Industrielle Revolution 4.0 als Zukunftschance

Autor: Fabian Erhardt, Datum: 21.05.2021

Bei manchen Begriffen ist man sich unsicher, ob sie eine Realität oder einen Anspruch bezeichnen – Industrie 4.0 ist einer davon. Tatsächlich verschwimmen Realität und Anspruch in diesem Begriff, der 2011 von Hennig Kagermann geprägt wurde, seines Zeichens Physikprofessor und ehemaliger Vorstandssprecher von SAP. Industrie 4.0 verleiht der Realität Ausdruck, dass während des Lesens dieser Zeilen eine vierte industrielle Revolution im Gange ist, und ebenso artikuliert er den Anspruch, sich der Aufgabe zu stellen, diese vierte industrielle Revolution wirklich anzugehen und zu gestalten.

 

Industrielle Revolution im Überblick

Bereits dreimal hat eine industrielle Revolution entscheidend verändert, wie Waren für den Alltag entstehen. Zuerst leitete die Erfindung der Dampfmaschine im 18. Jahrhundert die Mechanisierung der Produktion ein. Das 19. Jahrhundert brachte Elektrizität und Fließbandfertigung, und damit immense Produktivitätszuwächse. In den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts vollzog sich die Teilautomatisierung von Produktion: Computer, Robotik und Automatisierung halten Einzug in die Fabriken. Heutzutage sind sich Industrievertreter, Wirtschaftspolitiker und Dozierende an technischen Hochschulen weitgehend einig, dass die Informatisierung der Produktion eine weitere industrielle Revolution auslösen wird. Hierbei verschmelzen Informationstechnik, Telekommunikation und Fertigungsindustrie.

 

Dementsprechend beruht Industrie 4.0 – oder die industrielle Revolution 4.0 – auf einer breiten Zusammenführung der Prozesse sowohl innerhalb als auch außerhalb industrieller Produktionsstätten. Während Forschung und Entwicklung, die Fertigung, das Lager, der Kundendienst oder die Buchhaltung heute oft noch getrennte Systeme verwenden, sollen sie zukünftig eng miteinander vernetzt operieren.

 

Industrielle Revolution und cyberphysische Systeme

Das grundlegende Prinzip können wir uns mithilfe einer Anlage vorstellen, in der es zahllose Gefäße voller Salat-Zutaten gibt: Mais, Tomaten, Pilze, Rote Beete, Rucola, Kerne, etc. Jeder, der sich daraus einen Salatschüssel zum Mitnehmen zusammenstellen möchte, schreibt per digitalem Endgerät eine Zutaten-Liste des eigenen Wunsch-Salats. Per Funk werden die Salatrezepte vom Endgerät auf Chips übertragen, einen für jede Salatschüssel. Jeder noch leeren Schüssel in der physikalischen Welt ist nun ein digitales Rezept im Cyperspace zugeordnet.

 

Streng genommen handelt es sich bei den Schüsseln mit aufgeklebten Funkchips um so genannte cyberphysische Systeme. Diese cyberphysischen Systeme durchlaufen nun die Anlage auf einem Werkstückträger, einer Art fahrbarem Tablett. Jede Salatschüssel hält an den gewünschten Zutaten und wir von einem Roboter befüllt, während die Anlage permanent darüber informiert ist, welche Schüssel gerade an welcher Zutat ist, welcher Roboter als nächstes Zeit hat, und welcher noch länger blockiert ist, oder wie es um die zur Verfügung stehende einzelner Zutaten bestellt ist. Über die Chips steht alles, was in der Anlage passiert, miteinander in Kontakt. Was hier für den Salat zum Mitnehmen durchgespielt wurde, soll in den entsprechenden Komplexitätsgraden bald für Autos, Flugzeuge oder Schuhe gelten.

 

Neue Logik der Fertigung

Dabei bahnt sich tatsächlich eine Abkehr von der Logik bisheriger Fertigung an. Die letzten drei industriellen Revolutionen haben zwar zu der heutigen Fülle von Waren geführt, bestimmten aber die Zwänge, denen sich die Waren zu unterwerfen hatten. Nicht zufällig werden seit dem Ende des 19. Jahrhunderts vor allem solche Produkte hergestellt, die sich in großer Menge fertigen lassen.

 

Entscheidend war stets die Losgröße, also die Anzahl identischer Produkte, die hintereinander produzierbar sind. Egal ob am Fließband oder in teilautomatisierten Roboterstraßen, stets war die Erhöhung der Losgröße das Ziel. Denn nur bei hoher Losgrößen rentieren sich die Investitionen in teure Anlagen. Das Ergebnis sind Produkte von der Stange. Industrie 4.0-Fabriken sind hingegen zu vielen kleineren und größeren Abweichungen von der Massengestalt fähig – im Extremfall sogar zur Einzelanfertigung, also zur Losgröße eins.

 

Überspritzt ließe sich formulieren: Die vierte industrielle Revolution mündet nach Jahrzehnten der Massenfertigung in eine Rückkehr zum Unikat. Individuelle Produkte, aber industriell gefertigt, und damit zum Preis der Massenfertigung. Entfernt erinnert das an die Manufakturen des vorindustriellen Zeitalter erinnert, aber auf dem gesammelten Stand der Technik des 21. Jahrhunderts. Eine besondere Rolle kommt dabei der additiven Fertigung zu, oft 3D-Druck genannt. Mit hoher Geschwindigkeit fertigt sie Prototypen an, die die Dauer bis zur Produktreife rapide verkürzen. Durch zunehmende Leistungsfähigkeit der 3D-Drucker etablieren sie sich inzwischen auch als ernstzunehmende Fertigungsmethode bei Kleinserien mit Stückzahlen bis zu 10 000.

 

Jazz als Leitbild dieser industriellen Revolution

Wolfgang Wahlster, Leiter des Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) vergleicht die Steuerung solcher Fabriken mit einer Jazzband. Bisherige Fabriken entsprechen eher einem klassischen Orchester, das dem Taktstock seines Dirigenten folgt. Im Rahmen der industriellen Revolution 4.0 kommt alles auf die Qualität des Zusammenspiels an, auf die effektive Kommunikation zwischen Fertigungsmaschinen und entstehenden Produkten.

 

Es gibt natürlich grobe Schemata, an die sich alle Prozesse halten müssen, aber es gibt Raum für Improvisation. In diesem Raum organisieren Maschinen und Werkstücke die Produktion bis zu einem gewissen Maße selbst. Die cyberphysischen Systeme improvisieren, den Solisten in einer Jazzkapelle nicht unähnlich. Doch diese zunehmende Autonomie in den Werkshallen zu etablieren und zu organisieren stellt PlanerInnen vor großen Herausforderungen.

 

Um im Bild zu bleiben: Aus Jazz wird leicht Free Jazz, und aus diesem Chaos. Der Kommunikationsbedarf ist immens: Abertausende Produkte müssen mit hunderten Robotern und unzähligen Maschinen im Echtzeit-Austausch stehen. Das Produkt teilt mit, dass es grün angestrichen werden will; der Roboter, dass er die nächsten zehn Minuten belegt ist; das Lager meldet einen sich abzeichnenden Engpass grüner Farbe. Hinzu kommen Energieverbräuche, Temperaturen, Ladezustände und Wartungen. Um dies zu bewältigen, bedarf es zahlreicher Fachkräfte, welche die Kombination aus klassischem Maschinenbau und IT beherrschen.