Was bedeutet Industrie 4.0 für Unternehmen?

Industrie 4.0 ist ein Zukunftsprojekt in der Hightech-Strategie der Bundesregierung, mit dem die Informatisierung der klassischen Industrien, wie z.B. der Produktionstechnik, vorangetrieben werden soll. Das Ziel ist die intelligente Fabrik („Smart Factory“). Technologische Grundlage sind Cyber-physische Systeme und das Internet der Dinge.

Unter dem fast ausschließlich in Deutschland gebrauchten Schlagwort Industrie 4.0 versteht man die vierte Stufe der industriellen Revolution: Nach Dampfmaschine, Fließband und Computerisierung der Büros geht es jetzt um die Integration der Internet-Technologien in Produkte und Produktionstechnik. Was hier als Industrie 4.0 diskutiert wird, läuft außerhalb Deutschlands vielfach unter dem Begriff „Industrial Internet“.

Eine Technologie von Industrie 4.0 sind cyber-physische Systeme, eine Kombination von Informatik und Mechanik – man spricht auch von Mechatronik – mit dem Ziel, weitgehend autonome Systeme zu schaffen. Hierzu gehören beispielsweise die ersten Ansätze zu fahrerlosen Autos (wie das Google-Auto) oder auch der augenblicklich auf dem Mars fahrende Rover. Wenn auch eine Leitstelle den Mars-Rover steuert, so ist er doch ein autonomes Gerät: Wegen der Übertragungsdauer eines Signales von der Erde zum Mars kann der Rover nicht mit einer „normalen“ Fernsteuerung gesteuert werden. Lokale Sensoren des Rovers nehmen die Umwelt wahr, und lokale Software wertet die entsprechenden Daten aus, trifft Entscheidungen und gibt Fahrbefehle, die von der Mechanik ausgeführt werden. Solche Konzepte sind in den Einpark- und Zusammenstoß-Vermeidungssystemen in bestimmten Autos bereits realisiert. Wesentliche Merkmale von cyber-physischen Systemen sind also Sensoren zur Wahrnehmung der Umwelt und eingebettete Software zur autonomen Überwachung und Steuerung des Systems.

In der Fertigung haben cyber-physische Systeme ein hohes Potenzial, die Produktivität in der Produktion und in der Supply Chain deutlich zu steigern. Prozesse, die bisher nur die Abläufe („Workflow“) von Produktion kontrollierten, werden jetzt um Dinge (oder Geräte) erweitert: Dinge werden Teil von Prozessen und Prozessoren werden in Dinge eingebettet. Das wird zum Begriff “Smart Factory” zusammengefasst, eine Kombination von unternehmensübergreifender Produktionslogistik, Mensch-Maschine- und Maschine-Maschine-Interaktion und 3D-Replikation in industriellen Anwendungen.

So gewinnt man Autonomie und bekommt intelligente („smarte“) Produktionsprozesse, die sich selbst kontrollieren und regulieren. Vorteile sind hier eine weitergehende Optimierung von Fertigungsprozessen über Lean Manufacturing hinaus und eine Vermeidung von Schäden und Unfällen durch rechtzeitiges Erkennen von Problemen und Risiken. Das kennt man ja bereits unter dem Begriff „selbstheilende Systeme“ in der Informatik: Auftretende Fehler werden erkannt und durch das System autonom behoben. Das will Industrie 4.0 sowohl auf Dinge wie Produktionsprozesse auf der Metaebene als auch auf Produkte auf der Instanzenebene übertragen. Das Ziel lässt sich beispielsweise formulieren als Kreation eines 3D-Replikators als Produktionsprozess, der einen 3D-Replikator als Produkt generiert.

Die zweite Technologie, die Industrie 4.0 ausmacht, ist das Internet der Dinge. Die Idee ist, dass auch Geräte über das Internet miteinander verbunden werden und so miteinander kommunizieren können. Für mehr Information zum Internet der Dinge verweise ich auf den Blog Dinge werden lebendig und interaktiv im Internet of Things.

Mit Industrie 4.0 legt die Bunderegierung einen Schwerpunkt auf “Smart Factory”, also auf intelligente Produktionssysteme und -verfahren sowie auf das Schaffen verteilter und vernetzter Produktionsstätten. Damit soll die Position Deutschlands als Industrie- und Export-Nation gefestigt und weiter ausgebaut werden. Produktion, die bisher in Billiglohn-Ländern stattfand, kann wieder nach Deutschland geholt werden.

Der Weg zu Industrie 4.0 ist aber noch weit. Große Probleme stellen die Beherrschung der Sicherheit sowie das Volumen von Kommunikation und Daten dar. Die Sicherheit steht dabei ganz oben. Es sind hier vor allem zwei Aspekte, die Zuverlässigkeit der eingebetteten Software und der Schutz vor Hacking. Man stelle sich einen Systemausfall bei einem mit 130 km/h auf der Autobahn fahrenden fahrerlosen Autos vor oder einen Cyberangriff auf eine operative Produktionsstätte! Die Beherrschung und Auswertung großer Volumen von Kommunikation und Daten fasst man heute unter dem Begriff „Big Data“ zusammen. Hier kommen aktuell in raschen Innovationszyklen neue Technologien und neue Verfahren auf den Markt. Diese Probleme scheinen aus heutiger Sicht gut lösbar zu sein.

Weitere Probleme liegen in der Frage der Standardisierung der Protokolle und Schnittstellen. Das bedeutet im Endeffekt der Wille der Industrie, in Sachen Industrie 4.0 zusammenarbeiten zu wollen. Aber noch ein ganz anderes Problem stellt uns die Industrie 4.0-Initiative: Werden durch Industrie 4.0 mehr Arbeitsplätze geschaffen als vernichtet? Hier gibt es erste Stimmen vom MIT, die sagen, dass bereits die heutigen Technologien zum ersten Male in der Geschichte mehr Arbeitsplätze vernichten als schaffen. Das stellt die Gesellschaft vor eine bisher nicht gekannte soziale und wirtschaftliche Herausforderung. Antworten dazu gibt es noch nicht, aber wir sollten uns diesem Phänomen dringend stellen.