Von Dampf zur Smart Factory: Die Evolution der industriellen Fertigung 1.0 bis 4.0

Von der ersten industriellen Revolution bis zu Industry 4.0 und darüber hinaus blickt Manufacturing Global auf Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der industriellen Fertigung.

Zurückgehend auf die 1800er Jahre fand die erste industrielle Revolution statt, als dampf- und wasserkraftbetriebene Maschinen entwickelt wurden. Mit steigender Produktion wuchsen auch kleine Unternehmen zu größeren Organisationen.

„Die industriellen Revolutionen sind mehr als eine Abfolge von Ereignissen von Maschinen zur Fertigung“, sagt Maddie Walker, Industry X Lead bei Accenture (UK&I). „Die Auswirkungen der ersten Revolution im 18. Jahrhundert sind kaum zu überschätzen – Landwirtschaft wurde durch die Fertigung von Schlüsselmaterialien ersetzt, angetrieben von Wasser und Dampf als Hauptwirtschaftsmotor, was einen Bevölkerungsboom und Wirtschaftswachstum auslöste. Es war ein Durchbruch für menschliche Produktivität und Produktion – besonders in Textilien und dampfgetriebenem Transport – wo das, was von Hand gesponnen wurde, nun von Maschinen erledigt und weitaus einfacher verteilt werden konnte.“

Die zweite industrielle Revolution wurde durch den Einsatz von Elektrizität im späten 19. Jahrhundert ausgelöst – effizienter als Dampf- und Wasserkraft – und die Anwendung von Massenfertigung und Fließbändern durch Henry Ford im Automobilsektor, die Effizienz steigerten und Kosten senkten.

„Während der zweiten Revolution, Ende 19./Anfang 20. Jahrhundert, entstanden neue Energiequellen – Gas, Öl und Elektrizität. Ihr Einsatz in Fabriken ermöglichte Massenfertigung und anspruchsvollere Maschinen sowie neue Prozesse in der Montagelinie“, ergänzt Walker.

In den 1970er Jahren begann die dritte industrielle Revolution mit teilweiser Automatisierung durch speicherprogrammierbare Steuerungen und Computer.

„Die dritte Revolution, ausgelöst in den 1970ern, läutete das Computerzeitalter ein. Der Aufstieg von Elektronik und Informationstechnologie machte automatisierte Produktion möglich – in Front-, Middle- und Backoffice. Halbleiter wurden erfunden, was zu Personal Computern, Mainframes, Mobiltelefonen und schließlich dem Internet führte“, sagt Walker.

Heute treibt die vierte industrielle Revolution (Industry 4.0) die Entwicklung fortschrittlicher Technologien wie Internet of Things (IoT) und Künstliche Intelligenz (KI) voran, um Automatisierung, Produktivität und Selbstüberwachung zu verbessern.

„Obwohl jede Revolution einzigartig war, beeinflusste jede die nachfolgende stark. Ihre Kernprinzipien Kommunikation, Konnektivität und Automatisierung gipfelten in der Phase, die die meisten Unternehmen heute durchlaufen – allgemein als Industry 4.0 bezeichnet“, sagt sie.

Wie sieht die aktuelle Landschaft der industriellen Fertigung aus?

Gerade jetzt findet die vierte industrielle Revolution (Industry 4.0, die digitale Revolution) statt, die „durch ein Zusammentreffen von Trends und Technologien gekennzeichnet ist, die die Grenzen zwischen physischer und digitaler Sphäre verwischen“, sagt Ruchir Budhwar, SVP und Regional Head – Europe, Manufacturing, Infosys.

Einzigartig in vielerlei Hinsicht: „Industry 4.0 – im Gegensatz zu früheren industriellen Revolutionen – geht nicht darum, bestehende Assets/Technologien durch neue zu ersetzen, sondern die Herausforderungen und Chancen disruptiver Technologien wie KI, Machine Learning und Big-Data-Verarbeitungsmethoden zu meistern“, führt Budhwar aus. „Zum ersten Mal wird eine industrielle Revolution vorhergesagt, nicht erst im Nachhinein beobachtet. Das bietet innovativen Unternehmen verschiedene Chancen, die Zukunft aktiv zu gestalten. Die beiden Haupttreiber sind die Evolution des Konsumentenverhaltens und die Rasanz technologischer Fortschritte.“

„Diese Bewegung sieht wirklich die Schnittmenge von Konnektivität, Daten und Intelligenz, mit smarten Technologien wie KI, Digital Twins, Robotik und IoT, die Wachstum unterstützen und Profitabilität mit digital-first-Geschäftsmodellen und agileren Produktionssystemen steigern. Insgesamt hat dies einen tiefgreifenden Effekt auf den Fertigungsprozess, da jeder Aspekt der Kette – von Beschaffung über Produktion bis Logistik – kollaborieren und Intelligenz teilen kann. Resultat: Produktivität steigt weiter, Unternehmen sind flexibler und resilienter, und Produkte sind besser auf Kundenbedürfnisse zugeschnitten“, ergänzt Walker.

COVID-19 und seine Auswirkungen auf die Industry-4.0-Adoption

„COVID-19 hat ein Licht auf die Notwendigkeit größerer Investitionen in digitale Technologien geworfen und die Wichtigkeit datengetriebener Operationen in den Vordergrund gerückt – man sehe nur, wie Daten die Entdeckung, Zulassung, Beschaffung und Ausrollung des Impfstoffs antrieben.

„Während die Vorteile datengetriebener Organisationen lange bekannt waren, katalysierte die Pandemie viele digitale Transformationen aus Notwendigkeit, sodass Unternehmen aller Branchen die Technologien und Prinzipien von Industry 4.0 auf ihre Operationen anwenden, um nicht nur Geschäftskontinuität zu wahren, sondern auch ihre Leistung in der Post-Pandemie-Welt zu steigern.

Ob es Hersteller waren, die ihre Lieferketten neu architektierten, um Engpässe zu lindern, oder Lebensmittelläden, die ihre Liefernetze hochskalierten – die letzten 12 Monate haben wirklich gezeigt, wie Industry 4.0 Unternehmen hilft, mit Rekordgeschwindigkeit zu pivoten.“ – Maddie Walker, Industry X Lead bei Accenture (UK&I)

Den Wert von Industry 4.0 realisieren

Als eines der prominentesten Boardroom-Themen für Fertigungsvorstände heute kann die Adoption von Industry 4.0 Herstellern viele Vorteile bringen: Abläufe straffen, sie resilienter und nachhaltiger machen, Kosteneffizienz steigern oder intelligentere Produkte schaffen.

„Aber bevor man Entscheidungen über Technologiefähigkeiten trifft, um diese Vorteile zu erreichen, sollten Unternehmen immer zuerst identifizieren, was ihre Ziele sind und welche geschäftlichen Herausforderungen und Chancen sie adressieren wollen. Es gibt immer eine Technologie, die ein Problem lösen kann, aber es geht darum, die richtigen zu nutzen, um maximalen Nutzen zu liefern“, erklärt Walker.

„Im Kern hat Industry 4.0 der Fertigung Konnektivität gebracht. COVID-19 stellte Konnektivität auf die extreme Probe, und Hersteller lernten den Wert digitaler Technologien, um in Krisenzeiten den Betrieb aufrechtzuerhalten. Maschinenintelligenz und transparente Datennutzung helfen Unternehmen, Einblicke in ihre Operationen zu gewinnen – Einblicke, die zuvor nie verfügbar waren. Diese digitalen Fäden werden neue Entscheidungen und operative Prozesse inspirieren. Industry-4.0-Strategien sollten jetzt darauf abzielen, diese Lektionen zu verankern und in Erholungszeiten voranzuschreiten“, fügt Walker hinzu.

Für eine erfolgreiche Adoption solcher Strategien fügt Walker hinzu, dass es „das ganze Unternehmen – von Engineering, Supply Chain, Finance und Technology – erfordert, engagiert zu sein und auf den Wert hinzuarbeiten. Jeder im Unternehmen muss sich mit neuer Technologie und Prozessen engagieren, um nachhaltige Vorteile zu liefern. Was wir oft sehen, ist, dass viele Unternehmen einen ‚Minimum Viable Product‘-Ansatz wählen, um Veränderung anzustoßen und den Nutzen eines neuen Produkts oder Prozesses zu demonstrieren. Das ermöglicht einen schnellen Start, den Wert zu beweisen und dann zu skalieren – wobei Menschen und Technologie mitgenommen werden.“

Budhwar ergänzt: „Letztlich muss die Adoption von Industry 4.0 kein Alles-oder-Nichts-Aufwand sein, sondern ein Prozess mit kleinen, messbaren Schritten zur Verbesserung der Fertigungseffizienz – besonders in Wegen, die für die eigene Organisation und ihre spezifischen Bedürfnisse richtig sind. Deshalb betrachten wir bei Infosys 4.0 als Evolution, nicht als Revolution, und haben einen Industry-4.0-Maturity-Index in Partnerschaft mit acatech, der Nationalen Akademie der Wissenschaften und Ingenieurwesen in Deutschland, entwickelt, um Unternehmen einen praktischen Rahmen für Fortschritt zu geben.“

Industrielle Fertigung jenseits von Industry 4.0...

In der Überzeugung, dass die fünfte industrielle Revolution (Industry 5.0) bereits im Gange ist, erklärt Walker: „Während die vierte industrielle Revolution fortschrittliche Technologie und damit Chancen in Unternehmen brachte, hat sie nicht genug getan, diese Chance wirklich zu ergreifen. Die COVID-19-Krise machte das sehr klar, ebenso wie wachsende Bewegungen und Regulierungen zu unverantwortlichem Verhalten, Klimawandel und wachsenden gesellschaftlichen Problemen.

„Unternehmen werden anfangen, ausgewogenen Wert zu verfolgen – der über Effizienz und Wachstum hinausgeht und auch soziale und ökologische Verantwortung maximiert und besser auf eine krisenanfällige Welt vorbereitet ist.

„Unternehmen werden die bestehenden digitalen Technologien der vierten industriellen Revolution nutzen, um einen kontinuierlichen ‚digitalen Faden‘ durch Produktentwicklung, Fertigung und die gesamte Lieferkette zu weben. Dieser Faden wird ihnen beispiellose datengetriebene Echtzeit-Einblicke geben, die es ihnen ermöglichen, immer relevant für Kunden und Mitarbeiter zu sein, operativ resilient und verantwortlich gegenüber Umwelt und Gesellschaft.“

Damit Organisationen das Industry-5.0-Potenzial realisieren können, schließt Rafi Billurcu, Partner und Head of UK Manufacturing bei Infosys Consulting: „Handeln nach Industry 5.0 erfordert, dass Hersteller bereits Schlüsselschritte zur digitalen Transformationsreise unternommen haben. Dazu gehört die Etablierung einer digitalen Vision für das Unternehmen und deren Ausrichtung auf die Unternehmensstrategie. Der Aufbau eines digitalen Fundaments ist ebenfalls entscheidend – digitale Prozesse müssen im Kern stehen, zusammen mit einem voll integrierten und ausgerichteten Betriebsmodell. Hersteller müssen auch agile und später SAFe-agile Prinzipien der Ausführung adaptieren, um Innovation mit Geschwindigkeit voranzutreiben.“