Industrie 4.0. Wie die Digitalisierung voranschreitet

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung und Gang der Arbeit

2 Theoretische Grundlagen der Industrialisierung und Digitalisierung
2.1 Begriffsbestimmung Industrialisierung und Digitalisierung
2.1.1 Die industrielle Revolution 1.0
2.1.2 Die industrielle Revolution 2.0
2.1.3 Die industrielle Revolution 3.0

3 Merkmale der industriellen Revolution 4.0
3.1 Unterschiede zur Historie
3.1.1 Technologietrends
3.1.2 Der Wandel
3.1.3 Internet der Dinge
3.2 Digitalisierung im Unternehmen
3.3 Bedeutung für den Arbeitsplatz und das Unternehmen

4 Zukünftige Produktionsprozesse mit Industrie 4.0
4.1 Personalprozesse, Entwicklung und Führung
4.1.1 Assistenzszenario – der Akteur Mensch
4.1.2 Automatisierungsszenario – der Akteur Maschine
4.1.3 Ersetzbarkeit als Gefahr
4.2 Kritische Würdigung und Handlungsempfehlung

5 Fazit
5.1 Zielerreichung
5.2 Perspektiven

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Die vier Stufen der industriellen Revolution

Abbildung 2: Befragung zum Grad der Digitalisierung in Unternehmen

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Veränderung der Führung in der Industrie 4.0

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Was hat es auf sich mit diesem Wort, welches in aller Munde ist - Industrie 4.0? Industrie 4.0, die vierte industrielle Revolution, ein Projekt mit weitreichenden Folgen für die gesamte Weltwirtschaft und somit auch für Deutschland. Die sogenannte Smart Factory auch intelligente Fabrik genannt, die sich durch eine intelligente digitale Umwelt auszeichnet. Ressourceneffizienz, Ergonomie, Anpassungsfähigkeit, sowie die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse sind die Hauptcharakteristiken. Als technologische Basis gelten hierbei die Cyber-physischen-Systeme, Business Analytics und daraus resultierend das Internet der Dinge. Industrie 4.0, ein politisches und globales Thema in der Bundesregierung, in der Forschung und in Wirtschaftsunternehmen. Die Zukunft ist die digitalisierte Massenproduktion und die Verbreitung und Vernetzung von und mit Informationstechnologien weltweit.¹ Mit oder ohne den Menschen? Eine bedeutende Frage?!

1.1 Problemstellung

Industrie 4.0, Digitalisierung, das Internet der Dinge - Schlagwörter die die Arbeit der Zukunft beschreiben. Wie können Unternehmen sich darauf einstellen und was erwartet sie? Mit welchen Anforderungen werden sie konfrontiert und woher ergibt sich Industrie 4.0 bzw. was vor davor? Digitalisierung, Big Data ist in aller Munde. Was hat es damit auf sich? Wird der Mensch vollständig durch die Maschine ersetzt? Dies sind alles Fragen, mit denen sich Unternehmen und Menschen in Deutschland beschäftigen. Zusammengefasst beschäftigt sich diese wissenschaftliche Arbeit somit mit der Forschungsfrage: Womit müssen sich Unternehmen in Deutschland auseinandersetzen, wenn sie das Thema Industrie 4.0 und damit einhergehend die Digitalisierung in ihrem Unternehmen etablieren möchten? Unternehmer müssen zunächst einmal überhaupt verstehen, was es mit den verschiedenen Begrifflichkeiten auf sich hat. Dies und mehr gilt es im Verlauf dieser Arbeit zu beantworten, um ein Grundverständnis mit abschließender Handlungsempfehlung herauszufiltern und letztlich ein Fazit zu ziehen und Perspektiven aufzuzeigen.

1.2 Zielsetzung und Gang der Arbeit

In dieser wissenschaftlichen Arbeit wird das Thema Industrie 4.0 – wie die Digitalisierung insbesondere in Deutschland voranschreitet, durchleuchtet. Ziel ist es, dem Leser eine Übersicht über die relevanten Daten zu diesem Thema zu bieten und die Forschungsfrage „Womit müssen sich Unternehmen in Deutschland auseinandersetzen, wenn Sie das Thema Industrie 4.0 und damit einhergehend die Digitalisierung in ihrem Unternehmen etablieren möchten?“. Hierzu erfolgt im zweiten Kapitel eine generelle Begriffsbestimmung über Industrialisierung und Digitalisierung, gefolgt von theoretischen Grundlagen der einzelnen industriellen Epochen. Im dritten Kapitel wird dann der eigentliche Teil Industrie 4.0 erläutert und einem historischen Vergleich unterzogen. Das vierte Kapitel setzt sich mit den zwei Hauptakteuren Mensch und Maschine auseinander. Eine kritische Würdigung und Handlungsempfehlung folgt im Anschluss. Das fünfte und letzte Kapitel bildet durch ein Fazit mit Zielerreichung und einen perspektivischen Ausblick zum Thema, den Schlussteil. Es wird eine ausführliche Literaturrecherche aus dem FOM-Online-Campus – hier Ebesco, Wisio, Springer, Google Scholar, und der Universitäts-Bibliothek Duisburg zugrunde gelegt, die mit indirekten Zitaten, aber auch aussagekräftigen Abbildungen an das Thema heranführt.

2 Theoretische Grundlagen der Industrialisierung und Digitalisierung

Dieses Kapitel erläutert die theoretischen Grundlagen der Industrialisierung und Digitalisierung. Die Begriffsbestimmung ist ein wesentlicher Bestandteil dieser wissenschaftlichen Arbeit und folgt in diesem Kapitel.

2.1 Begriffsbestimmung Industrialisierung und Digitalisierung

Der Begriff der Industrialisierung auch gleichzusetzen mit der industriellen Revolution findet ihren Anfang im 18. Jahrhundert mit der Erfindung und dem Einsatz der Dampfmaschine. Mit ihr wurde die erste dampfbetriebene Maschine, der mechanische Webstuhl eingesetzt. Die industrielle Revolution war entfacht, gefolgt von arbeitsteiliger und maschineller Massenproduktion. Heute steht die Anwendung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien und die Prozessoptimierung unter Berücksichtigung der Kundenanforderungen, sowie die Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette im Vordergrund.² Die Digitalisierung findet in der Praxis in einer Reihe von unterschiedlichen Bereichen Anwendung. Hierbei werden analoge Prozesse in einen elektronisch unterstützende Prozesse umgewandelt, wozu Informations- und Kommunikationssysteme unterstützend herangezogen werden. Je nach Digitalisierungskonzept unterscheiden sich die herangezogenen Systeme nach Branchen und Unternehmensgröße.³

2.1.1 Die industrielle Revolution 1.0

Die erste industrielle Revolution bezeichnet die durch grundlegende technische Erfindung entstandene Industrialisierung, die eine Umwandlung der Sozial- und Gesellschaftsordnung mit sich brachte und zwischen 1760 und 1830 ihren Anfang fand. Allgemein wird als Auslöser die Erfindung der Dampfmaschine gesehen, wie im Vorkapitel beschrieben.⁴ Es gab Vor- und Nachteile, bedingt durch eine schnelle Entwicklung von neuen Technologien und Fortbewegungsmöglichkeiten. Beispielhaft sind die strukturellen Hungersnöte der Bevölkerung die abnahmen und die Bevölkerungszahl die stark zunahmen. Durch die neuen logistischen Mittel war eine zügige und sichere Versorgung durch den Agrarsektor für die Menschen in den industriellen Städten möglich.⁵

2.1.2 Die industrielle Revolution 2.0

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts beginnt die zweite industrielle Revolution und mit ihr die Entdeckung der Elektrizität, was die ersten Fließbandmaschinen in arbeitsteiliger Massenproduktion möglich machte. Henry Ford bekannt für die Einführung der ersten Fließbandproduktion begann damit 1913 im großen Stil und arbeitete ständig an der Weiterentwicklung. Mit den ersten am Fließband automatisiert hergestellten Automobilen, war die Akkordarbeit für geleistete Mengeneinheiten entstanden. Menschen wurden von nun an im Akkordlohn bezahlt. Erste Lieferungen über die Ländergrenzen, sogar Kontinente hinaus begannen und somit auch die Anfänge der Globalisierung. Schiffe, Eisenbahnen und somit auch der Schwertransport war in diesen Zeiten möglich geworden. Die wirtschaftliche Zusammenarbeit zwischen Händlern wurde grundlegend verändert.⁶

Die Revolutionierung der Telekommunikation wie Telefax und Telefon durch die Entdeckung der Elektrizität war ein weiterer wichtiger Meilenstein in der Epoche Industrie 2.0. Es wurde möglich, relativ kostengünstig und schnell auf den Telewegen weltweit zu kommunizieren, was wiederum dazu führte, dass die Menschen begannen sich miteinander über weite Strecken hinaus zu vernetzen.⁷

2.1.3 Die industrielle Revolution 3.0

Die dritte industrielle Revolution begann Anfang 70er Jahre. Der Personalcomputer wurde in den ersten Büros eingesetzt und war schon bald aus Unternehmen nicht mehr wegzudenken, denn es wurden Netzwerke weltweit geschaffen, die Kooperationen möglich machten. Ein neuer Industriezweig – für geschäftlichen und privaten Nutzen, war geboren. Noch vor den 1970er Jahren wurde der erste funktionsfähige Computer 1941 von Konrad Ernst Otto Zuse in Form des Z3 entwickelt. Dieser Computer war in der Lage frei programmiert zu werden, da er vollautomatisch und programmgesteuert war.⁸

Außerdem war die dritte industrielle Revolution geprägt durch Robotereinsätze, neue Materialien und zentrale Steuerungssysteme.⁹

3 Merkmale der industriellen Revolution 4.0

Die Merkmale der industriellen Revolutionen von 1.0 bis 3.0 wurden im vorherigen Kapitel ausführlich erläutert. In diesem Kapitel geht es darum, die Unterschiede der Industrie 4.0 herauszustellen. Hierzu werden im nachfolgenden Unterkapitel 3.1 die historischen Unterschiede dargelegt und im darauffolgenden Unterkapitel 3.2 die aktuellen Technologietrends vorgestellt.

Als Industrie 4.0 wird die intelligente Vernetzung von sämtlichen Akteuren in der gesamten Wertschöpfungskette, vom Lieferanten (auch dem Zulieferer) bis hin zum Kunden und dies in einer digitalen Umgebung bezeichnet. Unternehmen befinden sich im Zeitalter der Digitalisierung wieder, wenn alle relevanten Informationen auswertbar aufgenommen werden können - dies können zum Teil immense Datenmengen (Big Data= große Datenmenge) sein.¹⁰ Die Automatisierung von Produktionsprozessen wird durch die IT-unterstützte Vernetzung und Bereitstellung von aufbereiteten Informationen Zeiteffizienzen hervorbringen. Mit Hilfe von Cloud-basierten MES-Lösungen „intelligente Services“ werden neben zukunftsfähigen Produktionsanlagen eine vorausschauende Wartung und Instandhaltung durchführen und verwalten lassen.¹¹

3.1 U nterschiede zur Historie

Die deutsche Bundesregierung prägte im Jahr 2011 den Begriff Industrie 4.0 aus ihrer politischen High-Tech-Strategie heraus. Hierbei sollte ein Bezug zu den vorherigen drei industriellen Revolutionen hergestellt werden. Die industriellen Revolutionen entstanden weil sie entstehen mussten, aus den jeweiligen Gegebenheiten heraus. Im Grunde spricht für jede Revolution ein symbolischer Meilenstein und ebenso der steigende Grad der Komplexität. Nachfolgend bezugnehmend auf Kapitel 2 dieser Arbeit werden in diesem Kapitel die wesentlichen Epochen chronologisch dargestellt. Im Jahr 1784 leitete die Erfindung des ersten mechanischen Webstuhls, betrieben durch Wasser- und Dampfkraft, die erste industrielle Revolution ein. Ungefähr 100 Jahre darauffolgend wurde erstmalig die arbeitsteilige Massenproduktion durch den Einsatz des ersten Fließbandes eingeleitet. Hiermit war die zweite industrielle Revolution geboren. Gefolgt von der dritten industriellen Revolution gegen Ende des 20. Jahrhunderts mit Einführung der Computer in die Industrie. Mit dem jüngsten Projekt Industrie 4.0 soll somit die vierte industrielle Revolution vorangebracht werden. Hierbei sind die wesentlichen Merkmale wie eingangs in diesem Kapitel erläutert, die Digitalisierung und Vernetzung in produzierenden Unternehmen richtungsweisend. Die durchgängige Abbildung des Warenflusses, auch standortübergreifend findet im Zusammenspiel mit Mensch und Maschine statt. Hierbei sind als Kernkonzepte die Business Analytics und Cyber Physical Systems zu benennen. Hierzu wird im folgenden Unterkapitel 3.1.1 Technologietrends näher eingegangen.¹²

In der nachfolgenden Abbildung werden die vier Stufen der industriellen Revolution anschaulich dargestellt:

Abbildung 1: Die vier Stufen der industriellen Revolution

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: https://eneff-industrie.info/textbeitraege/2015/impulse-zu-industrie-40-und-digitaler-wirtschaft/, Zugriff 21.07.2019, © BMWi , acatech

In dieser Abbildung 2 werden die vier Stufen in einem Zeitraffer dem Grad der Komplexität gegenübergestellt, die mit jeder neuen Epoche weiter steigt. Die einzelnen Epochen wurden in den vorherigen Kapiteln bereits erläutert.

3.1.1 Technologietrends

Die Kernkonzepte der Industrie 4.0 sind Cyber Physical Systems, kurz CPS und Business Analytics. CPS wird z.B. bei modernen Produktionsanlagen eingesetzt, hier werden sogenannte Mikrocontroller, kleine Computersysteme mit einer speziellen Software zur Steuerung, Regelung und Überwachung eingesetzt. Wobei die Produktionsanlage selbst für das Physical und die spezielle Software das Cyber steht. Sobald ein Kommunikationsnetz zwecks Komponentenkontrolle und Fernwartung integriert ist, wird daraus ein CPS. Business Analytics ist die Möglichkeit analytische Auswertungsmethoden auf große Datenmengen anzuwenden. Die Besonderheit ist, dass dies in Echtzeit und automatisch möglich ist. Wenn also CPS und Business Analytics kombiniert werden, sind die Voraussetzungen für Industrie 4.0 gegeben. Gesamtheitlich spricht man von smarter Produktion mit smarten Produkten, wenn innerhalb eines Unternehmens die Digitalisierung und Vernetzung funktionieren.¹³

3.1.2 Der Wandel

Der derzeitige Wandel in Sachen Digitalisierung bringt in vielerlei Hinsicht Neuerungen mit sich und zwar in sämtlichen Bereichen, wie den Natur- und Ingenieurswissenschaften, Managementwissenschaften, aber auch der Psychologie u.v.m.. Die Transformation durchleben alle Bereiche auf Ihre Art. Bspw. die Psychologie sieht sich vor ganz neuen Themenfeldern wie User Experience, Maschinelles Lernen oder in Bezug auf die Prozessoptimierung in der Arbeitswelt – Industrie 4.0. Hierbei wird ein Begriff im digitalen Zeitalter verbunden „The Digital Turn“. Die strategische Mensch-Maschine Partnerschaft ist ebenso ein prägender Begriff für die derzeitige digitale Transformation. Bei dieser Partnerschaft greift der Mensch auf kognitive Technologien zu und ergänzt sie um seine Fähigkeit des Adlerblicks, also das Große-Ganze zu sehen und zu verstehen. Eine Kontrolle wird bei dieser Beziehung eine bedeutende Rolle spielen, denn Nebenwirkungen sind vorprogrammiert, vor allem aber jene die heute noch nicht ersichtlich sind.¹⁴

3.1.3 Internet der Dinge

Das Internet ist heute ein fester Bestandteil des Lebens, sowohl beruflich als auch privat. Der Einzug von sogenannten „intelligenten“ Gegenständen bzw. Dingen nimmt derzeit Fahrt auf. Beispielsweise intelligente Joghurtbecher, deren Verfallsdatum eine Erinnerung bis hin zur Auslösung einer Nachbestellung führen. Man spricht auch von selbstgesteuerten Produkten, die eigenständig in einem Herstellungsprozess landen bzw. diesen auslösen. Das Internet der Dinge ist als Teilsystem des Konzeptes Industrie 4.0 zu verstehen und gehört somit unabdingbar zusammen. Eine künstliche Intelligenz die in der Lage ist, ständig dazu zu lernen und somit dem Menschen mehr und mehr Entscheidungen abzunehmen.¹⁵

[...]

¹ Vgl. Botthof, A., Hartmann, A., Zukunft der Arbeit, 2015, S. 3 ff.

² Vgl. Betsch, O., Thomas, P., Industrialisierung, 2005, S. 57-137.

³ Vgl. Schütze-Kreilkamp, U., Digitalisierung, 2017, S. 24.

⁴ Vgl. Ceylan, R., Wandel Industrie, 2006, S. 36.

⁵ Vgl. Walter, R., Wirtschaftsgeschichte, 2011, S. 17 ff.

⁶ Vgl. Kersten, W., et al., Industriebewegung, 2014, S. 130.

⁷ Vgl. Sendler, U., Kommunikation, 2016, S. 23.

⁸ Vgl. Frick, T., Industrierevolutionen, https://industrie-wegweiser.de/von-industrie-1-0-bis-4-0-industrie- im-wandel-der-zeit/, Zugriff am 24.07.2019.

⁹ Vgl. Kagermann, H., et al., Start Industrie 4.0, https://www.wiso-net.de/document/VDIN__477520%7 CVDIA__477520, 2011, S.1-2, Zugriff am 24.07.2019.

¹⁰ Vgl. Seiter, M., et al., Umsetzung Industrie 4.0, 2016, S. 7.

¹¹ Vgl. Pinnow, C., Schäfer S., IT-Sicherheit, 2017, S. 38 f.

¹² Vgl. Seiter, M., et al., Umsetzung Industrie 4.0, 2016, S. 7.

¹³ Vgl. Seiter, M., et al., Umsetzung Industrie 4.0, 2016, S. 8-9.

¹⁴ Vgl. Deckert, R., Technolgoischer Wandel, 2019, S. 1-6.

¹⁵ Vgl. Bremer, A., Internet der Dinge, 2017, S. 11 ff.