Industrie 4.0 und ihre Auswirkung auf die Arbeitswelt

In der heutigen Zeit ist Arbeit vom Einzelnen zunehmend flexibel, eigenständig und projektorientiert zu leisten. Neben fachlichen Kompetenzen sind grundlegende "21st-Century-Skills" gefragt:

• die Fähigkeit zu (virtueller) Zusammenarbeit in Teams, die sich aus unterschiedlichen Verantwortlichkeiten und Experten/-innen zusammensetzen.
• die Fähigkeit, Wissen selbstständig und bedarfsorientiert - auch am Ort des Handelns - zu erwerben.
• die Kenntnis neuer Medientechnologien und Geräte sowie ein Bewusstsein für die Risiken und Gefahren im Umgang mit Daten und virtuellen Systemen (Datensicherheit und Datenschutz).
• die Bereitschaft zu einer dauerhaften, berufsbegleitenden Weiterbildung ("lebenslanges Lernen"). Dabei erhalten digitale Wissensangebote eine immer größere Bedeutung und auch der situative Austausch zwischen Lernenden und Experten/-innen - im Sinne des "sozialen" und "informellen" Lernens - wird stetig wichtiger. 

Neben der Weiterbildung sollte sich auch die berufliche Erstausbildung stärker als bisher mit dem Thema "Wirtschaft 4.0" auseinandersetzen. Dreh- und Angelpunkt hierfür ist zunächst das Ausbildungspersonal in den Betrieben, denn es ist in erster Linie für die Qualität und Attraktivität der Lehr- und Lernprozesse verantwortlich. Von seiner berufs- und medienpädagogischen Kompetenz hängt es ab, ob die Anforderungen der Digitalisierung zeitgemäß in handlungsorientierte Bildungskonzepte übertragen werden können.

Selbstverständlich müssen zugleich auch die Bildungspläne der Berufsschulen mit Blick auf die neuen Herausforderungen rund um die Themenfelder "Internet der Dinge", "Wissensmanagement", "smarte Produkte" und "E-Commerce" überarbeitet werden - am besten lernortübergreifend verzahnt mit den Ausbildungsbetrieben.

Und schließlich ist auch die Rolle der überbetrieblichen Ausbildungseinrichtungen vor diesem Hintergrund zu überdenken. Gerade wenn es um die Vermittlung besonders relevanter "Industrie 4.0"-Kenntnisse und -Fähigkeiten geht - zu denken wäre beispielsweise an Themen wie "Big Data", "Robotik" und "Sensorik" - können diese Einrichtungen eine wichtige ergänzende Bedeutung neben Betrieb und Berufsschule erhalten.

Zum Verständnis von Industrie 4.0 bzw. Wirtschaft 4.0

Hinter dem Begriff "Industrie 4.0" bzw. hinter dem umfassenderen Verständnis von "Wirtschaft 4.0" steckt im Kern ein zentrales Merkmal: die Vernetzung - und damit einhergehend eine immer weitergehende Automatisierung und Optimierung von Produktions-, Logistik- und Serviceprozessen.

Während die ersten drei Entwicklungsstufen der industriellen Produktion durch mechanische (Industrie 1.0), elektronische (Industrie 2.0) und informationstechnologische Innovationen (Industrie 3.0) geprägt waren, bedeutet Industrie 4.0, dass klassische, industrielle Prozesse immer enger mit Informations- und Datentechnik zu sogenannten "Cyber-physical Production Systems"¹ zusammenwachsen und dadurch - so die Vision - eine quasi selbststeuernde Produktion ermöglichen (vgl. die nachfolgende Grafik). 

Voraussetzung hierfür sind vor allem Sensoren und Steuerungsfunktionen, mit denen immer mehr Produkte, Geräte oder auch ganze Produktionsanlagen ausgestattet werden. Diese sind über das Internet vernetzt und können somit entsprechend programmiert und gesteuert werden ("Internet der Dinge"). Dadurch wird es möglich, auf geänderte Anforderungen oder Bedingungen im Produktions- und Kundenumfeld deutlich flexibler zu reagieren.

Der Begriff "Wirtschaft 4.0" soll verdeutlichen, dass von der zuvor beschriebenen Vernetzung nicht nur industrielle Prozesse im engeren Sinne betroffen sind, sondern generell das gesamte wirtschaftliche Handeln unserer Gesellschaft. Das gilt insbesondere für das Zusammenspiel zwischen Herstellern und Lieferanten, Händlern und Kunden. So endet beispielsweise die Beziehung zwischen einem Händler und Kunden heute oft nicht mehr mit dem Abschluss eines Verkaufs, sondern sie dauert an und wird sogar noch weiter ausgebaut (E-Business, E-Commerce).

Die jeweilige Nutzung eines "intelligenten" Produkts lässt Rückschlüsse auf das Handeln des Kunden zu, z.B. auf Probleme, Wünsche oder Anforderungen, die wiederum in neue Geschäftsmodelle, Angebote oder Produkteigenschaften umgesetzt werden können. Mussten früher zunächst Daten - z.B. mithilfe der Marktforschung - aufwändig erhoben und dann in die Entwicklung und Produktion eingespeist werden, so kann im Zeitalter von Wirtschaft 4.0 das Produkt selbst Kennziffern und Daten bereitstellen, die dann analysiert und verarbeitet werden.

Möglich wird die oben beschriebene Vernetzung, wie erwähnt, durch die Verbreitung "intelligenter" Technik, beispielsweise Pkw oder Industrieroboter, Armbanduhren oder Rasenmäher, Herzschrittmacher oder Ultraschallgeräte. All diese vernetzten Geräte und Produkte umfassen drei Kernelemente:

• Physische Komponenten: mechanische und elektronische Bauteile
• "Intelligente" Komponenten: Sensoren, Mikroprozessoren, Datenspeicher, Steuerungselemente, Software, integrierte Betriebssysteme oder auch visuelle Bedienoberflächen
• Vernetzungskomponenten: Schnittstellen, Antennen, Protokolle sowie Netzwerke

Letztere ermöglichen die Kommunikation zwischen Produkt und Cloud, dem externen Betriebssystem eines Produkts.

Diese neuartigen Geräte sind eingebettet in Plattformen, die einen ständigen Datenaustausch zwischen Produkt und Nutzer/-in erlauben und Informationen aus Unternehmenssystemen mit externen Quellen verbinden (z.B. Wetter-, Geo- oder Verkehrsdaten). 

Hierdurch werden sechs neue Leistungsmerkmale möglich:

1. Überwachung: Die vernetzten Geräte oder Produkte können sich selbst und ihr Umfeld überwachen und so Erkenntnisse über ihre Leistung, Funktionen und Anwendung liefern.

Beispiel: Eine industrielle Produktionsanlage generiert bei einer Störung eine entsprechende Information, sendet diese via Internet an die Leitstelle und löst dort eine Reparatur unter Berücksichtigung von Zeit, Personal und Material aus ("Smart Factory").

2. Fernsteuerung: Anwender/-innen können dank Vernetzung komplexe Aufgaben auch aus der Ferne steuern (z.B. in gefährlichen oder schwer zugänglichen Bereichen).

Beispiel: In der Landwirtschaft werden Daten aus Feuchtigkeitssensoren mit Wettervorhersagen kombiniert, um z.B. Bewässerungsanlagen zu optimieren und zentral zu steuern - und so den Wasserverbrauch zu senken ("Smart Farms").

3. Optimierung: Die Kombination aus Überwachung und Fernsteuerung ermöglicht auch die Optimierung der gesamten Prozesskette: von der Beschaffung über die Produktion bis hin zur Auslieferung. So lassen sich Leistung, Auslastung und Verfügbarkeit vernetzter Systeme z.B. in Produktions- oder landwirtschaftlichen Betrieben verbessern.

Beispiel: Im Fuhrparkmanagement können auf Basis der automatisch generierten Informationen darüber, wann die Fahrzeuge eine Inspektion benötigen und wo sie sich gerade befinden, Wartungstermine geplant, Ersatzteile bestellt und so die Effizienz von Reparaturen gesteigert werden.

4. Automatisierung: Das Zusammenspiel aus Datenkontrolle, Fernsteuerung und Optimierung ermöglicht eine weitgehende Automatisierung: Geräte, Maschinen und Produkte können sich ihrem Umfeld und den Präferenzen der Anwender/-innen anpassen, sich selbst warten oder selbstständig funktionieren.

Beispiel 1: Mit dem Internet verbundene Thermostate steuern Heiz- und Kühlanlagen und übertragen Nutzungsdaten an Versorger und Hersteller, die entsprechende Leistungsparameter regulieren ("Smart Home").

Beispiel 2: Die Verkaufsdaten aus einem ERP-System zu bestimmten Produktvarianten (z.B. unterschiedliche Joghurtsorten) führen zu einer automatischen Steuerung der Produktionsanlage und somit quasi zu einer selbst organisierten Neukonfiguration.

5. Serviceorientierung: Wenn Unternehmen zu jedem Zeitpunkt über Absatzzahlen oder Verwendungsformen ihrer Produkte Bescheid wissen, können sie sehr flexibel reagieren und zum Beispiel anstatt eines einmaligen Kaufpreises auch nutzungsabhängige Gebühren erheben. Nach dem Vorbild der Softwareindustrie, wo bereits seit Langem Mietmodelle üblich sind ("Software as a Service", SaaS), entwickeln heute selbst traditionelle Technologieunternehmen neue Produktmietservices ("Product as a Service").

Beispiel: Rolls-Royce bietet den Fluggesellschaften ein "Power-by-the-hour"-Modell an, wonach nur noch eine Gebühr für die Zeit zu bezahlen ist, in der ein Triebwerk tatsächlich genutzt wird. Neben neuen Abrechnungsmöglichkeiten, etwa nach Nutzungszeit, Umfang oder Häufigkeit wird dadurch eine kontinuierliche Verbesserung und Erweiterung (Updates und Upgrades) sowie die Wartung aus der Ferne (Fernzugriff) möglich. Selbstverständlich hat all dies auch erhebliche Auswirkungen auf den Vertrieb und das Kundenbeziehungsmanagement.

6. Produktindividualisierung: Durch zunehmende Vernetzung und intelligentere Produktionsabläufe sowie durch additive Verfahren und 3D-Druck wird es möglich, noch kundenspezifischer zu produzieren. Heute können fast alle Produkte auch in kleinen Serien bis hin zu Losgröße 1 angeboten werden - und das bei einer Kostenstruktur, die früher nur bei größeren Losgrößen denkbar war und bei relativ standardisierten Produkten.

Beispiel: Kunden können spezifische Wünsche für einen Sportschuh im Netz selbst konfigurieren, die Daten gehen direkt für alle weiteren Schritte in die Engineering- und/oder die Produktionsdaten ein.

Prägende Technologien für die Wirtschaft 4.0

In der Diskussion über Industrie und Wirtschaft 4.0 gibt es bestimmte Technologien, die immer wieder genannt werden. Die im Auftrag des VDMA erstellte Studie "Industrie 4.0 - Qualifizierung 2025" ist zu dem Ergebnis gekommen, dass es vor allem fünf Technologien sind, die für die Wirtschaft 4.0 prägend sind.²

1. Web 2.0/Mobile Geräte: Nutzung von webbasierten Tools z.B. zur Kommunikation über Schichteinsatz in der Produktion und/oder Verwendung von mobilen Endgeräten wie Tablets zur Überwachung/Steuerung von Maschinen.

2. Cyber-physische Systeme/Internet der Dinge: Vernetzung von Maschinen und Produkten, ggf. auch mit logistischen Prozessen sowie der Möglichkeit dezentraler Produktionssteuerung und des Einbezugs von Nutzerdaten (Big Data). Dabei spielt vor allem der Einsatz von optischen und akustischen, elektronischen und sogar biologischen (Nano-)Sensoren zur Messung und Überwachung bestimmter Material-, Prozess- oder Umwelteigenschaften eine wesentliche Rolle. Auch Mikrosender und Empfänger (wie z.B. RFID) für die berührungslose Identifikation werden im Bereich der Prozesssteuerung und Logistik unverzichtbar.

3. 3D-Druck/additive Verfahren: Individualisierte Fertigungsverfahren (Lasersintern), die nicht nur im industriellen Kontext (bei Kleinserien), sondern vor allem auch im Bereich der Medizin (Prothesen, Zahnmedizin) zunehmend zum Einsatz kommen.

4. Robotik: Übertragung physischer Interaktionen auf programmierte Industrie- oder Serviceroboter, die sensorgesteuert und z.T. mithilfe von künstlicher Intelligenz handwerklich-manuelle Aufgaben übernehmen können. Dabei sind insbesondere auch neue Ansätze in der Robotik (adaptive Roboter, Leichtbauroboter, Zweiarmroboter) zu berücksichtigen.

5. Wearables und Augmentation: Gemeint sind intelligente Handschuhe, Datenbrillen, Smartwatches oder ähnliche körpernahe Geräte, die einem Mitarbeiter bzw. einer Mitarbeiterin beispielsweise computergenerierte Zusatzinformationen zu seiner direkten Unterstützung in einer realen Handlungssituation anbieten.

weiter zu Teil 2: Kompetenzen für die Industrie 4.0

Weitere Informationen

Berufsbildung 4.0 - Digitalisierung der Arbeitswelt