0 - Stand und Perspektiven“ behandelt die Vision der vierten industriellen - informationstechnologischen - Revolution, für die es keine einheitliche, branchenübergreifende Definition gibt. Ziel der Vision Industrie 4.0 ist die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit anhand einer höheren Flexibilität („Mass Customization“) und (Ressourcen-) Effizienz sowie einer Verkürzung der Produkteinführungszeit (durchgängiges digitales Engineering). Der Begriff wurde erstmals auf der Hannover Messe 2011 durch die Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion Wirtschaft - Wissenschaft geprägt und gehört heute als „Zukunftsprojekt“ zur Hightech-Strategie 2020 der deutschen Bundesregierung, die dafür Fördergelder in Höhe von 200 Millionen Euro beisteuert. Im Mittelpunkt steht die intelligente, vernetzte und wandelbare Fabrik, die Smart Factory. Sie ist modular, in Fraktalen aufgebaut. Steuerung und Organisation erfolgen durch die intelligenten Produkte, die nun einen digitalen Lebenslauf mitführen, dezentral wie in einem „Ameisenstaat“. Diese kommunizieren miteinander, mit den Maschinen und Ressourcen und entscheiden über ihren Produktionsablauf. Der Arbeiter wird durch Assistenzsysteme unterstützt, wie z.B. Pick-by-Vision, Gestensteuerung und industrielle Tablets. Damit Maschinen, Rohlinge, Ladungsträger, etc. als CPS hierarchielos in Verbindung treten können, bekommen diese eine IP-Fähigkeit im Internet der Dinge und benutzen zum Datenaustausch zwischen ERP-Ebene und MES-Ebene den herstellerunabhängigen OPC-UA-Standard. Der Anschluss neuer Produktionsmodule erfolgt über eine Plug-and- Produce-Schnittstelle. Maschinen sollen sich somit selbst konfigurieren und optimieren. Durch die IT-Anbindung steigen die Anforderungen an Safety (Betriebssicherheit) und Security (Angriffssicherheit). Gerade die Datensicherheit wird zur „Gretchenfrage“ stilisiert. Die zahlreichen Daten der Produktionsressourcen werden zukünftig in Echtzeit analysiert, um Maschinenausfälle vorzeitig zu verhindern (Condition Monitoring) und Trends und Prognosen zu erstellen (Big Data).

Heute sind bereits die meisten Technologien von Industrie 4.0 bezüglich Preis, Leistung und Wirtschaftlichkeit am Markt vorhanden. Dennoch werden Anlagen nicht sofort ausgetauscht, sondern in den folgenden Jahren allmählich ersetzt oder im Ausland neu geplant werden. Dieser Evolution werden manche Ernüchterungen folgen (Wirtschaftlichkeit, Datensicherheit, Standards, Akzeptanz, …), sodass der Begriff Industrie 4.0 bis 2020 mindestens einmal neu besetzt werden muss.

1 Einleitung und Zielsetzung

Es ist eine Revolution mit Ansage. Industrie 4.0 ist das Zukunftsthema auf Messen, Kongressen, in Zeitungsartikeln und in der deutschen Wirtschaft. Als Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung steht das Thema stellvertretend für die Chance, die Wettbewerbsfähigkeit und die Produktivität des produktionsintensiven Standorts Deutschlands, dem „führenden Fabrikausrüster weltweit“, zu erhöhen. Dementsprechend groß ist die Aufmerksamkeit für dieses visionäre, vielverwendete, aber undefinierte Containerwort Industrie 4.0, das die Schnittmenge der Megatrends Digitalisierung, Konnektivität, Internet der Dinge und Dienste, Individualisierung, Klima- und demographischer Wandel sowie globale Arbeitsteilung und Produktion verkörpert. Auch die Zeitspanne dieses Umbruchs ist mit 10-15 Jahren aus jetziger Sicht weit reichend. Liegt das Projekt Industrie 4.0 in einer noch entfernten Zukunft oder befinden wir uns bereits mitten im Wandel? Dieser Frage nachzugehen soll u.a. das Ziel dieser Masterarbeit sein.

In der Arbeit wird nach einer kurzen Einleitung zuerst ein historischer Überblick über die bisherigen industriellen Revolutionen und ihre Auswirkungen auf Produktion und Gesellschaft gegeben (Kapitel 2). Zusätzlich werden die in diesen Zeitabschnitten entstandenen Arbeitsorganisationen beleuchtet.

Im dritten Kapitel wird der zentrale Begriff näher analysiert und versucht, eine umfassende Definition von „Industrie 4.0“ zu entwickeln. Danach folgt eine Vorstellung der branchenübergreifenden Interessensvertretung „Plattform Industrie 4.0“ und der Förderungsmaßnahmen der deutschen Politik sowie - zum Vergleich - ein Überblick der Aktivitäten in den Vereinigten Staaten. Im letzten Teil dieses Kapitels werden Chancen des Wirtschaftsstandorts Deutschland aufgezeigt.

Das folgende und zentrale Kapitel 4 geht ein auf punktuell vergleichbare Industriekonzepte und die einzelnen technologischen Befähiger, die „enabling technologies“. Zu diesen Komponenten gehören die Cyber-Physischen Systeme, das Internet der Dinge und Dienste sowie der zentrale Begriff der Smart Factory. Datenschutz wird als „Gretchenfrage“ der Industrie 4.0 gesehen und das nicht erst seit den rezenten Enthüllungen um Wirtschaftsspionage und Mängel beim Datenschutz, daher soll auch dieses Thema näher betrachtet werden. Die Auswirkungen des Themas Industrie 4.0 auf die globalisierte Arbeitswelt und das Zusammenspiel von Mensch und Technik werden im Folgenden skizziert.

Zuletzt werden Praxisbeispiele aus der Produktionswirtschaft herangezogen, um den technologischen Stand auf dem Weg zur Industrie 4.0 zu verdeutlichen und um aufzuzeigen, welche Entwicklungen in naher und mittlerer Zukunft zu erwarten sind.

Als Abschluss werden die Ergebnisse zusammengefasst und die wirtschaftliche und gesellschaftliche Relevanz der Vision Industrie 4.0 problematisiert.

2 Die industriellen Revolutionen im Überblick

Eine Revolution wird als eine „schnelle, radikale (i. d. R. gewaltsame) Veränderung der gegebenen (politischen, sozialen, ökonomischen) Bedingungen“ definiert (bpb 2014). Der ehemalige US-Außenminister Henry Kissinger beschrieb den Begriff Revolution wie folgt: „Eine Revolution beginnt mit einem Gemisch von Ressentiments, die irgendwann zur Explosion kommen und die bestehende Strukturen hinwegfegen. Danach herrscht entweder Chaos, oder die Staatsmacht wird wiederhergestellt […].“ (Schmidt, Cohen 2013, S. 218 f.). Eine Revolution kann als Umbruch oder Umwälzung verstanden werden, durch die eine existierende Ordnung durch eine neue Ordnung ersetzt wird. Im kulturhistorischen Kontext entstanden neue Machtverhältnisse in der Politik, neue Institutionen oder Gesetze wurden geschaffen und Staatsformen oder -systeme veränderten sich. Zurückzuführen ist das Wort Revolution auf das Lateinische revolutio (von: re-volvere), das im Deutschen als Zurück („re“) -rollen oder -wälzen („volvere“) übersetzt wird. Heute erlebt man politische Revolutionen, z.B. den Arabischen Frühling ab dem Jahr 2011, hauptsächlich in Ländern, die eine junge, dynamische Bevölkerung sowie hohe Arbeitslosenzahlen haben, die wirtschaftliche schwach sind und deren Bevölkerung (zum Teil) eine starke Abneigung gegen die politische Führung hegen. Oft werden Revolutionen durch einmalige Ereignisse wie Machtmissbrauch der politischen Führung, Korruptionsskandale oder Polizeigewalt ausgelöst. Ob die Arabische Revolution für mehr Demokratie oder jedoch für Arbeit, Wohlstand und soziale Strukturen geführt worden ist, lässt sich heute noch nicht eindeutig beantworten, ebenso wenig, ob sie ohne die Vernetzung in soziale Medien und weltweiter Berichterstattung genauso erfolgreich gewesen wäre.

Hinsichtlich der Bedeutungsebene gibt es Gemeinsamkeiten zwischen politischen und industriellen Revolutionen, aber die industrielle Revolution überträgt die Bedeutungsaspekte auf den radikalen, strukturellen Wandel der Produktionstechniken und die Treiber Mechanisierung, Automatisierung und Rationalisierung. Allerdings umfasst dieser Wandel nicht nur die technisch-wirtschaftlichen Aspekte, sondern schließt auch einen gesellschaftlichen und sozialen Wandel mit ein, sodass bei einer industriellen Revolution stets von einer vielschichtigen, historischen Einheit gesprochen werden kann (Walter 1995, S. 39 f.). Die in dieser Arbeit behandelte vierte industrielle Revolution ist die erste Revolution „mit Ansage“, das heißt, dass sie vorhergesehen und vorausgeplant wird. Die ersten drei Revolutionen wurden erst nachträglich als solche deklariert.

Die drei Haupttreiber der wiederkehrenden produktionstechnischen Entwicklungen, die heute auch als „Megatrends“ bezeichnet werden können, sind unten stehend definiert:

1. Mechanisierung: „Die Mechanisierung ist der Substitutionsprozess mechanischer menschlicher Leistung durch technische Hilfsmittel, mit dem Ziel der Entlastung des Menschen von körperlicher Arbeit und zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit“ (Bronner 2003, S. 2).

2. Automatisierung: „Automatisierung ist eine Einrichtung des Ablaufs von Vorgängen verschiedenster Art in solcher Weise, dass der Mensch von der Ausführung ständig wiederkehrender gleicher, manueller oder geistiger Verrichtungen und von zeitlicher Bindung an den Rhythmus technischer Anlagen befreit ist.“ (Dolezalek 1965, S. 1066).

3. Rationalisierung: „Rationalisierung ist das unablässige Bemühen, durch die Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse und systematischer Methoden die Leistungen in Technik, Wissenschaft, Organisation, Verwaltung und Verkehr zu verbessern mit dem Ziel, die Aufgaben in allen Bereichen mit einem ständig abnehmenden Aufwand an Hand- und Kopfarbeit, an Zeit, Energie, Material und Kapital in humaner und leistungsfördernder Weise zu lösen, um die Produktivität und Qualität des Wirtschaftlebens zu steigern.“ (Kunze 1953).

Während Mechanisierung und Automatisierung ihren Fokus auf die Technik legen, liegt der Fokus der Rationalisierung auf der Organisation eines Unternehmens.

2.1 Die erste und zweite industrielle Revolution

Bekannt ist vor allem die erste industrielle Revolution (ca. 1760-1830), die in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts in England startete und sich dann circa 100 Jahre später auf Kontinentaleuropa ausbreitete. Anlass war die Erfindung der Dampfmaschine durch Thomas Newcomen im Jahr 1712, die Weiterentwicklung durch James Watt (1769) sowie die Erfindung des ersten mechanisch-automatischen Webstuhls („power loom“) von Edmond Cartwright im Jahr 1785 (Walter 1995, S. 57-61). Dadurch konnte mechanisch produziert werden und die Produktivität stieg bis in das Jahr 1812 um den Faktor 200. Zuvor war die Textilindustrie auf durch Muskelkraft angetriebene Spinnräder angewiesen. Auswirkungen dieser Revolution unterschieden sich für Arbeitgeber und -nehmer enorm. Während die Produktion eine signifikant höhere Produktivität und dementsprechend

geringere Kosten für Fabrikanten erreichte, mussten Arbeiter harte Arbeitsbedingungen (bis zu 80 Stunden Arbeit in der Woche) und geringen Arbeitsschutz, Kinderarbeit, schlechte Wohnbedingungen, Reallohnverluste und Entlassungen hinnehmen; der Ausdruck des Unmuts darüber war unter anderem der öffentlichkeitswirksame schlesische Weberaufstand im Jahr 1844. In jener Zeit der maximalen Verwertung der Arbeitskraft und der minimalen sozialen und gesundheitlichen Standards entstanden als Gegenreaktion zur „Klassengesellschaft“ Gewerkschaften und Arbeiterparteien. Seit dieser Zeit gab es keine strukturellen Hungerkatastrophen mehr und Grundversorgungsgüter (Kleidung, Nahrung) wurden kostengünstig angeboten. Dies führte unter anderem zu einer „Bevölkerungsexplosion“ (Bauernhansl et al. 2014, S. 5). Anfang des 19. Jahrhunderts wurde der Lochkartenwebstuhl (Jacquard-Webstuhl) entwickelt, ein Vorbote der Steuerungstechnik, wie sie heute in Computern Einsatz findet. Durch diese Erfindung konnten einheitliche Muster in Massenproduktion zu geringeren Preisen hergestellt werden, wobei die Waren von größeren Gesellschaftsschichten gekauft wurden. Die industrielle Umwälzung bestand darin, dass sich der ehemalige Schwerpunkt der Arbeit im Handwerk und in der Landwirtschaft zur Industriearbeit verlagerte. Die Anforderungen an die Arbeitswelt aufgrund technologischer Veränderungen werden ausführlich im Kapitel 4.8 beschrieben.

Die zweite industrielle Revolution beginnt mit der großindustriellen Entdeckung des elektrischen Fließbands im Jahr 1870, das anfangs in Schlachthäusern eingesetzt wurde, später im Jahr 1913 zur Herstellung von Henry Fords T-Modell („Tin Lizzie“), das in den ersten Jahren nur in der Farbe schwarz produziert wurde, da es nur eine Lackierstraße gab. Somit konnten „günstige“ Massenprodukte mit Hilfe elektrischen Stroms in Reihe produziert werden, Transportwege und -kosten verringerten sich und Arbeitsteilung und Spezialisierung der Arbeiter führten zu Kosteneinsparungen. Maschinen konnten erstmals dezentral mit elektrischer Energie betrieben werden. Allerdings bezieht sich diese Darstellung vor allem auf die Vereinigten Staaten; in Deutschland verbindet man mit der zweiten industriellen Revolution die Zusammenarbeit von industrieller Produktion und Forschung („Hochindustrialisierung“), speziell im Bereich der Elektrotechnik, der Chemie und der Physik, die auch bereits um 1870 einsetzte. Gegründet wurden in dieser Zeit z.B. die Unternehmen Siemens (1847), Bayer (1863), BASF (1865), AEG (1883), Bosch (1886) und Thyssen (1891). Durch die Nutzung elektrischer Energie, die zunehmend Wasser- und Dampfkraft ersetzte, und durch damit verbundene Erfindungen wie Glühlampe, Elektromotor und Telefon konnte nun auch nachts produziert und effizienter kommuniziert werden. Erdöl wurde in dieser Zeit immer wichtiger, vor allem für die Automobil- und Chemieindustrie. In dieser Zeit entstanden die Organisationsformen des Taylorismus und des Fordismus.

2.2 Organisationsformen der Produktion im 20. Jahrhundert

Der Taylorismus der Jahrhundertwende zielte auf die „Intensivierung individueller Arbeitsleistung“ und die Einbindung der Arbeiter in den Maschinentakt (Vahrenkamp 2010, S. 39). Frederick Taylor (1856-1915) berief sich dabei auf die „wissenschaftliche Betriebsführung“ und analysierte, wie die Produktivität eines Arbeiters gesteigert werden konnte. Dazu separierte er kleinste Arbeitsschritte, stoppte die für die Ausführung benötigte Zeit und optimierte Anordnung und Hilfsmittel von Personen und Maschinen. Allerdings scheinen monotone Dauerleistungen über mehrere Stunden aufgrund äußerer Einflüsse wenig realistisch. Die Arbeiter verloren durch diese Anordnung ihre Autonomie, was auch als „Entpersönlichung“ gesehen werden kann (Vahrenkamp 2010, S. 61 f.). Auch definierte er exakte Beschreibungen mit Zeitvorgaben, wie eine Arbeit ideal ausgeführt werden musste. Daraus entstand später die Arbeitsablauf-Zeitanalyse, die heute als Methods-Time Measurement (MTM) bekannt ist. Außerdem trennte er Kopf- und Handarbeit, die von Personengruppen mit unterschiedlichen Fähigkeiten ausgeführt werden sollten. Dadurch mussten Arbeiter keine handwerklichen Fähigkeiten mehr mitbringen und konnten leichter ersetzt und schlechter bezahlt werden. Als Anreizmechanismus benutzte er den Akkordlohn (Manz 2010, S. 2f; Vahrenkamp 2010, S. 39-74).

Ein Beispiel des Taylorismus ist in der berühmten Fabrikszene in Charlie Chaplins Spielfilm „Modern Times“ aus den 30er Jahren zu sehen, in der Chaplin an einem getakteten Fließband arbeitet. Er führt monotone Arbeiten aus, fällt zeitweise ab, weil er die Taktzeit nicht einhalten kann. Durch dieses Driften am Band behindert er auch folgende Arbeitsstationen, an denen Arbeiter stehen und die nun ihrerseits nicht mehr arbeiten können. Am Ende wird das Band angehalten, auch weil die Arbeiter in SlapstickManier aneinandergeraten und aufeinander losgehen.

Heute wird der Taylorismus unter anderem als Arbeitsteilung, Trennung von Planung und Ausführung der Arbeit, Verlust von Autonomie in der Arbeit und als Leistungskontrolle verstanden (Vahrenkamp 2010, S. 69-74). Als beabsichtigte Abgrenzung richten sich die Ziele von Industrie 4.0 darauf, Maschinen an den Takt des Menschen anzupassen und somit dem Arbeiter mehr Handlungsspielräume zu gewähren sowie die Präsenzarbeitszeit zu verringern, die zeitliche und räumliche Flexibilität der Arbeitserbringung auszubauen und ressourcenschonende, emissionsarme Fabriken wieder näher an den städtischen Raum zu rücken („urbane Fabrik“).

Der Fordismus wird zwangsläufig mit der Produktion des Ford T-Modells ab 1913 in Verbindung gebracht. Fordismus meint die „Beherrschung der Gesellschafft durch Systeme der Industrieproduktion […], welche die Arbeiterklasse sozial und politisch integriert und zu den Konsumenten von Industrieprodukten […] werden lässt“ (Vahrenkamp 2010, S. 89). Durch eine fortgeschrittene Arbeitsteilung mussten Arbeiter am Fließband immer noch monotone Aufgaben übernehmen und waren häufig unzufrieden. Daher wurden die Arbeiter so gut bezahlt (5 Dollar pro Tag), dass sie sich vom Quartalsverdienst ein T-Modell kaufen konnten (Vahrenkamp 2010, S. 103 f; Znoj 2007). Da das Standardprodukt im Laufe der Jahre keine Variationen, somit auch keine technischen Verbesserungen, zuließ, was eine weitreichende Veränderung des Fließbandes zur Folge gehabt hätte, wurde das Ursprungsprodukt so lange produziert, bis der Absatz einbrach und die Fabrik 1927 für ein Jahr geschlossen werden musste, bis man ein neues Modell fertiggeplant hatte (Vahrenkamp 2010, S. 100 f.). Gescheitert ist der Fordismus auch daran, dass Modellwechsel nicht vorgesehen waren und Kundenwünsche nicht beachtet wurden. Währenddessen konnte der Konkurrent GM zahlreiche Variationen und Kundenwünsche befriedigen sowie große Marktanteile dazugewinnen. Heute wird der Fordismus mit einer sozialeren Arbeit und einem sozialen Aufstieg der Arbeiterklasse verbunden, da Löhne stiegen, Arbeitszeiten sanken und eine „Verbürgerlichung“ der Arbeiter stattfand (Znoj 2007, S. 2). Außerdem traten in den 1930er Jahren in den USA sozialstaatliche politische Maßnahmen in Kraft („New Deal“), die die Arbeitsbedingungen enorm verbesserten. Gewerkschaften ließ Ford dennoch erst im Jahr 1941 zu (Vahrenkamp 2010, S. 104).

Nach Taylorismus und Fordismus sowie den zwei Weltkriegen rückte im Jahr 1945 das Toyota Produktionssystem (TPS) in den Vordergrund, das eng mit der „Lean Production“ verbunden ist und oft zur Vereinfachung synonym verwendet wird. Das Wirtschaftsland Japan der Nachkriegszeit wurde durch eine geringe Nachfrage nach Autos und eine diversifizierte Nachfrage in einem engen Markt geprägt (Lanza 2011, Kap. 3, S. 8). Ziele des neuen Produktionssystems waren die Vermeidung der sieben Verschwendungsarten (Transport, Inventory, Motion, Waiting Time, Overproduction, Overprocessing, Defects), Unzweck- und Ungleichmäßigkeiten, hohe Mitarbeitermotivation, flache Hierarchien, eine „ziehende Produktion“ (Pull-Production), Arbeitsstandardisierung, hohe Qualität zu niedrigen Kosten und kontinuierliche Verbesserung („Kaizen“). Zur Lean Production im Bezug zur Industrie 4.0 wird in Kapitel 4.2 ausführlich Stellung genommen. Entwicklungen der Digitalisierung der Industrie (siehe dritte industrielle Revolution) fließen ebenfalls in das TPS ein.

In den 1980er Jahren erlebte der Volvoismus seine kurze Blütezeit. Nicht zufriedenstellende Arbeitsbedingungen, besonders monotone Arbeit am Fließband, Streiks, Rekrutierungsprobleme der Unternehmen und ein hoher Bildungsstand der Arbeiter führten bei Saab und Volvo zu einem Wandel und zu neuen Arbeitsplatzgestaltungen, die den Mitarbeiter in den Vordergrund stellten. So wurden selbstorganisierte Teams eingeführt, ein „Führen mit Zielen“ fand statt und das Fließband wurde abgeschafft. Nach nur vier Jahren wurde jedoch das Musterwerk geschlossen (Lanza 2011, Kap. 3, S. 9).

Eine Weiterentwicklung des TPS ist das Ganzheitliche Produktionssystem (GPS), das in den 90er Jahren erfunden wurde und teilweise auch als TPS II bezeichnet wird (Lanza 2011, Kap. 3, S. 10). Das GPS verwendet Elemente und Methoden aller vorherigen Produktionsmodelle und verbindet sie unter Berücksichtigung aktueller Marktvorkommnisse und wissenschaftlicher Forschung zu einer in sich konsistenten Einheit. Ausgehend von der Automobilindustrie wurde das GPS auf viele andere Branchen übertragen und verkörpert den Stand der Dinge in der globalisierten Industrie.

Zusammenfassend kann man die Organisationsformen wie folgt ordnen:

- ab 1900 Taylorismus: Rationalisierung, Akkordarbeit, Scientific Management („one best way“), Arbeitsaufteilung, repetitive Abläufe
- ab 1910 Fordismus:
- ab 1945 Lean, TPS:

Massenproduktion, monofunktionale Maschinen, New Deal-Sozialreformen, Sozialpartnerschaft

Vermeidung von Verschwendungen (Muda), Pull-Prinzip (Kanban), JIT/JIS-Produktion, Autonomation (Jidoka), KVP (Kaizen), TQM, Heijunka, Poka-Yoke

- ab 1980 Volvoismus: Humanisierung der Arbeit, Mitarbeiterintegration

- ab 1990 GPS: Methodenbaukasten, „TPS II“

2.3 Die dritte und vierte industrielle Revolution

Die dritte industrielle Revolution - auch Digitale Revolution - startet mit der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) im Jahr 1969, schließt aber auch den Durchbruch der Computer- und Informationstechnologie ab circa 1990 mit ein (Kagermann et al. 2013, S. 17). Eine Grundlage dieser Entwicklung beschreibt das

Mooresche Gesetz, nach dem sich die Anzahl der Transistoren pro Fläche und somit die Rechnerleistung alle ein bis zwei Jahre verdoppeln. Je nach Technologie werden andere Entwicklungszahlen genannt, oftmals werden jedoch 18 Monate angegeben (Schmidt, Cohen 2013, S. 15). Gesellschaftlich beschreibt diese Zeit einen Übergang von einem Verkäufer- zu einem Käufermarkt (Marktmacht der Nachfrageseite). Die Grundbedürfnisse der Wohlstandsgesellschaft nach dem „Wirtschaftswunder“ waren gesättigt und Kundenwünsche wurden individueller, ähnlich wie in Japan nach dem Zweiten Weltkrieg und dem Aufkommen des Toyota Produktionssystems (Bauernhansl et al. 2014, S. 7). Qualitativ hochwertige Güter wurden verstärkt nachgefragt. Nachdem 1989 das World Wide Web am Schweizer Forschungszentrum CERN erfunden wurde, dauerte es allerdings noch weitere zehn Jahre, bis die Diffusion ausreichend fortgeschritten und Wissen in weiten Teilen der Erde verfügbar war. Heute leben wir in einer globalisierten Welt mit einer ausdifferenzierten Arbeitsteilung und einer weltweit verteilten Produktion. Die Idee von einer Dienstleistungsgesellschaft kam auf, der produzierende Sektor galt hauptsächlich in angelsächsischen Volkswirtschaften als altmodisch. Ihm wurde ein Schicksal wie der Landwirtschaft prognostiziert (Bauernhansl et al. 2014, S. 7). Alle Lebensbereiche haben sich durch die IKT-Revolution enorm verändert. Beispielhaft sind die digitalisierten Branchen der Musik-, Zeitungs- und Konsumgüterindustrie, die sich durch Angebote wie Musikstreaming, Musikdownloads, Online-News, E-Books, Online- Abonnements sowie Onlineshops abrupt und radikal verändern mussten, sodass hier die Bedeutung von „Revolution“ in Gänze zutrifft. Außerdem entstanden Services im Tourismus, in Werbung, Marketing, Banking oder die elektronische Kommunikation als Querschnittstechnologie (E-Mail, Twitter, soziale Netzwerke). Heute werden 90% aller industriellen Produktionsprozesse durch Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) unterstützt (Kagermann et al. 2013, S. 17). Sowohl der Datenverkehr im Internet als auch die Anzahl der Internet Hosts und der Websites sind seit den 1990er Jahren exponentiell gestiegen. Allein von 2000 bis 2010 hat sich die Zahl der Internetnutzer von 350 Millionen auf über zwei Milliarden nahezu versechsfacht, im selben Zeitraum stieg die Zahl der Mobilfunkverträge von 750 Millionen auf fünf Milliarden, und in den Jahren 2010 bis 2012 kam eine weitere Milliarde neuer Mobilfunkverträge hinzu (Schmidt, Cohen 2013, S. 14).

In folgender Graphik ist die Anzahl der verfügbaren Websites im Internet aufgetragen. Von 1990 bis 1999 sind die Zahlen zur besseren Lesbarkeit detailliert aufgelistet. Während in den ersten Jahren eine jährliche Verzehnfachung der Anzahl der Websites festgestellt werden kann, wächst das Internet in den darauffolgenden Jahren weniger extrem. Die Unstetigkeitsstellen ergeben sich aus neuen Zählkategorien und Methoden, sodass an diesen Umbruchstellen keine Vergleichbarkeit möglich ist. Ein weiterer Sprung kann etwa ab dem Jahr 2008 mit der Verbreitung des mobilen Internets durch Smartphones beobachtet werden. Im Jahr 2013 waren circa 800 Millionen Websites registriert. Umgerechnet auf die Weltbevölkerung hätte jede elfte Person, privat oder als Unternehmen, eine Website.

Abbildung 1: Entwicklung der Anzahl an Websites im Internet1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bevor im nächsten Kapitel näher auf die vierte industrielle Revolution eingegangen wird, soll folgende Stichwortsammlung die aktuellen Probleme und Herausforderungen industrieller Produktion heute skizzieren (u.a. Abele, Reinhart 2011, S. 1):

- Global Sourcing (Faktorkostenausnutzung, Hedging von Fremdwährungen, Local Content Anforderungen)
- Modularisierung und Baukastenprinzip
- Mass Customization und Flexibilität
- Digitalisierung sowie Informations- und Kommunikationstechnik
- Strategische, risikominimierende Wertschöpfungsnetzwerke
- Verkürzte Produktlebenszyklen und Verkürzung der Time-to-Market
- Steigende Variantenvielfalt
- Ressourceneffizienz und Energiepreise
- Klimawandel
- Wandlungsfähigkeit der Produktionsanlagen

Folgende Graphik fasst abschließend alle vier industriellen Revolutionen anschaulich anhand ihrer Entstehungszeit und inhaltlichen Komplexität zusammen:

Abbildung 2: Die vier industriellen Revolutionen im Überblick2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.4 Kondratieff-Zyklen der Weltkonjunktur

Radikale Umbrüche von Technologien auf Makroebene werden auch in der Volkswirtschaft analysiert, auch wenn diese nicht explizit „industrielle Revolutionen“ genannt werden. Dennoch lassen sich Gemeinsamkeiten finden. So wird der erste Kondratieff-Zyklus ebenso wie die erste industrielle Revolution durch die Entdeckung der Dampfmaschine und des mechanischen Webstuhls ausgelöst. Ebenso beruhen die fünfte lange Welle und die dritte industrielle Revolution auf der aufkommenden Informationsund Kommunikationstechnik ab den 1970er Jahren.

Das hier vorgestellte Modell von wirtschaftlichem Wachstum und Konjunkturzyklen basiert auf dem russischen Ökonomen Nikolai Kondratieff, der erstmals Mitte der 1920er Jahre ein Modell der langen weltweiten Konjunkturwellen vorstellte. Eine Welle soll demnach circa 40 bis 60 Jahre abbilden (Allianz Global Investors 2010, S. 4). Jede neue alternierende und sinusförmige Welle startet mit einer bahnbrechenden Erfindung, die eine ältere Erfindung ersetzt und die in den Folgejahren zu zahlreichen Investitionen und somit zu einem Konjunkturaufschwung führt. Später werden die Investitionen zurückgefahren und die nun verfügbaren Basisinnovationen wiederum durch eine neue abgelöst, die eine effizientere Produktion ermöglicht. Analog zu den industriellen Revolutionen führt eine Konjunkturwelle zu Umbrüchen in der Produktion und in der Arbeitsorganisation. Heute sind fünf Kondratieff-Zyklen bekannt, die die letzten 200 Jahre Wirtschaftsgeschichte abbilden. Themenschwerpunkte der ersten fünf langen Wellen waren: Bekleidung (1780-1830), Massentransport (1830-1880), Massenproduktion (1880- 1930), Individuelle Mobilität (1930-1970) sowie Information und Kommunikation (1970- 2010).

Einen Überblick über die Kondratieff-Zyklen bis 2009, dargestellt durch die rollierende 10- Jahresrenditen des amerikanischen (also nationalen) S&P 500 Aktienindexes, liefert folgende Graphik. Obwohl nur die amerikanischen Aktien beobachtet wurden, lassen sich die Zyklen der weltweiten Konjunktur deutlich erkennen.

Abbildung 3: Rollierende 10-Jahresrenditen des S&P 500 in % p.a. nach Zahlen von Datastream3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Massenproduktion in der Textilindustrie machte die Güter billiger und somit für breite Bevölkerungsschichten erschwinglich. Die zweite lange Welle (Massentransport) kann als Vorläufer der Globalisierung verstanden werden, da Zeit und natürliche Grenzen durch Brücken und Tunnel überwunden werden konnten und somit ein Vertrieb in weiter entfernte Regionen ermöglicht wurde.

Individuelle Mobilität in Deutschland entwickelte sich im Laufe des „Wirtschaftswunders“ in der Gestalt eines Volkswagen Käfers. Menschen waren nicht mehr von festgeschriebenen Linien (Busse, Züge) abhängig, sondern konnten ihre Route selbst und frei bestimmen, wodurch sich der Individualtourismus entwickelte. Der größte Globalisierungstreiber ist sicherlich die IKT, die es ermöglichte, mit Unternehmen und Personen auf unterschiedlichen Kontinenten Handel zu betreiben, ohne dort erst eine Vertriebsinfrastruktur aufzubauen zu müssen. Durch das Internet können sowohl sprachliche als auch geographische Grenzen überwunden werden. Mit diesen Zyklen entstanden immer gesellschaftliche und industrielle Veränderungen. Der sechste Kondratieff-Zyklus könnte, je nach Einschätzung der forschenden Personen, von unterschiedlichen Innovationen getrieben werden: (Psychosoziale) Gesundheit, (Regenerative) Energien, Internet der Dinge oder Bio- und Nanotechnologien. Für eine Prognose, welche Thematik sich als dominant durchsetzen wird, ist es noch zu früh.

3 Theoretische und administrative Grundlagen

In diesem Kapitel soll zuerst ein Überblick über die Vielschichtigkeit des Begriffs „Industrie 4.0“ gegeben sowie Ziele aufgezeigt werden, die man mit der Umsetzung der Vision erreichen möchte. Anschließend werden Befürworter und Unterstützer dieses Leitbildes vorgestellt sowie ihre Vernetzung als branchenübergreifende Plattform, universitäre Forschungsprojekte („Leuchttürme“) und als politisch-strategische Interessenslage beispielhaft anhand des Vergleichs zwischen Deutschland und den Vereinigten Staaten analysiert.

3.1 Definitionen des Begriffs und Ziele von Industrie 4.0

Während international der Begriff Industrie 4.0 überwiegend unbekannt ist und dort lieber von „integrated industry“ gesprochen wird, ist in Deutschland dieses Schlag- und Containerwort in aller Munde. Warum gerade jetzt dieser Begriff aufkommt, könnte mit der Tatsache zusammenhängen, dass informationstechnologische Basistechnologien (Speicherkapazitäten, Sensoren, Prozessoren, Funktechnologien, Big Data) leistungs- und preismäßig einen „Tipping Point“ überschritten haben, sodass ihre Anwendung nun großindustriell wirtschaftlich wird. Um dem internationalen Publikum gerecht zu werden, hat die Hannover Messe als weltweit führende Industriemesse sowohl 2013 als auch 2014 „integrated industry“ als ihr Leitthema gesetzt, 2014 allerdings mit dem Zusatz „next steps“. Angelehnt hat sich der Begriff am Web 2.0 beziehungsweise 3.0, das im Gegensatz zur „alten Industrie“ modern und zukunftsweisend dasteht. Als „nächste Stufe“ kommt daher nur die vierte Stufe der Industrie infrage, die sich schon begrifflich an das informationstechnische Zeitalter annähert. Warum und wann genau die vierte industrielle Revolution beginnen solle, ist plausibel begründet, aber nicht eindeutig, wie länderübergreifende technologische Entwicklungen zu unterschiedlichen Zeiten oder die Kondratieff-Zyklen zeigen. Im Folgenden wird diesbezüglich die Darstellung des Arbeitskreises Industrie 4.0 übernommen.

Der Begriff Industrie 4.0 verkörpert für Industrie, Wissenschaft und Politik den Leitstern und die Vision als strategisches Ziel für die nächsten zehn bis 20 Jahre. Gründe, warum der Begriff Industrie 4.0 ein Containerwort ist, lassen sich leicht finden. Erstens ist der Begriff branchenübergreifend entstanden und umfasst oder tangiert die meisten industriellen Branchen. Zusätzlich findet jede Branche andere Aspekte des Oberbegriffs für elementar wichtig, meist die Themen aus dem eigenen Fachgebiet. Zweitens wurde der Begriff politisch unterstützt („Technologie-Push“) und soll demonstrieren, dass Deutschland und seine Industrieunternehmen (im Gegensatz zu anderen Märkten) „einen Schritt voraus“ denken. So können Forschungsinstitute leichter Fördergelder erhalten, wenn sie sich dieser Thematik explizit annehmen oder ihre Forschungstätigkeit auf diese Begrifflichkeit ausdehnen. Drittens entsteht alle Jahre ein Begriff, der wie ein Mode- oder Marketingwort aufrecht erhalten wird und sich über längere Zeit im Sprachgebrauch etabliert, wie z.B. „Corporate Governance“, „Nachhaltigkeit“, „integrativ“, „ganzheitliche Strategie“, „Transparenz“, „Work-Life-Balance“ oder „Connectivity“. Wenn Unternehmen aus Marketingzwecken von sich behaupten, sie machen bereits „Industrie 4.0“, ist dies für die Sachlichkeit der Thematik nicht hilfreich. Viertens bezieht sich Industrie 4.0 auf die vierte industrielle Revolution und als solche sollte sie sowohl Aspekte des technologischen als auch des sozialen und gesellschaftlichen Wandels einschließen. Daher werden noch mehr Themengebiete in den Begriff integriert. Letztens lässt sich feststellen, dass Unternehmen, die eigentlich nicht viel mit der Kernthematik zu tun haben, trotzdem mit diesem Begriff werben, um z.B. auf Messen Aufmerksamkeit für verbrauchsärmere Maschinen zu bekommen und Fortschrittlichkeit zu signalisieren. Die öffentlichkeitswirksame Erstpräsentation des Begriffs Industrie 4.0 auf der Hannover Messe 2011 lässt darauf schließen, dass eine positive Außenwirkung beabsichtigt wurde. Trotzdem bringen ein gemeinsamer Oberbegriff und besonders eine gemeinsame Plattform Vorteile für die zahlreichen involvierten Stakeholder. Eine Institution wie die Plattform Industrie 4.0 kann Ideen und Forschungsergebnisse aus der Wissenschaft einarbeiten, diese mit Erfahrungen aus der Wirtschaft verbinden und in den beteiligten Verbänden diskutieren sowie für politische Impulse sorgen. Letztendlich erfahren die Öffentlichkeit und die Presse von den Innovationen. Das Feedback kann die Wirtschaft wiederum in ihre Planung einarbeiten und die Politik für Positionsentscheidungen verwenden. Dadurch schließt sich der Kreis zu einem rückgekoppelten Informations- und Wissensnetzwerk, das Synergien nutzt und als Ansprechpartner einen Erfahrungsaustausch mit vielen Interessensgruppen ermöglicht.

3.1.1 Definitionen des Begriffs Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 wird - je nach Sichtweise und Fachgebiet - unterschiedlich definiert. Bevor diskutiert wird, ob es sich hierbei um eine Revolution, also per definitionem radikaler Natur, oder nur um eine Evolution handelt, werden im Folgenden verschiedene Definitionen zusammengetragen, um die unterschiedlichen Facetten des Begriffs kennenzulernen.

1. Der Lenkungskreis der Plattform Industrie 4.0 liefert in Zusammenarbeit mit dem

wissenschaftlichen Beirat die ausführlichste Definition: „Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.“ (Plattform Industrie 4.0 2014, S. 1)

2. Der Arbeitskreis Industrie 4.0 benutzt folgende Definition: „Industrie 4.0 meint im

Kern die technische Integration von CPS [Cyber-Physischen Systemen] in die Produktion und die Logistik sowie die Anwendung des Internets der Dinge und Dienste in industriellen Prozessen - einschließlich der sich daraus ergebenden Konsequenzen für die Wertschöpfung, die Geschäftsmodelle sowie die nachgelagerten Dienstleistungen und die Arbeitsorganisation.“ (Kagermann et al. 2013, S. 18)

3. Die populäre und freie Online-Enzyklopädie Wikipedia definiert das Ziel der

Industrie 4.0: „Das Ziel [von Industrie 4.0, Anm. d. Verf.] ist die intelligente Fabrik (Smart Factory), die sich durch Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz und Ergonomie sowie die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse auszeichnet. Technologische Grundlage sind Cyber-physische Systeme und das Internet der Dinge.“ (Wikipedia 2014)

4. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite, der Leiter des Fraunhofer Anwendungszentrums

Industrial Automation, definiert die Thematik wie folgt: „Unter „Industrie 4.0“ wird die durch das Internet getriebene vierte industrielle Revolution verstanden. Sie umschreibt den technologischen Wandel heutiger Produktionstechnik hin zu Cyber-physischen Produktionssystemen (Smart Factory).“ (Jasperneite 2012)

5. Roland Bent, der Geschäftsführer Marketing und Entwicklung von Phoenix

Contact, einem großen mittelständischen Unternehmen für Elektrotechnik und Automation, das Industriepartner im BMBF-Spitzencluster „it's OWL“ ist, listet folgende lose Kernthemen der Industrie 4.0 auf (Hasse 2013, S. 16):

- Digitalisierung und Virtualisierung von Produkt und Produktion
- Verbindung von virtueller und realer Welt (cyber-physical systems)
- Wandlungsfähigkeit durch Selbstkonfiguration und Adaption, alle Teile und Prozesse interagieren miteinander
- Hierarchielose durchgängige und endpunktorientierte Kommunikation
- Einbeziehung des Menschen und seiner Rolle (mobile Werker; Anpassen der Maschine an den Menschen)
- Intelligente Vernetzung von Prozessen, Produkten, Anlagen und Menschen

Zusätzlich zu diesen fünf Definitionen und Auflistungen gibt es eine Minimaldefinition, die Industrie 4.0 als „Internet der Dinge in der fraktalen Fabrik“ beschreibt. Zusammen geben sie einen Überblick über die enthaltenen Themengebiete, sodass sich nun eine eigene Definition erarbeiten lässt:

Im Mittelpunkt der Industrie 4.0 steht einerseits die wandlungsfähige und ressourceneffiziente Smart Factory mit sich selbst organisierenden Produktionseinheiten und dezentralen Steuerungsmechanismen auf Grundlage von Cyber-Physischen Systemen und vom Internet der Dinge und Dienste, das die Wirkungskette von Sensoren, IT und Aktoren berücksichtigt und in der der Mensch verstärkt in den Produktionsprozess integriert wird und Hilfestellungen von multimodalen industriellen Assistenzsystemen und Augmented Reality-Diensten erhält. Andererseits existiert in dieser Smart Factory eine international standardisierte, durchgängige Kommunikation verschiedener Maschinen und Produktionssteuerungssysteme, die belastbare Daten der gesamten Wertschöpfungskette in Echtzeit liefert sowie Daten ständig situations- und personenangepasst aufbereiten kann. Der Begriff Industrie 4.0 deutet auf die vierte industrielle Revolution, die informationstechnologische Revolution, hin.

3.1.2 Ziele und Handlungsfelder von Industrie 4.0

Damit Deutschland in Zukunft sowohl Leitanbieter als auch Leitmarkt für Industrie 4.0- Technologie wird, wurden folgende drei Ziele formuliert (Kagermann et al. 2013, S. 6):

- Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke
- Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme
- Digitale Durchgängigkeit des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette

Horizontale Integration beschreibt die Eingliederung verschiedener Prozessschritte der Industrie eines oder mehrerer Unternehmen aus dem Wertschöpfungsnetzwerk eines Unternehmens in ein durchgängiges System. Dazu gehören z.B. Planung, Einkauf, Produktion, Vertrieb und After-Sale-Services. Vertikale Integration beschreibt die Eingliederung verschiedener IT-Systeme auf unterschiedlichen Hierarchieebenen in ein System, z.B. von der Unternehmensleitebene zur Produktions- und Prozessleitebene und zur Feldebene. Das dritte Ziel ist eine Mischung aus horizontaler und vertikaler Integration, die Medienbrüche vermeidet und Transparenz des Waren- und Informationsstroms in Einkauf, Produktion, Logistik und Versand in Echtzeit, also zeitsynchron, anstrebt.

Die Forschungsunion und die Akademie für Technikwissenschaften „acatech“ nennen acht Handlungsfelder, um diese Ziele zu erreichen (Kagermann et al. 2013, S. 6 f.):

- Standardisierung und Referenzarchitektur
- Beherrschung komplexer Systeme
- Flächendeckende Breitbandstruktur für die Industrie  Sicherheit
- Arbeitsorganisation und -gestaltung
- Aus- und Weiterbildung
- Rechtliche Rahmenbedingungen
- Ressourceneffizienz

Diese acht Handlungsfelder werden im Laufe der Arbeit an geeigneten Stellen aufgegriffen und ausführlich thematisiert. Zum Breitbandausbau des Internets sei gesagt, dass gerade für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die oftmals abseits der Großstädte ihren Standort haben, ein schnelles, sicheres und stabiles Internet große Vorteile gegenüber der jetzigen Situation darstellt. Für KMU, die in die Digitalisierung ihrer Fertigung investieren möchten, hat die EU ab Anfang 2014 eine zweite Phase des Programms „Factories of the Future“ (FoF) initiiert. Bis zum Jahr 2020 stehen insgesamt 1,2 Milliarden Euro zur Verfügung (Siemens AG 2014, S. 18 f.). Das FoF-Programm ist jedoch nur ein Teilprojekt des 70 Milliarden Euro schweren „Horizont 2020“-Programms, das „kostspieligste Vorhaben zur Förderung von Forschung und Innovation, das die EU jemals initiiert hat“ (Siemens AG 2014, S. 19).

Das Primärziel der Industrie 4.0 ist jedoch die Produktivitätssteigerung von bis zu 50%, auch wenn diese Zahl kritisch hinterfragt werden muss und sicherlich nicht für ausgereifte, schlanke Produktionslinien von Großserien zutreffen wird (Kagermann 2013, S. 3). Später wurde vom ZVEI eine Produktivitätssteigerung von „nur“ 30% kommuniziert (ZVEI 2013, S. 39). Der VDI geht bezüglich Industrie 4.0 gar nur von „Effizienzpotentialen von 10-15% über alles geschätzt“ aus (Kämpfer 2014, S. 65).

3.2 Die Plattform Industrie 4.0

Die Zukunft der Produktion und die Verbreitung von Informationstechnologie sind globale Themen, die von Regierungen, Wirtschaftsunternehmen und in der Forschung aufgegriffen werden. In diesem Kapitel soll allerdings der Schwerpunkt auf Deutschland liegen. Als Vergleich werden exemplarisch die Vereinigten Staaten herangezogen. Auch wenn Industrie 4.0 keine Einzeltechnologie ist, kann auch hier ein Technikzyklus-Modell angenommen werden, das wissenschaftlichen Aktivitäten, Marktdiffusion und den zeitlichen Ablauf in Beziehung zueinander setzt und sechs Phasen generiert. Es scheint, als ob auch der Begriff Industrie 4.0 nach seiner „Entdeckung“ 2011 und der anschließenden Euphorie-Phase jetzt, 2014, durch die Bedenken im Bereich Datenschutz, Datensicherheit und Standardisierung in der dritten Phase der Ernüchterung angekommen ist. Folgende Abbildung zeigt das dreidimensionale idealtypische Technikzyklusmodell, das anhand von Patentanmeldungen und wissenschaftlichen Publikationen hergeleitet wurde.

Abbildung 4: Das Technikzyklus-Modell nach Meyer-Krahmer/Dreher4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2.1 Interessensvertretungen in Deutschland

Das Thema Industrie 4.0 ist eines der zehn branchenübergreifenden Zukunftsprojekte und gehört zur Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung Deutschland mit dem Ziel, die Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands zu stärken und „Deutschland zum Vorreiter bei der Lösung globaler Herausforderungen zu machen“. Die zuständigen Ressorts sind das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Mitwirkend ist auch das Bundesministerium des Innern (BMI). Laut Finanzplanung sind bis zu 200 Millionen Euro für dieses Projekt vorgesehen (Bundesministerium für Bildung und Forschung 2014). Bereits 2009 kamen Teilaspekte von Industrie 4.0 in den Fokus der Öffentlichkeit, z.B. wurde der Bundesregierung die „Nationale Roadmap Embedded Systems“ vorgelegt und 2011, zur Hannover Messe, trat die Initiative „Industrie 4.0“ unter der Führung von Prof. Dr. Henning Kagermann (Präsident Deutsche Akademie der Technikwissenschaften - acatech), Prof. Dr. Wolf- Dieter Lukas (Ministerialdirektor Schlüsseltechnologien im BMBF) und Prof. Dr. Wolfgang Wahlster (Vorsitzender der Geschäftsführung des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz - DFKI) an die Öffentlichkeit (Kagermann et al. 2011). Auch die Hannover Messe 2014 setzte unter dem Leitthema „Integrated Industry - Next Steps“ primär auf die Themen Smart Factory und Industrie 4.0.

Die Koordinierung der Aktivitäten in einer „Plattform Industrie 4.0“ übernehmen die drei Branchenverbände BITKOM (Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien), VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) und ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie). Gegründet wurde die Plattform der Interessensverbände auf der Hannover Messe im April 2013 (Bauernhansl et al. 2014, S. V). Die politischen Akteure erhalten von der Plattform Zwischenberichte, Forschungsergebnisse und Informationen über die Aktivitäten. Die Hauptaufgabe wird es sein, einerseits Technologien und Standards zu entwickeln, andererseits aber auch Geschäfts- und Organisationsmodelle voranzubringen. Eine Geschäftsstelle wurde in Frankfurt am Main errichtet, im Internet wurde eine Informationsseite online gestellt. Zusätzlich gibt es einen Vorstandskreis, der sich aus 18 Führungspersonen von Verbänden und Industrieunternehmen zusammensetzt und die „Außenrepräsentanz der Plattform gegenüber Politik, Presse und Öffentlichkeit“ übernimmt sowie der Plattform politische sowie strategische Anregungen sowie Wünsche mitteilt. Desweiteren gibt es einen Lenkungskreis, der Ziele der Zusammenarbeit festlegt. Auch er ist aus Mitgliedern der Verbände und Mitgliedsunternehmen zusammengesetzt sowie dem Sprecher des wissenschaftlichen Beirats der Plattform. Dieser besteht aus 19 Professorinnen und Professoren mit relevanten Arbeitsbereichen in Produktion und Automatisierung, Informatik sowie Jura und Arbeitssoziologie.

[...]


1 Quelle: Zakon 2014

2 Quelle: Kagermann et al. 2013, S. 17

3 Quelle: Allianz Global Investors 2010, S. 6

4 Quelle: TAB 2009, S. 33

Ende der Leseprobe aus 126 Seiten

Details

Titel
Digitaler Umbruch durch die Industrie 4.0. Grundlagen, Konzepte und deren Auswirkungen
Untertitel
Praxisbeispiele für den technologischen Stand
Hochschule
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)  (Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP))
Note
2,3
Autor
Jahr
2014
Seiten
126
Katalognummer
V296280
ISBN (eBook)
9783656949909
ISBN (Buch)
9783656949916
Dateigröße
5807 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Industrie 4.0;, Digitale Fabrik;, Smart Product;, RFID;, CPS;, Smart Factory;, Wandlungsfähigkeit;, Internet der Dinge;, OPC-UA, Plug&Produce
Arbeit zitieren
Benno Baltes (Autor), 2014, Digitaler Umbruch durch die Industrie 4.0. Grundlagen, Konzepte und deren Auswirkungen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/296280

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