Industrie 4.0

Wirft man einen Blick auf die Geschichte der Menschheit, so liegt die industrielle Revolution des 18. Jahrhunderts noch gar nicht weit zurück. Mit neuen Erfindungen, wie der Spinning Jenny, der Dampfmaschine oder der Eisenbahn, wurde die bis dahin mühselige Handarbeit in der Textilindustrie von Maschinen übernommen. Diese Neuerungen brachten einen großen Sprung in der Produktivität mit sich, sodass sich die industrielle Revolution in den kommenden 100 Jahren von England über ganz Europa ausbreitete. Heute stehen wir an der Schwelle der vierten industriellen Revolution hin zu Industrie 4.0. Diese wird durch Smart Technology und Digitalisierung vorangetrieben.

Was ist Industrie 4.0?

Die Industrie unterliegt einem stetigen Wandel – von Industrie 1.0 bis Industrie 4.0. Während die historische Tragweite der Veränderungen durch Dampfmaschine und Elektrizität aus dem Geschichtsunterricht bekannt sind, durchleben wir den aktuellen Umschwung in Echtzeit. Im Falle dieser industriellen Revolution gab es keine bahnbrechende Erfindung, die innerhalb kürzester Zeit in allen Industriezweigen eingeführt wurde. Stattdessen finden die Veränderungen langsam statt und werden nach und nach in den einzelnen Sektoren umgesetzt. Was ist also die Industrie 4.0 und was hat diese neu industrielle Revolution ausgelöst?

Die Zeiten der Spinning Jenny und der Dampflokomotive als Treiber großartiger Veränderungen gehören der Vergangenheit an. Stattdessen sind das Internet und die Digitalisierung ein großer Teil der Industrie 4.0. Wie die vorangegangenen Revolutionen, bringt auch diese zahlreiche Veränderungen in den einzelnen Unternehmen mit sich, die entweder bereits begonnen haben oder noch bevorstehen. Doch wie genau wirken sich diese Veränderungen aus?

Industrie 4.0 Definition

Werfen wir zu Beginn erst einmal einen Blick darauf, wie diese vierte industrielle Revolution definiert wird. Industrie 4.0, einfach erklärt, bedeutet die Digitalisierung der industriellen Produktion. Hier werden Produktionsabläufe und Maschinen anhand moderner Kommunikationstechnologien intelligent miteinander vernetzt. Durch diese Vernetzung werden Produktionsprozesse vereinfacht oder sogar selbststeuernd automatisiert, ohne, dass ein Mensch dabei eingreifen muss.

Neben einfacher Digitalisierung kommen in der Industrie 4.0 auch Smart Technology, künstliche Intelligenz und Roboter zum Einsatz. Die Einbindung und Verknüpfung von Sensoren, Maschinen und anderen Netzwerkgeräten wird auch als IoT Industrie (Internet of Things) bezeichnet. IoT ermöglicht eine konstante Datenerhebung und -auswertung, die dazu genutzt wird, wirtschaftliche Prozesse zu perfektionieren.

Industrie 4.0 bezeichnet das Zukunftsprojekt der Bundesregierung, welches in den kommenden Jahren in die Tat umgesetzt werden und die deutsche Wirtschaft für die Zukunft rüsten soll. Auch im Marketingbereich und in der Wissenschaftskommunikation ist von Industrie 4.0 die Rede, wenn über den aktuellen technischen Umschwung gesprochen wird.

Definition Digitalisierung

Die Digitalisierung spielt in der Industrie 4.0 eine besonders große Rolle. Darunter versteht man die Verlagerung analoger Prozesse und Informationen auf digitale Prozesse und Informationen. In der Wirtschaft erstreckt sich die Digitalisierung über alle internen und externen Abläufe, vom Einkauf, über das Warenwirtschaftssystem und Logistik, bis hin zur Kundenkommunikation. 

Merkmale der Industrie 4.0

Der Umschwung von der analogen in die digitale Welt bringt viele Veränderungen mit sich, die sich im Alltag der Industrie bemerkbar machen. Wie auch bei anderen industriellen Revolutionen zuvor findet hier eine erhebliche Vereinfachung vieler Prozesse statt, die daraufhin schneller und effizienter ablaufen. Zudem können die Abläufe individuell an Nutzer:innen angepasst werden. Die größten Unterschiede liegen in den folgenden Bereichen:

Flexibilität

Einer der größten Vorteile, welche die vierte industrielle Revolution bietet, ist die Steigerung der Flexibilität in der Produktion. Fließbandarbeit oder auch rein computergesteuerte Prozesse sind in ihrer Flexibilität begrenzt und können – wenn überhaupt – nur umständlich angepasst werden. Durch intelligente Vernetzung der Systeme und den Einsatz von Smart Technology können Anpassungen schneller und effizienter vorgenommen werden, teils sogar ohne menschliches Eingreifen. Hier reagiert bereits die künstliche Intelligenz auf externe Faktoren und passt den Prozess an sich ändernde Faktoren an.

Optimierte Logistiklösungen

Ziel der vierten industriellen Revolution ist es, das Produkt noch näher an die Kund:innen zu rücken. Denken wir ein bis zwei Jahrzehnte in die Zeiten der Katalogbestellungen zurück, in denen der Post- und Warenweg mehrere Wochen bis Monate dauern konnte, so ist eine solche Verzögerung in der heutigen Zeit bereits nicht mehr vorstellbar. Die Digitalisierung und Technologie der Industrie 4.0 erlaubt es, Logistikwege zu verkürzen und die ablaufenden Prozesse zu beschleunigen.

Aktive Ressourcenschonung

Der Zusammenhang zwischen Digitalisierung und Industrie 4.0 zeigt sich primär in der Möglichkeit, Ressourcen aktiv zu schonen und sparsam mit den vorhandenen Ressourcen umzugehen. Allein die interne und externe Kommunikation kann im Laufe eines Wirtschaftsjahres zu einem erheblichen Papierverbrauch führen, der durch die Digitalisierung verhindert werden kann. Der Umzug von analogen auf digitale Medien benötigt zunächst eine Investition von Zeit, Geld und Materialien, spart aber auf lange Sicht diese in hohem Maße ein. Sogar in der Produktion von Prototypen kann die Digitalisierung einen wirtschaftlichen Vorteil schaffen.

Klare Kundenorientierung

Die Verkürzung der Logistikwege ist nicht der einzige Vorteil, den Kund:innen aus der Digitalisierung der Industrie zieht. Die verbesserte Kundenorientierung in der Industrie 4.0 zeigt sich bereits in der Werbung, die durch intelligente Algorithmen haargenau an den Kunden angepasst werden können. Auch der Bestellprozess wird vereinfacht. Digitale Neuerungen, wie Kunden-Chats oder vereinfachte Retourenabläufe, bringen Kund:innen und Unternehmen näher zusammen, wodurch die Kundenbindung gestärkt und die Zufriedenheit erhöht werden kann.

Effektive Datennutzung

Die Zeiten des Papierkriegs sind vorbei. Stattdessen werden Daten digital und gebündelt auf einem Server gelagert. Das bedeutet, dass Mitarbeiter:innen an jedem Standort zu jeder Zeit Zugriff auf alle Daten haben. Auch eine Bearbeitung durch mehrere Nutzer:innen zur gleichen Zeit ist möglich, wodurch die Arbeitsabläufe im Alltag vereinfacht und die Arbeitswege verkürzt werden. Sensoren und im Netzwerk angebundene Maschinen bedeuten ebenfalls, dass die Datenerhebung erleichtert wird. Diese kann nun automatisch anstatt manuell erfolgen, wodurch Zeit und Arbeitskraft eingespart wird.

Themengebiete innerhalb der Industrie 4.0

Mit jeder industriellen Revolution gibt es neue Erfindungen und neue Prioritäten, die auf den einzelnen Themengebieten gesetzt werden. Dabei geschehen die technologischen Fortschritte in immer kleinen Abständen und machen größere Sprünge. Zwischen der Erfindung der Dampfmaschine und der Einführung von Computern in den Arbeitsalltag lagen 200 Jahre, zwischen dem Zeitalter der Computer in den 1970ern und heute dagegen nur etwa 50 Jahre. In diesem kurzen Zeitraum fand die folgende Technologie und Software ihren Weg in die Industrie 4.0:

Intelligente Steuerung

Technologie wird intelligenter: vom Smartphone, über die Smart Home Einrichtung, bis hin zum praktischen Smart Speaker. Diese Erfindungen erleichtern nicht nur den Alltag vieler Privatpersonen, sondern kommen auch in der Industrie 4.0 zum Einsatz. Hier wird die intelligente Steuerung nicht dazu verwendet, das Wohnzimmerlicht oder die Heizung zu kontrollieren, sondern steuert stattdessen Maschinenmanagement und Produktionsprozesse. Dank intelligenter Hard- und Software in der Industrie 4.0 ist das Eingreifen des Menschen in den laufenden Prozess zunehmend weniger notwendig.

Smart Factory

Die intelligente Fabrik ist eine Vision der Industrie 4.0 und vor allem in der Fertigungsindustrie relevant. Der Begriff bezeichnet den Idealtyp einer Fabrik, in der die Fertigungsprozesse und Logistiksysteme durch intelligente Technologien so optimiert sind, dass sie Waren vollkommen selbstständig und weitestgehend ohne menschliches Eingreifen produzieren.

Internet of Things (IoT) und Industrial Internet of Things (IIoT)

Als Internet of Things, kurz IoT, wird eine Vernetzung von Maschinen, Geräte oder Sensoren bezeichnet, die in einem Netzwerk verbunden sind. Dabei müssen die einzelnen Geräte nicht an das Internet angeschlossen sein, sondern sich lediglich im selben Netzwerk befinden. Diese Geräte können untereinander Informationen austauschen und zusammenarbeiten.

Ein Beispiel aus dem Privatbereich wäre die Vernetzung eines Smart Speakers mit diversen Smart Home Geräten. In der Fertigungsbranche der IoT Industrie spricht man dagegen vom Industrial Internet of Things (IIoT). Doch auch hier arbeiten Produktionsgeräte und Maschinen nach dem gleichen Prinzip zusammen, um Informationen auszutauschen und Prozesse zu steuern.

Cloud-Computing

Das Cloud-Computing ist einer der wichtigsten Industrie 4.0 Bestandteile. Hierbei werden Daten nicht wie früher üblich lokal auf einem Computer abgelegt, sondern in der Cloud gespeichert. Das hat für die Industrie viele unterschiedliche Vorteile. Beim Verlust eines Laufwerks oder eines Computers sind die Daten selbst nicht verloren, sondern weiterhin über ein anderes Gerät abrufbar. Zudem spielt der Standort der Mitarbeiter:innen oder der Geräte keine Rolle, da von überall auf die Daten zugegriffen werden kann. Zudem können sie von mehreren Maschinen oder Mitarbeiter:innen gleichzeitig bearbeitet werden.

Digitaler Zwilling

Als digitaler Zwilling wird eine digitale Darstellung eines materiellen oder immateriellen Objekts bezeichnet. In der Industrie wird dieses Prinzip für Prozesse oder auch für Produkte verwendet. Ein Beispiel für einen digitalen Zwilling ist der Prototyp eines Produkts, der in digitaler Form entsteht und geprüft werden kann. Und dies, ohne dabei Materialien zu verschwenden.

Big Data

Durch die Automatisierung der Datenerhebung und den Einsatz von Sensoren kommt es im Alltag der Industrie immer mehr zur Anhäufung riesiger Datenmengen. Sind die Datenmengen so groß oder komplex, dass sie nicht mit herkömmlichen Methoden oder manuell verarbeitet werden können, wird in der Industrie 4.0 von Big Data gesprochen. Ebenfalls wird dieser Begriff als Synonym für die Technologien verwendet, die diese Datenmengen sammelt und auswertet. Big Data ist nicht nur für die Industrie von großer Bedeutung, sondern spielt auch eine ebenso wichtige Rolle in der Forschung, der Verbrechensbekämpfung, der Medizin und vielen weiteren Feldern.

Künstliche Intelligenz (KI)

Künstliche Intelligenz (KI), auch Artificial Intelligence oder AI genannt, ist Inspiration für viele Hollywood Filme. KI bezeichnet das maschinelle Lernen und das intelligente, menschenähnliche Verhalten von Maschinen. Dabei handelt es sich nicht um eine natürliche Intelligenz, sondern die programmierbare Eigenschaft der Maschine, selbstständig Probleme zu lösen und zu lernen. Auch das Deep Learning kommt in der Industrie 4.0 zum Einsatz, wobei durch den Aufbau neuraler Netzwerke auch komplexere Probleme gelöst werden können.

Industrie 4.0 in der Praxis

Der Prozess der Digitalisierung ist bereits in vollem Gange und wird sich in den kommenden Jahren fortsetzen. Für viele Unternehmen stehen die großen Änderungen noch bevor, doch das sollte kein Grund sein, sie zu fürchten. Denn die vierte industrielle Revolution birgt eine große Menge an Vorteilen in ihrer Anwendung.

Industrie 4.0 Anwendungsbeispiele

Wie bereits erwähnt, bringt die Industrie 4.0 viele spannende Technologien mit sich, die den Alltag der Unternehmen erheblich erleichtern können. Folgende Industrie 4.0 Anwendungsbeispiele finden sich bereits heute in vielen Unternehmen auf der ganzen Welt:

• Inventarübersicht und -automatisierung mithilfe von RFID Technologie und dem IIoT
• Prototypherstellung in Form eines digitalen Zwillings
• Roboter übernehmen monotone Montagearbeiten
• Zuverlässige Prognosenerstellung mithilfe von künstlicher Intelligenz

Was treibt die Digitalisierung und die Industrie 4.0 an?

Was genau der Treiber von Digitalisierung und Industrie 4.0 ist, lässt sich nicht eindeutig festlegen. Industrie 4.0 als Zukunftsprojekt der Bundesregierung ist nur ein Zahn im Zahnrad der Digitalisierung und stellt einen Anreiz dar, die deutsche Wirtschaft auf die Zukunft vorzubereiten.

Firmen, die auf dem internationalen Feld Erfolg haben wollen, beschäftigen sich jedoch schon länger mit der Digitalisierung und dem Einsatz intelligenter Netzwerke, um ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem internationalen Markt nicht zu verlieren. Denn auch in anderen Ländern der Welt schreitet die Digitalisierung zusehends fort. Die Nachfrage ist ein weiterer Punkt, der ebenfalls ausschlaggebender Treiber für die Industrie 4.0 ist. Das Interesse an neuen Technologien, welche den Arbeitsalltag erleichtern und die Produktionsprozesse verbessern, ist vor allem in großen Unternehmen vorhanden. Dort werden viele Bereiche der Industrie 4.0 bereits seit Jahren umgesetzt.

Arbeit und Sicherheit in der Industrie 4.0

Wie auch in den anderen industriellen Revolutionen zuvor bringt die Industrie 4.0 Vorteile und Nachteile mit sich. Das wirkt sich nicht nur auf den Arbeitsalltag aus, sondern auch auf die Sicherheit und den Umgang mit sensiblen Daten.

Wie verändert sich die Arbeit?

Der Arbeitsalltag verändert sich zunehmend. Auch wenn Computer bereits seit vielen Jahrzehnten in unserer Arbeitsumgebung angekommen sind, so war es bisher noch immer notwendig, einen Großteil der Arbeit manuell zu erledigen. Durch neue Technologien kommen in der Industrie 4.0 zunehmend Automatismen ins Spiel, wodurch viele Prozesse selbstständig und ohne menschliches Eingreifen ablaufen können. Das schließt viele Bereiche – von der Produktion, bis hin zur Fehlersuche – ein und trägt zur Steigerung der Produktivität bei.

Da in der Industrie 4.0 Daten nicht länger lokal, sondern auf der Cloud gespeichert werden, sind Mitarbeiter:innen nicht länger standortgebunden. Die Digitalisierung erlaubt einen ortsunabhängigen Zugriff, sodass von überall auf der Welt ohne Verzögerung gearbeitet werden kann. Das hilft dabei, Probleme schneller und effizienter zu lösen und gestaltet die Arbeit in der Industrie 4.0 allgemein flexibler.

Aufgrund automatisierter Abläufe und intelligenter Technologie kann es den Anschein haben, dass der Mensch nach und nach durch die Maschine ersetzt wird und somit wichtige Arbeitsplätze verschwinden. Das ist jedoch nicht der Fall. Tatsächlich findet lediglich ein Wandel statt, bei dem in der Tat einige Arbeitsplätze obsolet und durch automatisierte Technologien ersetzt werden. Gleichzeit entstehen jedoch vollkommen neue Berufszweige, die sich beispielsweise mit der Entwicklung und Wartung dieser neuen Systeme befassen.

Wie verändert sich die Sicherheit?

Bei diesen neuen Technologien stellt die Industrie 4.0 auch neue Anforderungen an die Sicherheit, da sich in der digitalen Welt verschiedene Angriffspunkte und Schwachstellen finden. Vor allem in vernetzten Systemen ist Cybersecurity ein wichtiges Schlagwort, da es sich aufgrund der Vernetzung nicht mehr nur um einen einzelnen Computer, sondern um das gesamte Unternehmen handelt, welches zur Zielscheibe von Cyberkriminalität werden kann.

Hier ist die Zusammenarbeit mit Sicherheitsexpert:innen gefragt, die Sicherheitslücken erkennen und beseitigen, bevor diese ausgenutzt werden können. Dabei ist besonders wichtig, die Sicherheit der Daten zu gewährleisten, ohne gleichzeitig das System durch langsame Software auszubremsen.

Die Bedeutung von Daten in der Industrie 4.0

Daten sind das Grundgerüst der vierten industriellen Revolution, ohne die modernes Arbeiten unmöglich wäre. Spätestens seit dem Inkrafttreten der DSGVO, ein Gesetz ein Schutz der personenbezogenen Daten, sind sie in aller Munde. Neben den persönlichen Daten werden in der Industrie 4.0 jedoch vorrangig Maschinendaten gesammelt, ausgewertet und ausgetauscht, die für einen reibungslosen Produktionsprozess unentbehrlich sind. Durch den Einsatz von Sensoren können diese Daten in Echtzeit übertragen werden und geben Auskunft darüber, wie ein Prozess optimiert werden kann oder ob Wartungsarbeiten an der Maschine notwendig sind.

Chancen und Vorteile der Industrie 4.0

• Wirtschaftswachstum – Der Einsatz moderner Technik in Verbindung mit der intelligenten Vernetzung und Digitalisierung des Produktionsprozesses steigert die Produktivität und führt dazu, dass Unternehmen in Zukunft individueller und flexibler reagieren können. Die aktive Ressourcenschonung in der Industrie 4.0 wirkt sich positiv auf das Budget der Unternehmen aus. 
• Schaffung neuer Berufszweige – Durch die Digitalisierung entstehen völlig neue Berufszweige, die in der digitalen Arbeitsumgebung zum Einsatz kommen. Das eröffnet vor allem für junge Menschen viele Möglichkeiten, einen zukunftsträchtigen Beruf zu ergreifen.

Herausforderungen der Digitalisierung

• Cyberkriminalität – Vernetzte oder cloudbasierte Systeme bergen oft Sicherheitslücken, die es zu finden und zu beseitigen gilt. Cybersecurity ist daher eine der größten Herausforderungen der Industrie 4.0, mit der sich IT-Experten:innen regelmäßig auseinandersetzen müssen, um nicht der Cyberkriminalität zum Opfer zu fallen.
• Wandel der Arbeitswelt – Wie auch in vorangegangenen industriellen Revolutionen findet ein Umbruch statt, der einige Berufszweige entfallen lässt, aber auch vollkommen neue Berufsfelder schafft. Das Umdenken kann in diesem Fall nicht erst in der Industrie stattfinden, sondern muss bereits in Schulen und Universitäten erfolgen, um den Bedarf an neuartigen Arbeitskräften abzudecken.

Entwicklung der Industrie 4.0 in Deutschland vs. im Ausland

Im Bereich Industrie 4.0 schneidet Deutschland im internationalen Vergleich nicht schlecht ab, denn vor allem große Firmen setzen bereits seit Jahren auf Digitalisierung, Vernetzung, Technologie und Software aus dem Bereich Industrie 4.0. Laut einer Umfrage des Digitalverbands Bitkom hat die Digitalisierung bei 56% der deutschen Unternehmen seit der Coronapandemie an Bedeutung gewonnen.

Auch die künstliche Intelligenz findet bereits in jedem siebten Unternehmen Anwendung. Angesichts dieser Zahlen sollte sich Deutschland im internationalen Vergleich nicht verstecken müssen, jedoch findet der digitale Wandel vorrangig in großen Unternehmen statt. Kleine und mittelständische Betriebe dagegen liegen noch immer unter dem nationalen und internationalen Durchschnitt. Mit der Coronapandemie hat jedoch in Deutschland ein Umdenken stattgefunden, wodurch die Bedeutung der Digitalisierung noch einmal verdeutlicht wurde.

Fazit

Die Digitalisierung schreitet weltweit mit schnellen Schritten voran. Cloudbasierte Anwendungen, intelligente Technologien, künstliche Intelligenz und breit gefächerte Vernetzungen sind nicht nur in der Industrie angekommen, sondern werden im Arbeitsalltag zunehmend wichtiger.

Intelligente Software wie die Maschinen- und Betriebsmittel­management Lösung von ToolSense und neue Technologien sind das Standbein der Industrie 4.0 und helfen dabei, die Produktivität und Flexibilität der Unternehmen zu steigern. Unternehmen, die auch in Zukunft den Anschluss nicht verlieren, müssen in die Digitalisierung investieren, um ihre Wettbewerbsfähigkeit beizubehalten.

FAQ