Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Chance oder Risiko für Beschäftigte?

I. Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. ͣZukunftsprojekt Industrie 4.0“
2.1 Historische Einordnung
2.2 CPS - ͣcyber-physisches System“
2.3 Industrie 4.0 als vernetztes Fabriksystem - ͣSmart Factory“

3. Entwicklung der Arbeitsprozesse
3.1 Folgen für die Arbeit
3.2 Veränderungen der Kompetenzanforderungen

4. Schlussbetrachtung

5. Literaturverzeichnis

II. Abkürzungsverzeichnis

III. Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

Das deutsche Wirtschafts- und Industriesystem unterliegt gegenwärtig technologiebasierten Transformationsprozessen. Sowohl im Bereich der Energiewirtschaft werden auf der Grundlage von erneuerbaren Energien neue ökologischere Formen zur Energiegewinnung etabliert, als auch im industriellen Sektor wird mittels einer zunehmenden Digitalisierung von Arbeitsprozessen, Dienstleistungen und Produkten ein neuer Charakter des Arbeitens geschaffen. Innovationspolitisch wird diese neue Form der Erwerbstätigkeit in einem industriellen Rahmen auf Basis der Vernetzung der physikalischen Welt mit der Welt des Internet als ͣZukunftsprojekt Industrie 4.0“ bestimmt.

Thema dieser Arbeit ist die Darstellung des Transformationsprozesses der Industrie 1.0 zur Industrie 4.0, die Abbildung der technischen und technologischen Neuerungen sowie die Analyse der damit verbundenen Entwicklungen bzw. Veränderungen für den Arbeitsprozess und dessen Kompetenzanforderungen. Auf der Grundlage dieser Erläuterungen wird in der Schlussbetrachtung die Frage beantwortet werden, inwiefern die vierte industrielle Revolution, Risiko oder Chance für die Beschäftigten ist.

Das zweite Kapitel der rbeit befasst sich mit dem ͣZukunftsprojekt Industrie 4.0“ und wird mit einer prägnanten geschichtlichen Einordnung der vierten industriellen Revolution in Abschnitt 2.1 eingeleitet. Hier soll der Fokus auf die Modernisierungsprogramme des industriellen Aufstiegs ab 1750 gelegt werden. Zudem werden die Maßnahmen der zweiten industriellen Revolution ab 1870 und die Neuerungen der dritten industriellen Revolution ab 1960 beleuchtet. Anschließend wird in den Passagen 2.2 und 2.3 die vierte industrielle Revolution beispielhaft an der Darstellung des cyber-physischen Systems und der Erläuterung der ‚Smart Factory͚ bzw. des vernetzten Fabriksystems präsentiert. Im darauffolgenden dritten Kapitel werden in dem Abschnitt 3.1 Konsequenzen der Industrie 4.0 für klassische industrielle Arbeitsprozesse sichtbar gemacht. Explizit werden hierbei die Aufgabeninhalte und die Virtualisierung von Arbeitsschritten thematisiert. Nachfolgend werden in der Passage 3.2 die Veränderungen der Kompetenzanforderungen für Beschäftigte aufgrund der Einführung neuer komplexer Technologien untersucht.

In der anschließenden Schlussbetrachtung wird eine Bewertung der vierten industriellen Revolution auf der Grundlage von prozessorientierten Vor- und Nachteilen für die Beschäftigten eines Industrieunternehmens vorgenommen.

2. „Zukunftsprojekt Industrie 4.0“

Industrie 4.0 beschreibt einen vierten bedeutenden Einschnitt in der Entwicklung der Industrie. Die industriellen Arbeits-, Kommunikations- und Interaktionsprozesse haben sich hinsichtlich früherer industrieller Revolutionen erneut grundlegend verändert, sodass diese Entwicklung als vierte industrielle Revolution festgehalten werden kann.

Um die Unterschiede der Industrie 4.0 zu den drei vorausgegangenen industriellen Revolutionen besser nachvollziehen zu können, bedarf es einer prägnanten Darstellung der vergangenen drei Revolutionen.

2.1 Historische Einordnung

Um 1750 fand der industrielle Aufstieg auf der Grundlage der Entwicklung der Dampfmaschine statt. Die Produktion von Gütern fand nun mit Hilfe mechanischer Anlagen, betrieben durch Wasser- und Dampfkraft statt. Innovationen, wie der erste mechanische Webstuhl von 1784, erzielten höhere Produktionszahlen und eine Verbesserung von Transportsystemen konnte die steigende Bevölkerungszahl in einem zunehmenden Verstädterungsprozess schneller versorgen. Die Optimierung der Infrastruktur auf der Basis von Dampfschifffahrt und Eisenbahnen war ein wichtiger Faktor für den rapiden Ausbau des industriellen Sektors, da Güter nun zeit- und kosteneffizienter vertrieben werden konnten (vgl. Bauernhansl 2014, S. 5 u. Botthof 2014, S. 4). Der Kosten und Zeitaspekt in der Herstellung von industriellen Gütern spielte in der zweiten industriellen Revolution ab 1870 ebenfalls eine zentrale Rolle. Auf der Grundlage der Entwicklung des Fließbands von Henry Ford konnte eine arbeitsteilige Massenproduktion mit Hilfe elektrischer Energie etabliert werden.

Dabei wird die Arbeit in kleine und kleinste Arbeitsschritte zerlegt. Einzelne Produktionsschritte werden an unterschiedlichen Stellen des Förderbands unternommen und ergeben letztlich ein Gesamtprodukt. Diese neue Form des Arbeitens mit Hilfe elektrischer Antriebswege ermöglichte in der Branche der Elektro-, Chemie- und Automobilindustrie eine Rationalisierung der Produktion und eine Erweiterung hin zur Großindustrie (vgl. Bauernhansl 2014, S. 5-6 u. Botthof 2014, S. 4).

Die dritte industrielle Revolution fand ab 1960 statt und wird auch als industrielle Moderne bezeichnet. Elektronik-, Informations- und Kommunikationstechnologien ermöglichten eine Produktion durch Automatisierungsprozesse. Automatisierung beschreibt hierbei die mithilfe von Maschinen realisierte Übertragung von Arbeit vom Menschen auf Automaten und selbsttätigen Fertigungsapparaten. Die Basis bilden hierbei der technische Fortschritt und Innovationen wie die erste speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) von Modicon 1969 (vgl. Bauernhansl 2014, S. 7 u. Botthof 2014, S. 4 u. Bengler 2012, S. 14).

Der Prozess der Informatisierung der klassischen Industrien, insbesondere der Produktionstechnik, spielt in der vierten industriellen Revolution ebenfalls eine zentrale Rolle. Mit dem Begriff Industrie 4.0 wird ein Zukunftsprojekt der Bundesregierung dargestellt, das sich mit Hightech- bzw. mit Innovations- strategien für die deutsche Industrie befasst um den Produktionsstandort Deutschland in ein neues Zeitalter zu führen. Ziel dieses Projekts ist es auf der Basis des ͣInternet der Dinge“ eine Verschmelzung der virtuellen Welt mit der physikalischen Welt voranzutreiben. Das klassische Internet, das auf die virtuelle Welt beschränkt ist, soll nun mit physischen Produktionsmaschinen vernetzt werden. Hierbei werden die Informationen, die für spezifische Situationen im Arbeitsprozess relevant werden, über Sensoren und Rechenkerne der Produktionsmaschinen an andere IT-Systeme weitergegeben. So soll sichergestellt werden, dass Informationen aus der dinglichen Welt effizient erfasst werden und effektiv digital über eine Dateninfrastruktur wie dem Internet weiterverarbeitet werden können (vgl. Schlick et al. 2014, S. 57-58 u. Botthof 2014, S. 3).

Diese Realisierung einer Produktion auf der Grundlage von sogenannten cyber- physischen Systemen und dem Internet der Dinge soll im kommenden Abschnitt konkreter beleuchtet werden. Zudem wird im Rahmen des ͣZukunftsprojekts Industrie 4.0“ die Produktionsumgebungsvision ͣSmart Factory“ erläutert.

2.2 CPS - „cyber-physisches System“

Cyber-physische Systeme sind Systeme bzw. Produktionsanlagen mit eingebetteter Software, die über Sensoren und sogenannten Aktoren mit der Außenwelt verbunden sind. Aktoren sind die Antriebselemente der CPS und setzen elektrische Signale in mechanische Bewegung um. Damit die Aktoren elektrische Signale bzw. vom Steuerungscomputer ausgehende Befehle empfangen können, muss das cyber-physische System als solches kommunikationsfähig gemacht werden. Dazu werden die CPS an ein digitales Netzwerk angebunden und nutzen Dateninfrastrukturen wie das Internet um mit anderen IT-Systemen zu kommunizieren. Eine derartige Kommunikation findet auf der Basis von Informationen bzw. Datensätzen statt, die mittels einer Sensorik der Fertigungsanlagen aus dem Produktionsumfeld erfasst werden. Informationen der physikalischen Welt können so von cyber-physischen Systemen ermittelt werden und anschließend mithilfe der Verständigung mit global verfügbaren Daten, Diensten und Systemen digital ausgewertet werden. Die Auswertung der Daten findet im Sinne einer Produktivitätssteigerung der zu fertigenden industriellen Güter statt. Die ausgewerteten bzw. optimierten Informationen gelangen seitens einer Rückkoppelung zurück zu den Produktionsmaschinen und wirken auf die physikalische Welt - in diesem Fall auf den Fertigungsprozess - ein (vgl. Bauernhansl 2014, S. 15-16).

Der konzeptionelle Dreiklang des cyber-physischen Systems sieht eine Analyse der Informationen der physikalischen Welt auf der Grundlage von Erfassung, Interpretation und Reaktion vor um einen industriellen Mehrwert erzielen zu können (vgl. Schlick et al. 2013, S. 79).

Hierzu werden mittels eines optischen Sensors, Daten des zu fertigenden Werkstücks aufgenommen und gespeichert. Anschließend werden diese Datensätze über das Internet zu bestimmten externen, cloud-basierten Auswerte-Softwares weitergeleitet. Die Auswertung der Informationen findet auf der Basis von unternehmensspezifischen Parametern statt, sodass die Individualität des Endprodukts trotz zentralisierter externer Analyseservices gegeben ist. Nach der Auswertung der physikalischen Informationen in den digitalen Cloud-Services werden die Daten an den jeweiligen Produktionsstandort zurückgesendet und beeinflussen die Aktoren der Fertigungsmaschinen. Die elektrischen Signale werden nun in mechanische Bewegungen umgesetzt, sodass die maschinelle Produktion anhand der erhaltenen optimierten Steuer- und Arbeitsinformationen fortgeführt werden kann (siehe Abbildung 1 u. vgl. Naumann et al. 2014, S.515-517).

Abbildung 1: Sensor als cyber-physisches System mit cloud-basiertem Auswertesystem

Abbildung in dieer Leseprobe nicht enthalten

In vielen gegenwärtigen industriellen Robotersystemen werden Sensordaten lokal ausgelesen und verarbeitet. Das ͣOutsourcing“ der sensorischen Daten- sätze an digitale Cloud-Services im Kontext des ͣZukunftsprojekts Industrie 4.0“ hat den Vorteil, dass Prozesse zur Datenauswertung extern erfolgen, sodass Rechenleistung und Softwaresysteme ausgelagert werden können. Hinsichtlich der Effizienz einer industriellen Produktion können so positive Effekte erzielt werden, da zeitliche Schwankungen im Bedarf für Rechenleistung von

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