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Was ist Industrie 4.0?

In der hochautomatisierten, vernetzten Fabrik der Zukunft (Industrie 4.0) handeln Maschinen, Roboter und Werkstücke die Fertigungsabläufe selbstständnig untereinander aus. Abb.: Silicon Germany AG

In der hochautomatisierten, vernetzten Fabrik der Zukunft (Industrie 4.0) handeln Maschinen, Roboter und Werkstücke die Fertigungsabläufe selbstständig untereinander aus. Abb.: Silicon Germany AG

Unter „Industrie 4.0“ verstehen deren Verfechter die vierte industrielle Revolution nach:

  • 1. der Erfindung der Dampfmaschine Ende des 18. Jahrhunderts
  • 2. der Elektrifizierung der Fabriken ab 1866 und der Einführung des Fließbandprinzips ab 1913 und
  • 3. der Einführung computergesteuerter Werkzeugmaschinen in der 1960ern und 70ern.

Die 4. industrielle Revolution (und damit die „Industrie 4.0“) wäre laut heutigen Definitionen u.a. geprägt durch:

  • Lückenlose Automatisierung der Produktions- und Transportprozesse
  • Flexibel und schnell umrüstbare Bearbeitungs-Maschinen
  • Funkvernetzung von Werkstücken, Maschinen und Transport-Robotern, die alle mit Steuer- und Identifizierungs-Elektronik ausgestattet sind
  • Selbstständige Aushandlungsprozesse zwischen Werkstücken und Anlagen, welches Produkt so schnell und effektiv wie möglich wann und an welcher Maschine gefertigt werden kann.

Dadurch sollen auch Einzelanfertigungen innerhalb einer Massenproduktion möglich werden und die so ausgestatteten selbstorganisierende Fabriken etwa 30 Prozent produktiver arbeiten als heutige Fabriken.

Industrie 4.0 und die Fabrik der Zukunft

Vernetzte, hochautomatisierte und intelligente Fabriken sollen Deutschland einen produktiven Schub verleihen

Verfolgt man die öffentlichen Diskussionen über die wirtschaftliche Zukunft Deutschlands, taucht ein Begriff seit einigen Jahren immer häufiger auf: „Industrie 4.0“. Durch die jüngsten Fortschritte von Mikroelektronik, Sensorik, Robotertechnik, Software und Funktechnologie, so heißt es da oft, werde eine neue Generation vernetzter und intelligenter Fabriken entstehen. Und die sollen der deutschen Wirtschaft einen Produktivitätssprung von 30 Prozent ermöglichen und ihr im globalen Standort-Wettbewerb mit Asien und Nordamerika einen strategischen Vorteil verschaffen.

Diese Fabriken sollen ihre Produktion so effizient und flexibel organisieren können, dass auch Einzelanfertigungen („Losgröße 0“) innerhalb einer Massenproduktion möglich sein werden. Dies wäre eine Abkehr vom Fließbandprinzip, das seinerzeit vor allem der US-Industrielle Henry Ford in der Autoproduktion einführte, um Kosten zu sparen und billigere Autos zu bauen. Ford wird der Spruch nachgesagt: „Jeder Kunde kann seinen Wagen beliebig anstreichen lassen, wenn der Wagen nur schwarz ist“. Die heutige Autoindustrie hat sich von diesem Uniformitäts-Gedanken längst verabschiedet. In der „Industrie 4.0“ soll der individuelle Kundenwunsch dann ganz im Zentrum stehen – auch in anderen Branchen als im Fahrzeugbau.

Allerdings gibt es immer noch sehr viele unterschiedliche Meinungen darüber, was genau „Industrie 4.0“ eigentlich ist: Ob es sich da eher um eine Revolution oder einen evolutionären Prozess handelt – oder ob das alles vielleicht nur eine fixe Vermarktungs-Idee von Roboterherstellern und eitlen Wirtschaftspolitikern ist.

Kondensieren wir aus all den Äußerungen, Positionspapieren und Visionen das Gemeinsame und Wesentliche heraus, können wir zum Beispiel auf folgende Definition kommen:

 

Was ist Industrie 4.0?

 

Industrie 4.0 ist ein technologischer und organisatorischer Ansatz für eine neue Generation konsequent durchautomatisierter, vernetzter und selbstorganisierender Fabriken, die wiederum mit anderen Fabriken sowie Zulieferern und Abnehmern durch ein digitales Auftrags- und Versandmanagement vernetzt sind.

Diese „Smart Factories“ (intelligente Fabriken) werden aufgabengesteuert. Wie sie diese Produktionsaufgaben im Innern konkret realisieren, handeln die vernetzten und mit einem Mindestmaß an Eigenintelligenz und Umweltwahrnehmung ausgestatteten „Agenten“ dieser Produktionsprozesse – die Werkstücke, Anlagen, Transportaggregate, Roboter, Liefereinheiten et cetera – größtenteils dezentral und selbstständig aus.

Statt der linearen Produktion, wie sie in einer klassischen Fabrik üblich ist, werden in diesen Smart Factories die Materialströme und Bearbeitungs-Abläufe je nach Kundenauftrag und Maschinenverfügbarkeit ständig automatisch neuorganisiert. Dadurch steigen die Flexibilität, Auslastung und Produktivität der Fabrik und es werden auch Kleinstserien noch rentabel produzierbar. Ermöglichen soll dies eine „Massenproduktion“ von „Maßanfertigungen.“

 

Was bedeutet dabei das „4.0“?

Die Verfechter des Konzepts sehen damit die 4. Industrielle Revolution nahen. Die Zählweise:

  1. Industrielle Revolution: Die Erfindung und Perfektionierung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert machte aus Manufakturen maschinelle Fabriken, deren Produktionsausstoß durch die neuen Dampfantriebe dramatisch stieg, ermöglichte außerdem den schnellen Massentransport von Gütern per Dampflok.
  2. Industrielle Revolution: Die Einführung des Fließband-Prinzips durch Henry Ford (1863-1947) und andere Industrielle sowie die breite Nutzung elektrischer Energieverteilung ab Beginn des 20. Jahrhunderts erhöhte den Produktionssausstoß der Industrie nochmals dramatisch, senkte die Kosten pro Produkt und machte damit viele Güter erst erschwinglich für die breite Masse der Bevölkerung (Beispiel: Automobil).
  3. Industrielle Revolution: Mikroelektronische Steuerungen („Computerized Numeric Control“ = CNC) für Werkzeugmaschinen erhöhten ab den 1970er Jahren die Fertigungspräzision in vielen Industriezweigen, sichern eine reproduzierbare Qualität und ermöglichen eine Teilautomatisierung der Produktion.
  4. Industrielle Revolution: Frühere Automatisierungs-Insellösungen in den Fabriken werden verbunden. Durch die gewachsene Leistungsfähigkeit, die Miniaturisierung und den Preisverfall von Elektronik können Materialien, Werkstücke, Produkte, Maschinen, Roboter und andere Komponenten industrieller Produktion massenhaft mit Steuerchips, Sensoren und Funkmodulen ausgestattet werden, was wiederum ihre Vernetzung zu einem intelligenten Fertigungs-Schwarm ermöglicht.

 

Ist „Industrie 4.0“ identisch mit dem „Internet der Dinge“?

„Industrie 4.0“ kann man eher als Teilmenge des „Internets der Dinge“ verstehen, in dem wiederum auch Geräte und Anlagen außerhalb der Produktionssphäre (zum Beispiel Smartphones, Haushaltsgeräte, Autos, Smart Watches) massenhaft miteinander vernetzt werden sollen. Besonders populär ist dieser Fokus auf „Industrie 4.0“ als Kern-Herausforderung im „Internet der Dinge“ speziell in Deutschland.

Und das hat gute Gründe:

„Deutschland ist einer der konkurrenzfähigsten Industriestandorte und gleichzeitig führender Fabrikausrüster weltweit“, schätzt der „Arbeitskreis Industrie 4.0“ in seinem Abschlussbericht „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 ein. „Mit seinem starken Maschinen- und Anlagenbau, seiner in ihrer Konzentration weltweit beachtlichen IT-Kompetenz und dem Know-how bei Eingebetteten Systemen und in der Automatisierungstechnik verfügt Deutschland über beste Voraussetzungen, um seine Führungsposition in der Produktionstechnik auszubauen. Wie kein anderes Land ist Deutschland befähigt, die Potenziale einer neuen Form der Industrialisierung zu erschließen: Industrie 4.0.“

Auch der Technologie-Riese Siemens sieht gute Chancen, dass Deutschland hier Marktführer werden kann: „Die USA sind das Land des Internets, aber wir sind die stärksten Automatisierer und haben die beste Maschinenbau-Landschaft“, meint Wolfgang Heuring, Leiter der Konzernforschung bei Siemens.

 

Evolution oder Revolution?

Nun könnte man einwenden, dass der Gedanke an hochautomatische Roboterfabriken alles andere als neu ist. Dass einige besonders moderne Chipfabriken und Autowerke unserer Gegenwart wie etwa bei Volkswagen, Infineon oder Globalfoundries an diese Vision bereits sehr nahe herankommen.

 

Beispiel Chipfabrik

In den Chipfabriken von Globalfoundries in Dresden beispielsweise werden schon heute die Siliziumscheiben („Wafer“), auf denen die Chips produziert werden, in einer Art Hightech-Eisenbahn durch die hochautomatisierten Reinräume gefahren. Diese Transportwagen („FOUP“ bzw. „Front Opening Unified Pod“ genannt) fassen jeweils 25 Wafer. Sie bewegen sich an einem Schienensystem, das unter der Decke befestigt ist und fast das gesamte Werk durchzieht. Roboter be- und entladen diese Wafer-Transporter dann an den Anlagen. Die wiederum lesen die „elektronischen Laufzettel“ der Scheiben aus und wissen dadurch bereits beim Beladen, welche Fertigungsschritte der einzelne Wafer als nächstes braucht.

Dabei besitzen diese FOUPs bereits eine gewisse „Eigenintelligenz“: An ihnen sind kleine Elektronikmodule angebracht, die es dem Zentralrechner erlauben, die FOUPs zu erkennen und bei Bedarf in Zwischen-Bahnhöfen zwischenzuparken, um Zusammenstöße zu vermeiden oder damit sich besonders eilige Chip-Produktionsaufträge vordrängeln können. „In vielen Punkten ist bei uns Industrie 4.0 bereits gelebte Praxis“, meint Schaltungsdesign-Direktor Gerd Teepe vom Globalfoundries-Werk Dresden.

 

Beispiel Autofabrik

 

Auch in den Autofabriken von Volkswagen sind viele Prinzipien von „Industrie 4.0“ bereits im Praxiseinsatz. Große Teile der Fertigung, beispielsweise Schweißen, Lackieren, Rad- und Scheiben-Montage, werden hochautomatisiert durch Roboter erledigt. Auch das Prinzip „Eigenintelligenz“ der Werkstücke ist schon teilweise realisiert: Die Auto-Karosserieträger bekommen zu Beginn der Fertigungskette Funkchip-Transponder, sogenannte „RFIDs“, in denen beispielsweise vermerkt ist, welche Farbe beispielsweise der Golf haben soll, wenn er die Fabrik verlässt, welche Ausstattung und so weiter. Auch hat der VW-Konzern nicht nur Automatisierung und Vernetzung innerhalb seiner eigenen Fabriken sehr weit vorangetrieben, sondern auch die Zulieferketten vernetzt. Durch diese digitale Verbindung wissen die angeschlossenen Zulieferbetriebe zum Beispiel Wochen im voraus, welche Teile wann in nächster Zeit von der VW-Fabrik gebraucht werden.

 

Wenn es hochautomatisierten Fabriken also bereits gibt, dann stellt sich natürlich die Frage: Was rechtfertigt im Slogan von der „Industrie 4.0“ eigentlich das „4.0“, das ja offensichtlich einen Generationssprung, wenn nicht gar eine neue industrielle Revolution andeuten soll?

Unternehmen wir für die Suche nach einer Antwort einen kurzen Abstecher in die Vergangenheit: Als Erfinder wie Thomas Newcomen (1663-1729) und James Watt (1736-1819) die ersten praktisch brauchbaren Dampfmaschinen konstruierten und verbesserten, waren sie selbst und ihre Zeitgenossen zwar überzeugt, wichtige technische Durchbrüche geschafft zu haben. Aber damals kamen sie noch nicht auf den Gedanken: „Aber hallo – wir haben die Industrielle Revolution eingeläutet!“ Diese Sicht kam erst Jahrzehnte später, in den 1820er und 1830er Jahren auf, als im Rückblick klar wurde, wie sehr diese Erfindungen die gesamte Wirtschaft, ja die ganze Gesellschaft verändert hatten.

Bei den Robotern war es eher umgekehrt: Die Visionen künstlicher Arbeiter entstanden lange bevor die Menschheit technologisch imstande war, Roboter zu bauen, die über bloße Kuriosa hinausgingen. Erste Ideen dafür entwickelte bereits der große Universalgelehrte Leonardo da Vinci (1452-1619). Den Begriff „Robot“ (slawischer Wortstamm für „Arbeiter“) prägte der tschechische Schriftsteller Carel Capek in seinem Buch „R.U.R.) im Jahr 1920. Der US-amerikanische Science-Fiction-Schriftsteller und Chemiker Isaak Asimov (1920-1992) legte 17 Jahre später in seinen Büchern die Grundsteine für die Lehre von den Robotern („Robotik“). Die ersten Industrieroboter kamen aber erst Anfang der 1960er Jahre in Fabriken von General Motors in den USA zum Einsatz – wobei es sich anfangs nur um recht simple Greifarme handelte, die meist nur zu einer einzigen Montage-Bewegung imstande waren.

Heute sind weltweit rund 1,6 Millionen Industrieroboter im Einsatz. Zu den wichtigsten Branchen, die Industrieroboter massiv nutzen, gehören die Automobil- und die Elektronikindustrie. Als Pionieranwender der Robotik gelten vor allem Japan, Deutschland, die USA und seit ein paar Jahren auch China. Möglich wurde ein massenhafter und effizienter Industrieroboter-Einsatz erst, seitdem wichtige Zulieferindustrien das dafür nötige technologische Niveau erreicht hatten: Damit Roboter genau genug schweißen, montieren und andere Arbeiten ausführen können, und dies im Dauereinsatz, mussten zunächst sehr präzise Gelenke, Elektromotoren, Motorensteuerungen, Pneumatik-Teile und nicht zuletzt leistungsfähige mikroelektronische Steuerungen entwickelt werden.

 

Erst zusammengesetzt formen die Puzzlestücke ein neues Bild

Und ähnlich kann man auch die „Industrie 4.0“ betrachten: Einzeln betrachtet, ist keine der dafür benötigten Komponenten wirklich neu: Roboter, CNC-Maschinen, Sensoren und computergesteuerte Fertigungsprozesse gibt es bereits heute. Doch wenn eine gewisse kritische Masse an technologischer Ausgereiftheit erreicht ist und all diese Puzzle-Teile zu einem homogenen Ganzen zusammengefügt werden, dann kann durchaus eine neue Qualität des Produzierens, vielleicht gar eine vierte industrielle Revolution daraus erwachsen.

Bereits in den 1980er Jahren hatte es Anläufe gegeben, all diese Komponenten zu hochautomatisierten, ja menschenleeren Fabriken zusammenzusetzen. Doch diese Versuche kamen über Pilot-Werke nie so recht hinaus: In der Praxis erweisen sich die damals verfügbaren Technologien als zu unausgereift und nicht zuverlässig genug, um auf kleine Störungen in den komplexen Fertigungsabläufen einer modernen Industriefabrik angemessen zu reagieren.

 

Was wir für die Industrie 4.0 benötigen:

Aber welche Puzzle-Teile werden nun eigentlich für eine „Smart Factory“ als Herzstück der „Industrie 4.0“ benötigt?

Wichtige Bausteine dafür sind „Cyber-Physische Systeme“ (CPS). Gemeint ist damit die Fähigkeit eines Systems, virtuelle („Cyber“) und reale („physische“) Welt in Echtzeit (also ohne Verzögerung) miteinander zu verknüpfen. Und zwar so zu verknüpfen, dass jede Maschine in einer Fabrik, jeder Roboter, jedes Werkstück und jedes andere Element, das für den Produktionsprozess benötigt wird, jederzeit für das Gesamtsystem digital lokalisierbar, ansprechbar und steuerbar ist.

In vielen moderneren Fabriken haben zum Beispiel Werkzeugmaschinen und Montage-Roboter diese Fähigkeit bereits, sie werden dort in vielen Fällen durch einen zentralen Computer verwaltet. Bisher ist es aber nur in besonders hochautomatisierten Fabriken in der Chip- und Autoindustrie für solche zentralen Steuerrechner möglich, auch jedes einzelne Werkstück jederzeit zu „finden“ und umzudirigieren. Das ist zum Beispiel nötig, wenn man den Maschinenpark besser auslasten will.

Ist zum Beispiel eine Auto-Karosserie gerade soweit, dass sie als nächstes in die Lackierung muss, und der Lackier-Roboter am nächsten Punkt der Taktstraße ist aber gerade voll ausgelastet, dann könnte in einer CPS-Fabrik der Steuerrechner die Karosserie zu einem unbeschäftigten Lackier-Roboter in der Nachbar-Taktstraße umleiten. Dies würde unnötige Staus vor einer einzigen Maschine vermeiden.

Für solch ein Umleitungs-Management ist es aber notwendig, dass sowohl Maschinen und Roboter in der Taktstraße wie auch die Werkstücke und Transportroboter ein Mindestmaß an „Eigenintelligenz“, „Sinnen“ und „Sprache“ bekommen. Sprich: Sie brauchen Sensoren, um sich im Fabrikraum selbstständig, also ohne Fernsteuerung durch Menschen, zu orientieren. Sie benötigen Funkmodule, um für die Steuerrechner und für andere Manschinen ansprechbar zu sein und ihren aktuellen Status weitermelden zu können. Und sie müssen zu eigener Datenverarbeitung fähig sein, um Befehle ausführen und vielleicht sogar eigene Entscheidungen treffen zu können. Erst diese Fähigkeiten – Datenverarbeitung, Sehen, Sprache – machen sie zu cyber-physischen Systemen.

„Die CPS-basierte Vernetzung ermöglicht eine dynamische Gestaltung der Geschäftsprozesse in Qualität, Zeit, Risiko, Robustheit, Preis, Umweltverträglichkeit etc“, schätzt die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften acatech“ ein. „Dadurch können Materialien und Lieferketten fortwährend ,getrimmt’ werden. Gleichzeitig können Engineering kurzfristige Ausfälle (beispielsweise bei Zulieferern) kompensiert oder auch Liefermengen in kurzer Zeit massiv erhöht werden.“

Diese Eigenintelligenz von CPS-gerüsteten Maschinen und Werkstücken wird ihnen in der Regel durch sogenannte „Eingebettete Systeme“ („Embedded Systems“) verliehen. Dabei handelt es sich um Computer, ähnlich denen, die wir zum Beispiel als Notebooks kennen – nur eben hochspezialisiert, stark verkleinert und auf einen ganz bestimmten technischen Kontext zugeschnitten. Praktisch vorstellen kann man sich das beispielsweise als eine etwa handtellergroße Platine, auf der Prozessor, Speicher, Schnittstellen und andere Komponenten aufgesteckt sind. Bei Werkstücken wird solch ein eingebettetes System meist noch weiter miniaturisiert sein: auf die Größe eines Computer-Chips, der dann oft gleich noch Sensoren und Funkmodule enthält.

 

Der Fluch der Datenmassen

Treibt man diese Elektronik-Ausstattung und Vernetzung immer weiter und schließt in einer Fabrik auch die letzten Automatisierungslücken, so dass auch kein Arbeiter mehr gebraucht wird, um ein Werkstück von A nach B zu tragen oder in eine Maschine einzulegen, stößt man allerdings bald auf folgendes Problem: Dann nämlich sprechen wir nicht mehr über ein paar Dutzend CPS-Elemente, die ihre Meldungen und Wünsche an den Zentralrechner der Fabrik loswerden wollen, sondern über viele Tausend. „Die Ereignis- und Datenvolumina, die in der Maschine-zu-Maschinen-Kommunikation und im Internet der Dinge entstehen, sind immens und steigen durch das Wachstum und die weitere Verbreitung von Sensoren dramatisch an“, hat der deutsche Digital-Verband „Bitkom“ prognostiziert.

Eine zentrale Steuerinstanz müsste bei solch einer Datenflut ein sehr komplexes Produktionssystem in seiner Computersimulation abbilden und ständig mit der Wirklichkeit in der Fabrik abgleichen. Komplexe Systeme haben es aber erfahrungsgemäß so an sich, dass sie schnell unbeherrschbar werden, weil selbst der kleinste Fehler oder Zufall zu unvorhersagbaren Kettenreaktionen führen kann. Zudem entstehen dabei auch enorme Datenmengen („Big Data“). Deren Analyse gilt inzwischen als eine der ganz großen Herausforderungen unserer Zeit. Daher suchen viele Unternehmen derzeit auch so viele Datenanalysten und Big-Data-Spezialisten.

 

Abkehr von zentralen Detail-Entscheidungen

Gerade für die „Industrie 4.0“ setzen daher viele Ingenieure auf einen anderen Ansatz: Statt die gesamte Fabrik in einem Zentralcomputer zu simulieren und zu steuern, wollen sie viele Entscheidungen im Produktionsprozess selbstorganisierend und dezentral erledigen lassen. Sprich: Die Werkstücke, Roboter und Maschinen sollen gefälligst selbst vor Ort aushandeln, welches Teil wann und wo bearbeitet wird. Die zentrale Instanz in solch einer Fabrik würde dann nur das „Große und Ganze“ im Überblick behalten. Sie würde beispielsweise anweisen: „Fabrik! Baue bis morgen Mittag 27 blaue Autos mit Standardausstattung, drei rote Automobile in der Luxusausführung und ein rotes in der Sportwagen-Variante!“

Prof. Wolfgang Wahlster vom Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) spricht hier von einer „Auflösung der klassischen Produktionshierarchie von zentraler Steuerung hin zu dezentraler Selbstorganisation“. Dazu müsse die künstliche „Eigenintelligenz“ der einzelnen Roboter, Anlagen und Werkstücke noch nicht einmal besonders hoch sein: „Viele beschränkt intelligente Wesen können durch soziale Interaktion ein hochintelligentes Verhalten realisieren“, argumentiert der Informatik-Experte mit Blick auf Vorbilder aus der Natur wie etwa Ameisen-Schwärme.

 

Einstöpseln und losproduzieren

Um die Produktionsabläufe je nach Auftragslage und Auslastung auch wirklich anpassen zu können, müssen die Cyberphysischen Systeme zudem auch „Plug & Produce“-fähig sein. Das bedeutet, dass die Maschinen, Roboter und sonstigen Anlagen jederzeit und ohne großen Aufwand zu neuen Bearbeitungsstraßen in anderer Reihenfolge zusammenstellbar sind. Sie müssten dann nur neu eingestöpselt („Plug“) werden und könnten sofort losproduzieren („Produce“).

Ähnliche Prinzipien wurden ab 1995 in der Computerwelt als „Plug & Play“ eingeführt. Heute erscheint es uns ganz selbstverständlich, dass wir zum Beispiel eine neue Maus nur an das Notebook anschließen müssen und das Betriebssystem kümmert sich selbstständig darum, Treiber zu installieren und die Maus betriebsbereit zu machen – aber das war eben nicht immer so.

Vernetzung auch nach außen

Ihr volles Potenzial schöpft eine „Smart Factory“ aber nur aus, wenn sie nicht nur intern nach diesen „Industrie 4.0“-Prinzipien organisiert ist, sondern sich auch mit ihren Zulieferern, Kunden und Spediteuren digital vernetzt. Sind all diese Glieder der Wertschöpfungs-Kette beziehungsweise Wertschöpfungs-Netzes durch einheitliche Software-Systeme miteinander verknüpft, können beispielsweise auch der unterbrechungsfreie Materialnachschub für die Fabrik und der Abtransport der fertigen Produkte optimiert werden.

 

Erste Pilotfabriken gibt es schon

An mehreren Standorten in Deutschland und in anderen Ländern werden die hier beschriebenen Konzepte für die Fabrik der Zukunft heute schon getestet. Dazu gehören Modellfabriken des „Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz“ (DFKI) in Saarbrücken und Kaiserslautern, der Fraunhofer-Gesellschaft in Chemnitz und Berlin oder das Elektronikwerk Amberg von Siemens.

An fast schon futuristisch anmutenden Konzepten arbeitet beispielsweise der renommierte Automatisierungs-Anlagenhersteller „Festo“ aus Esslingen: Die Schwaben halten es für möglich, dass intelligente Schwärme künstlicher Ameisen und Schmetterlinge die Transport- und Überwachungsaufgaben in der Fabrik der Zukunft übernehmen. Erste Prototypen solcher „bionischer“ Roboter, die sich nach dem Vorbild biologischer Insektenschwärme vernetzen, hat Festo bereits vorgeführt.

 

Preisverfall von Chips und Sensoren ebnet Weg zur Industrie 4.0

Welches Konzept sich letztlich auch durchsetzen mag: Viele Branchenkenner sind jedenfalls überzeugt, dass „Smart Factories“ nicht unbedingt komplett neu gebaut, sondern wahrscheinlich bereits existierende Fabriken nach und nach mit „Industrie 4.0“-Merkmalen aufgerüstet werden. Die „Industrie 4.0“ würde sich demnach eher evolutionär entwickeln und allmählich in die existierende Industrielandschaft „hineinsickern“.

Zudem sind auch noch zahlreiche technologische, betriebswirtschaftliche, Sicherheits- und nicht zuletzt auch gesellschaftliche Probleme auf dem Weg dorthin zu lösen. So werden sich Unternehmer nur dann dafür entscheiden, ihre Fabriken auf „Industrie 4.0“-Prinzipien umzurüsten, wenn die dafür benötigten Elektronikbauteile und Sensoren noch billiger und leistungsfähiger werden: Erst, wenn „Eigenintelligenz“ für ein Werkstück nur noch wenige Cent Aufpreis kostet, wird sie wirklich lukrativ. Auch wird die Industrie sehr schnelle Funkverbindungen brauchen, die binnen Millisekunden (Tausendstel Sekunden) reagieren, sonst würden sich Roboterarme, Transporter und Maschinen ständig gegenseitig behindern.

Mittelstand fürchtet mehr Industrie-Spionage

Und gerade der deutsche Mittelstand hegt auch noch einige Sicherheitsbedenken mit Blick auf die „Industrie 4.0“: Verwendet man in solch einer Smart Factory beispielsweise Standard-Internetprotokolle für die Vernetzung, wären sie ein interessantes Ziel für Hacker. Anderes Beispiel: Wenn jedes Werkstück in seinen Chiptranspondern die Informationen über all seine vergangenen und künftigen Fertigungsschritte gespeichert hat – wäre es dann nicht ein Leichtes für Industriespione, zum Beispiel aus einem Stahlblech das gesamte Know-How für den Bau eines deutschen Autos auszulesen? Industrieverbände und große Ausrüster arbeiten daher bereits an neuen Vernetzung- und Verschlüsselungsstandards, um „Industrie 4.0“ auch sicher zu machen.

Vertreter der Hacker-Vereinigung „Chaos Computer Club“ (CCC) Deutschland sehen allerdings noch erhebliche programmtechnologische und Datensicherheits-Probleme: „Wir haben gar nicht die Software in der nötigen Qualität für diese Industrie 4.0“, schätzte CCC-Sprecher Frank Rieger bei einem Cyberspionage-Symposium für Unternehmen im Jahr 2014 ein „Industrie 4.0 kommt noch zu früh.“

 

Wird der Mensch zum Hilfsarbeiter der Cyber-Fabriken degradiert?

Andere Fragen sind aber wohl von noch weitreichenderer Bedeutung: Rationalisieren wir vielleicht Hunderttausende Arbeitsplätze in Deutschland weg, wenn wir nur noch hochautomatische Fabriken bauen? Bleiben für uns in der „Industrie 4.0“ vielleicht nur noch Hilfsarbeiter-Tätigkeiten übrig? Wird der Mensch letztlich „zum Sklaven cyberphysischer Maschinen degradiert“, wie es manche Gewerkschaftler befürchten? Oder werden gerade in den Fabriken der Zukunft nur noch hoch qualifizierte Ingenieure und Techniker benötigt, die immer da eingreifen, wo die Maschinen versagen (was nach aller Erfahrung nicht vermeidbar ist)?

„Klar ist, dass Industrie 4.0 große Chancen hat, was Wettbewerbsfähigkeit, Arbeitsplätze und persönliche Freiräume von Beschäftigten angeht, aber natürlich auch große Risiken“, sagte zum Beispiel Detlef Wetzel, der Erste Vorsitzende der IG Metall. „Nämlich Abbau von Beschäftigung, Entwertung von Qualifikation… Menschenleer werden die Fabriken mit Sicherheit nicht werden, denn auch eine digitale Produktion muss gesteuert werden. Viele einfache und vielleicht auch mittlere Tätigkeiten werden vielleicht wegfallen, andere neue Tätigkeiten werden dafür entstehen.“ Insofern werde die Qualifikation von Mitarbeitern eine der ganz großen Herausforderungen der „Industrie 4.0“ sein.

Plausch mit der Maschine

Vielleicht aber wird die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine in solch einer Zukunftsfabrik auch „menschlicher“ werden, so wie wir es in Ansätzen bereits von unseren Smartphones kennen: Statt kryptische Befehle in die Tastatur zu hämmern wie bei den ersten PCs steuern wir unsere Telefone und Tablets heute bereits mit Gesten und Sprachbefehlen. Und daran könnten sich auch Industriemaschinen ein Beispiel nehmen. Prof. Wolfgang Wahlster vom „Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz“ ist zumindest überzeugt: „Mit Industrie 4.0 ermöglichen wir auch einen Paradigmenwechsel in der Mensch- Technik-Interaktion: Die Maschinen passen sich den Menschen an – und nicht umgekehrt.“

 

Renaissance urbaner Fabrikation denkbar

Andererseits könnte die „Industrie 4.0“ auch zu einem Wandel der Städte führen, zu einer „Re-Urbanisierung der Industrie“, wie manche Experten vermuten. Denn vor allem seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde die Industrie immer mehr an die Peripherie der Städte, auf die „Grüne Wiese“ verdrängt, weil kaum einer noch neben einer stinkenden, lauten Fabrik wohnen mochte. Da aber die „Smart Factories“ der „Industrie 4.0“ ganz auf einen hocheffizienten Ressourcen-Einsatz geeicht sein und kaum noch Abfälle produzieren sollen, wäre damit eine Rückkehr der Industrie dorthin, wo Menschen wohnen und leben, durchaus denkbar. Und diese Rückkehr der Fabriken in den urbanen Raum könnte in der Folge vielleicht auch die Arbeitswege verkürzen und unnötigen Straßenverkehr verringern. Die Zukunft bleibt also spannend…

 

Ausgewählte Quellen und Literatur:

  • Forschungsunion Wirtschaft – Wissenschaft / acatech: „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt ,Industrie 4.0’ – Abschlussbericht“, 2013
  • „Industrie 4.0 – Wenn das Werkstück die Fabrik steuert“, Herausgeber: ZVEI, Zeitschrift „Ampere“ 1/2013
  • „Industrie 4.0 – Die neue Hightech-Strategie“, Hsg.: Bundesregierung, hightech-strategie.de
  • „Thema Industrie 4.0“, Hsg.: Bitkom,

-> Mikrochip-Abc

Dieses Interview ist in Vorbereitung für das „Mikrochip-Abc“ entstanden. Das „Mikrochip-Abc“ ist ein Handbuch über moderne Mikroelektronik für Schüler ab Klasse 8. Es wird vom Dresdner Unternehmen „3D:it UG“ produziert und demnächst veröffentlicht. Weitere Informationen über dieses Schulbuch sind hier im Internet zu finden: mikrochip-abc.com