Industrie 4.0: Sechs Trends, die die Fabrik der Zukunft bestimmen

Noch bis zum 17. April 2015 findet mit der Hannovermesse Industrie die weltweit wichtigste Industriemesse statt. Dieses Jahr steht sie komplett unter dem Industrie-4.0-Thema:'Integrated Industry - Join the Network'  .

Damit ist die Hannovermesse eine Veranstaltung, die nie wichtiger war für Interaktive. Denn das diesjährige Leitthema steht vor allem dafür, dass die wesentlichen Herausforderungen von Industrie 4.0 - wie allgemein gültige Standards für die Machine-to-Machine-Kommunikation, die Frage der Datensicherheit oder die Suche nach dem Geschäftsmodell der Zukunft - nur im Netzwerk zu bewältigen sind.

Bei Industrie 4.0 gehe es um nichts Geringeres, "als um die Weltsprache der Produktion. Und diese sollte aus Deutschland kommen", fordert Dietmar Goericke , Geschäftsführer VDMA Forum Industrie 4.0  . Das zeigt: Deutschland versteht sich, folgt man zumindest den Aussagen von Politik und Verbänden, bei Industrie 4.0 als Vorreiter und natürliche Lead-Nation.

Ohne Frage, mit Industrie 4.0 eröffnet sich für deutsche Unternehmen viel Potenzial für technische Entwicklungen, neue Geschäftsmodelle und somit mehr Umsatz. Aber auch außerhalb von Deutschland laufen vielfältige Aktivitäten. Ein Blick auf internationale und branchenfremde Wettbewerber lohnt immer, um sich der eigenen Position zu vergewissern. Das zeigen die wichtigsten Trends der Hannovermesse.

Trend 1: Maschinen werden menschlicher

Während Japaner in der Regel dazu neigen, Robotern eine menschliches Aussehen zu verpassen, denken europäische Hersteller in der Regel wesentlich sachlicher: Gesichtslose, einarmige Industrieroboter mit mehrachsigen Gelenken und rotierenden Werkzeughaltern sind ihrer Spezialität.

Trotzdem zeigt sich in Hannover, dass bestimmte japanische Prinzipien auch hierzulande Einzug halten: Die Roboter lernen nicht nur einen Umgang miteinander, sondern auch mit Menschen. So können Roboter der neuesten Generation etwa von selbst erkennen, wenn sich ein Mensch nähert und Kollisionen vermeiden. Hersteller Bosch   beispielsweise hat seinen Automatischen Produktionsassistent (Apas) dazu mit einer Art künstlichen Sensorhaut überzogen, um jegliche menschliche Annäherung zu registrieren. Lohn der Mühe: Während bislang Fertigungsstraßen penibel unter Arbeitsschutzgesichtspunkten geplant und Menschen und Maschinen strikt getrennt werden mussten, lassen sich die neuen beweglichen Apparate schnell und flexibel zu agilen Fertigungsinseln zusammenstellen. Starre Produktionslinien mit langen und aufwändigen Rüstzeiten sollen so auch in der Massenfertigung der Vergangenheit angehören.

Noch weiter geht die Exo Hand  , die das Unternehmen Festo   auf der Messe zeigt. Mensch und Maschine gehen dabei eine Symbiose ein: Bei dem Produkt handelt es sich um ein Exoskelett, das wie ein Handschuh angezogen werden kann. Mit dieser Hilfe lässt sich die Kraft in den Fingern pneumatisch verstärken und in Echtzeit auf Roboterhände übertragen. Denkbar wäre ein Einsatz in der Fernmanipulation in gefährlichem Umfeld: Durch Force-Feedback fühlt der Mensch, was die Roboterhand greift. Er könnte so Gegenstände aus sicherer Distanz ertasten und bewegen, ohne sie selbst zu berühren.

Aber die Maschinen lassen sich nicht nur leichter bedienen, sie versorgen ihre menschlichen Kollegen auch mit relevanten Informationen und organisieren ihre Wartungstermine selbst ("Predictive Maintenance"), um ungeplanten Stillstand zu vermeiden und schlagen Alarm, wenn sich in die Personalplanung ein Fehler eingeschlichen hat. Dabei spielt die Usability eine immer größere Rolle: In einer noch nicht serienreifen Technik-Demonstration zeigt der Robotik-Hersteller ABB  , wie sich in Zukunft ganze Produktionslinien flexibel und intuitiv per Tablet-PC steuern lassen. Konzepte dieser Art haben Zukunft: Schließlich sind auch die Arbeiter in der Fabrik Endkunde und haben sich längst an die nutzerfreundlichen Bedienkonzepte von iPhone und Co. gewöhnt.

Auch Techniken aus der Gaming-Branche kommen zum Einsatz. Erst Anfang des Jahres hat der Logistikanbieter DHL den Einsatz von Smartglasses erprobt (siehe Logistik: DHL testet Datenbrillen und Augmented Reality-Anwendungen). Mittels einer Augmented-Reality-Anwendung wurden Lagermitarbeiter interaktive Picklists eingeblendet - die Effizienz der Mitarbeiter stieg um 25 Prozent, die Fehlerquote sank auf null.

Trend 2: Alles dreht sich um Produktions- und Ressourceneffizienz

Treibende Kraft hinter allen Bemühungen ist die Steigerung der Produktions- und Ressourceneffizienz in Entwicklung, Herstellung und Vertrieb. Umsatzsteigerungen und Entwicklung neuer Märkte sind dagegen mittelbare Folgen. Diese Einschätzung offenbart unter anderem eine Umfrage des Dienstleisters für IT-gestützte Businesslösungen, CSC  . In der Umfrage   unter 900 Entscheidern im DACH-Raum nannten die befragten Führungskräfte erhöhte Effizienz (50 Prozent), Reduktion von Kosten (43 Prozent), erhöhte Produktivität (40 Prozent) und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit (39 Prozent) als wichtigste Themen. Produktspezifische Verbesserungen wie höhere Kundenzufriedenheit, erhöhte Qualität oder eine direkte Steigerung des Umsatzes folgen dagegen weit abgeschlagen.

Die Erwartungen der Manager sind hoch: In den kommenden fünf Jahren soll die Effizienz um 18 Prozent durch die Einführung von Industrie 4.0-Technologien steigen. Dazu will die deutsche Industrie bis zum Jahr 2020 rund 200 Milliarden Euro investieren, um ihre Wertschöpfungskette vollständig zu digitalisieren - das sind 40 Milliarden Euro jährlich. Zu diesem Ergebnis kommt zumindest eine aktuelle Studie unter 235 Unternehmen, die von PwC  , Strategy&   und dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau   (VDMA) anlässlich der gerade stattfindenden Hannover Messe durchgeführt wurde.

Über alle Branchen hinweg versprechen sich die befragten Unternehmen demnach eine durchschnittliche jährliche Effizienzsteigerung von 3,3 Prozent durch eine Digitalisierung der Wertschöpfungsketten. Das sind insgesamt 18 Prozent in den nächsten fünf Jahren. Mit Blick auf die Kostenreduktion erwarten sie jährliche Einsparungen von 2,6 Prozent.

Auch wenn die Einführung digitaler Technologien nicht unmittelbar auf eine Umsatzsteigerung zielt, erwarten die Manager doch über die verbesserte Wettbewerbsfähigkeit und günstigere Kostenstruktur eine deutlich messbare positive Auswirkung auf ihr Geschäft. Unterm Strich, so ein weiteres Ergebnis der Studie, sollen die Umsätze um rund 10 Prozent steigen.

Trend 3: Industrie 4.0 erlaubt neue Geschäftsmodelle

Kern der Industrie 4.0 liegt in der Steigerung der Produktions- und Ressourceneffizienz. Von der Entwicklung, der Beschaffung über die Fertigung bis hin zum Marketing, Vertrieb und After-Sales-Service wird dabei die komplette Wertschöpfungskette optimiert und digital transformiert. Im Ergebnis werden dadurch die Produktionsprozesse flexibler, die Produktzyklen kürzer und die Herstellung günstiger. Im Ergebnis folgt daraus weit mehr, als einfach nur eine kosteneffektivere Fertigung. Ganz neue Geschäftsmodelle werden denkbar. Diese Trends werden dabei eine Schlüsselrolle spielen:

• Service statt Produkte: "Verschenke die Lampe, verkaufe das Öl" - das Prinzip, das John D. Rockefeller reich gemacht hat und von der Druckerindustrie erfolgreich kopiert wurde, wird in anderen Bereichen übertragen: An dem eigentlichen Produkt wird kaum noch Geld verdient - die Gewinne werden durch Service realisiert. Aus Herstellern werden Dienstleister. Mit weiterer Verkürzung der Produktzyklen wird sich dieser Trend beschleunigen. Über kurz oder lang werden Produkte nur noch dann neu eingeführt, wenn eine echte technische Innovation das rechtfertigt. In der Zwischenzeit werden Facelifts kontinuierlich am vorhandenen Gerät durchgeführt. Beispiel Handy: Mit einer neuen Gerätehülle lässt sich das Hardwaredesign aktualisieren, neue Apps und Firmwares erneuern auch das Nutzererlebnis, ohne dass ständig neue Smartphones zu Lasten der Umwelt produziert werden. Das Streaming-Konzept von Spotify   und Watchever   lässt sich mittels Industrie 4.0 auch auf physikalische Produkte übertragen: Die kontinuierliche Verbesserung kauft der Kunde per Abonnement.
  
  
• Kleinserien und Individualisierung: Dieser Trend vereinigt sich mit dem hedonistischen Lebensgefühl des modernen Metropoliten zu einem weiteren Geschäftsmodell. Neue Produktionsverfahren machen es möglich: Nicht nur IT-bezogene Produkte und Dienstleistungen passen sich problemlos ihrem individuellen Nutzer an; auch gegenständliche Waren lassen sich preiswert in größerer Auswahl und Kombinationsmöglichkeit her- und kurzfristig bereitstellen. 3D-Druck enthebt die Industrie der Notwendigkeit, für jedes Element ein aufwändiges Werkzeug herzustellen. Wenn die Frontschürze Ihres Fahrzeugs eh geplottert wird - warum kann die Auswahl dann nicht genauso individuell und variabel sein wie bei den Felgen?
  
  
• Digitalisierung: Immer kleinere und preiswertere IT-Komponenten legen es nahe, diese in immer mehr Alltagsgegenstände einzubauen: Von per Smartphone fernsteuerbaren Heizungen über intelligente Textilien bis hin zu immer weiter automatisierten Fahrzeugen reicht die Palette "smarter" Produkte. Ist die elektronische Intelligenz grundsätzlich eingebaut, lässt sie sich durch einen ständigen Strom neuer Funktionalitäten anreichern und individualisieren sowie die Bereitstellung der Ressourcen optimieren.
  
  
• Share-Economy / As-a-Service: Das Konzept von As-a-Service-Produkten stammt zwar aus der Informationstechnologie, wo Software längst als Service bezogen und gemietet wird, anstatt eine Lizenz zu erwerben. Dieselbe Entwicklung wird bei physischen Produkten stattfinden. Die durch Industrie-4.0 erzielte Verkürzung der Produktionszyklen macht Leasing attraktiver. Zugleicht sorgt die verbesserte Vernetzung der Produkte dafür, Mietmodelle kostengünstig und praktikabel zu organisieren. "Am Beispiel der Autoindustrie lässt sich hervorragend zeigen, dass hier zwei Trends zusammenkommen: Die Verkürzung der Innovationszyklen macht es immer weniger erstrebenswert, viel Geld in einen Neuwagen zu investieren, der schon bald nicht mehr neu sein wird. Gleichzeitig nimmt die zunehmende Urbanisierung mit den einhergehenden Verkehrsproblemen die Lust am eigenen Auto: Carsharing erlaubt es, immer nur ein Auto zu haben, wenn man es tatsächlich benutzen will", hat das IT-Beratungshaus CSC in einer Studie   ermittelt.

Diese Entwicklung hat zwei Implikationen auf die Industrie:

1. Zum einen werden die Fertigungsprozesse selbst diesem Modell folgen. Die zunehmende Vernetzung der Fertigungsstätten erlaubt es, einzelne Produktionsprozesse "as a Service" hinzuzufügen, anstatt selbst Kapazitäten aufzubauen.
   
   
2. Zum anderen ändern sich die Anforderungen an die hergestellten Produkte, da diese auch vermehrt "as a Service" genutzt werden. Dazu müssen auch diese die Fähigkeit zur Vernetzung mitbringen.

Trend 4: Horizontale Kooperationen, besseres Eingehen auf Kundenanforderungen

Aber nicht nur Effizienz, Kostenstruktur und Flexibilität in der Produktion werden durch Industrie 4.0 gesteigert. Verschiedene an der Herstellung beteiligte Unternehmen können sich nahtlos vernetzen und einen engen Produktionsverbund bilden. Hersteller können so nicht nur die Time-to-Market erheblich verkürzen, sondern auch einzelne Teilnehmer der Produktionskette flexibel austauschen. - So zumindest die Theorie, denn in der Praxis mangelt es immer noch an einheitlichen Standards, die einen solch flexiblen Produktionsprozess erlauben.

Ähnlich verhält es sich mit dem Rückkanal der Kunden: Mittels intelligenter Produkte, Big Data und kürzester Rüstzeiten und Produktionszyklen lässt sich Kundenfeedback direkt zur Produktverbesserung einsetzen. Dazu können im besten Fall Sensoren genutzt werden, die in die Geräte eingebaut werden und beispielsweise Aufschluss über den tatsächlichen Einsatzbereich eines Wagens geben. Diese Sensordaten können direkt in den Produktionsprozess einfließen. Aber auch ohne eingebaute IT lässt sich eine Rückkopplung herstellen: Das Bremer Institut für Produktion und Logistik   beschäftigt sich mit der Frage, wie sich durch die systematische Auswertung von Internet-Quellen Nutzerfeedbacks, Bewertungen und Verbesserungsvorschläge gewinnen lassen (iBusiness: Erweiterte Produkte - Internet soll beim Produktdesign helfen).

Trend 5: IT-Sicherheit als elementare Voraussetzung

Indem sich immer mehr Fertigungsbetriebe in Wertschöpfungsverbünden miteinander vernetzen, öffnet sich die bislang nahezu hermetisch abgeschottete Produktions-IT der Außenwelt. Dadurch entstehen neue Sicherheitsrisiken, auf die die meisten Unternehmen bisher nicht vorbereitet sind. "Um sensible Daten zu schützen, sind neue Sicherheitsarchitekturen erforderlich", erklärt Dr. Harald Schöning, , Forschungs-Vizepräsident der Software AG  . Das Thema Informationssicherheit sei eine grundlegende Herausforderung, da die hohe Flexibilität von Industrie 4.0 eine absolute Vernetzung verlange. Steuerungen müssten beispielsweise große Datenmengen verarbeiten und brauchten eine Vielzahl von offenen Schnittstellen für die Kommunikation mit der industriellen Umgebung.

Die Vorteile dieser Vernetzung entlang der industriellen Wertschöpfungsketten: Industrie 4.0 erlaubt es Unternehmen, ihre Wertschöpfung zentral und übergreifend in Echtzeit zu steuern und zu optimieren. Allerdings öffnet die Kopplung von Produktions- und Business-IT auch neue Einfallstore für Spionage- und Sabotageattacken, wie einige Ereignisse der jüngsten Vergangenheit, etwa die Manipulation eines Hochofens in einem deutschen Stahlwerk mittels Phishing-Attacke, eindrücklich demonstrieren. Zahlreiche Beispiele aus dem aktuellen Geschehen (Stuxnet, Duqu) zeigen, dass Cyber-Kriminalität nicht mehr nur auf die Standard-IT und -anwendungen beschränkt ist, sondern auch in die bisher vermeintlich sichere Shop-Floor-Ebene und deren IT-Lösungen (SPS, SCADA) vordringt.

Vor allem Stuxnet hat bewiesen, dass auch auf der Ebene der Steuerung von Maschinen operiert wird. Hier ist es Angreifern möglich, direkt in den Produktionsprozess einzugreifen und diesen zu manipulieren. Um diesen Gefahren zu begegnen, reichen die bisherigen, vorrangig auf die Produktionsstabilität ausgerichteten Sicherheitskonzepte des verarbeitenden Gewerbes nicht aus.

Industrie 4.0 erfordert daher neue Sicherheitsarchitekturen. Im Kontext von Industrie 4.0 ist IT-Sicherheit für den geschützten Betrieb unternehmensübergreifender Fertigungsprozesse essenziell. Es gilt, den automatisierten Datenaustausch vernetzter Produktionssysteme sicher und zuverlässig zu gestalten, die Identifizierung der Prozessakteure zu kontrollieren und das Knowhow von Produkten, Maschinen und Anlagen zu schützen.

Trend 6: Standards definieren als große Herausforderung

Nach wie vor fehlen für die vernetzte Industrie allgemeingültige Standards. Dabei würden standardisierte Schnittstellen, Komponenten, Software, Iso-Normen et cetera der Entwicklung einen enormen Schub geben. Schließlich halten sich viele Industrieunternehmen mit Investitionen zurück, weil sie befürchten, in Angebote zu investieren, die nicht den Standards entsprechen, die sich später durchsetzen werden. Dabei sind Standards für die Zukunft unerlässlich. "Um die führende Rolle im Bereich der Industrie von morgen auszubauen, ist es wichtig, die notwendigen Standards zu etablieren und einzusetzen", mahnte Plamen Kiradjiev bereits im vergangenen Jahr. Es sei wichtig, dass sich Unternehmen früh zu Partnerschaften zusammenschließen, gemeinsame Forschung und Pilotprojekte betreiben, Erfahrungen und Best Practices sammeln. Für Wolfgang Dorst vom Bitkom sei die Zeit hierbei ein kritischer Faktor: "Wir müssen schnell standardisierte Schnittstellen schaffen, bevor es andere Regionen tun."

Auch für Dr. Jochen Köckler , Vorstandsmitglied der Deutschen Messe AG  , ist es die zentrale Herausforderung, Standards für Industrie 4.0 zu definieren: "Bisher sprechen die IT-Systeme jedes Unternehmens eine eigene Sprache. Doch mit der neuen Vernetzung muss sich die Industrie auf eine gemeinsame 'Weltsprache der Produktion' einigen." Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssten Industrieunternehmen ressourceneffizient produzieren, schnell auf Marktschwankungen reagieren und gleichzeitig den steigenden Bedarf an individuellen Produkten befriedigen. Flexibilität und Effizienz sind laut Köckler die wesentlichen Erfolgskriterien, um künftig im internationalen Wettbewerb zu bestehen.

Allerdings ist in Sachen Industrie-4.0-Standards hierzulande bisher nicht wirklich etwas passiert. Die Folge: Die Plattform Industrie 4.0  , getragen von Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI)  , Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA)   und Bitkom  , ist jüngst in der neuen Dialogplattform unter der Aufsicht des Wirtschaftsministeriums aufgegangen.

Denn mit dem Auftreten des amerikanischen Pedants, dem Industrial Internet Consortium (IIC), das genau vor einem Jahr gegründet wurde, waren kritische Stimmen laut geworden, die den Verantwortlichen der deutschen Plattform vorgeworfen hatten, nichts Konkretes auf die Beine zu stellen. So beispielsweise
Reinhard Clemens , CEO von T-Systems  : "Im Wesentlichen haben wir nichts hinbekommen, um uns pragmatisch schnell auf Standards zu einigen. Das IIC kommt pragmatisch voran, dort wird nicht großartig standardisiert, sondern es werden Quasi-Standards gesetzt. Unsere Gründlichkeit könnte zur Bedrohung für uns werden. Am Ende gewinnt vielleicht nicht der Beste, sondern der Schnellste."

Ende Februar 2015 ist nun die neue Industrie 4.0-Initiative, Industrial Data Space    gestartet. Die Fraunhofer-Gesellschaft    und Partner aus der Industrie haben mit Unterstützung der Bundesministerien für Bildung und Forschung, für Wirtschaft und Energie, für Verkehr und digitale Infrastruktur sowie des Innenministeriums das gemeinsame Projekt gestartet, "um einen international offenen Datenraum für die Wirtschaft zu schaffen", wie es heißt. Unternehmen hierzulande besitzen eine sehr gute Ausgangslage. Allerdings sind die Resultate und die Außenwirkung von Initiativen wie der Plattform Industrie 4.0 und anderen Aktivitäten eher spärlich. Die bereits bekanntgegebenen Initiativen und Kooperationen und die zu erwartenden Aktivitäten auf der Hannover Messe müssen nun allerdings noch zu praktischen Ergebnissen führen.