Fabriken der Zukunft:Industrielle Fertigung 1.0 bis 4.0

Von der ersten industriellen Revolution bis zu Industrie 4.0 und darüber hinaus betrachtet Manufacturing Global die Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft der industriellen Fertigung

Die erste industrielle Revolution geht auf das 18. Jahrhundert zurück entstanden, als dampf- und wasserbetriebene Maschinen entwickelt wurden. Als die Produktion zunahm, wurden auch kleine Unternehmen zu größeren Organisationen.

„Die industriellen Revolutionen sind mehr als eine Abfolge von Ereignissen von der Maschine bis zur Fertigung“, sagt Maddie Walker, Industry X Lead bei Accenture (UK&I). „Die Auswirkungen der ersten Revolution im 18. Jahrhundert sind kaum zu überschätzen – die Landwirtschaft wurde durch die Herstellung von Schlüsselmaterialien ersetzt, angetrieben durch Wasser und Dampf als Hauptquelle der Wirtschaftsleistung des Landes, was einen Bevölkerungsboom und Wirtschaftswachstum anspornte. Es war ein Durchbruch für die menschliche Produktivität und Produktion – insbesondere bei Textilien und dampfbetriebenen Transportmitteln – wo das, was von Hand gesponnen wurde, nun von Maschinen erledigt und viel einfacher verteilt werden konnte.“

Die zweite industrielle Revolution wurde mit der Nutzung von Elektrizität im späten 19. Jahrhundert ausgelöst - die effizienter wurde als die dampf- und wasserbetriebenen Maschinen - und der Anwendung von Massenproduktions- und Fließbändern durch Henry Ford im Automobilsektor, wodurch die Effizienz gesteigert und die Kosten gesenkt wurden.

„Während der zweiten Revolution Ende des 19. / Anfang des 20. Jahrhunderts entstanden neue Energiequellen – Gas, Öl und Strom. Ihre Präsenz in Fabriken ermöglichte die Massenproduktion und anspruchsvollere Maschinen sowie neue Prozesse in der Montagelinie“, fügt Walker hinzu.

Aufbruch in die 1970er, die dritte industrielle Revolution begann mit dem Einsatz von Teilautomatisierung mit speicherprogrammierbaren Steuerungen und Computern.

„Die dritte Revolution, die in den 1970er Jahren ausgelöst wurde, leitete das Computerzeitalter ein. Der Aufstieg der Elektronik und Informationstechnologie machte die automatisierte Produktion möglich – im Front-, Middle- und Backoffice. Halbleiter wurden erfunden und machten Platz für PCs, Mainframe-Computer, Mobiltelefone und schließlich das Internet“, sagt Walker.

Das bringt uns in die Gegenwart, die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0) wurde durch die Entwicklung fortschrittlicher Technologien wie dem Internet der Dinge (IoT) und künstlicher Intelligenz (KI) vorangetrieben, um die Automatisierungs-, Produktivitäts- und Selbstüberwachungsfähigkeiten zu verbessern.

„Während jede Revolution anders war, beeinflusste jede die nachfolgende stark. Ihre Kernprinzipien der Kommunikation, Konnektivität und Automatisierung kulminierten in der Phase, die die meisten Unternehmen heute durchlaufen – allgemein als Industrie 4.0 bezeichnet“, sagt sie.

Wie sieht also die aktuelle Landschaft für die industrielle Fertigung aus?

Die derzeit stattfindende vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0, die digitale Revolution) „ist gekennzeichnet durch ein Zusammenfließen von Trends und Technologien, die die Grenzen zwischen der physischen und der digitalen Sphäre verwischen“, sagt Ruchir Budhwar, SVP und Regional Head – Europe , Fertigung, Infosys.

In vielerlei Hinsicht einzigartig:„Bei Industrie 4.0 geht es – anders als bei früheren industriellen Revolutionen – nicht darum, die bestehenden Assets/Technologien durch neue zu ersetzen, sondern darum, die Herausforderungen und Chancen zu meistern, die sich aus disruptiven Technologien wie KI, maschinellem Lernen und Big-Data-Verarbeitungsmethoden ergeben, “ fährt Budhwar fort. „Zum ersten Mal wird eine industrielle Revolution im Voraus vorhergesagt und nicht nachträglich beobachtet. Daraus ergeben sich vielfältige Möglichkeiten für innovative Unternehmen, die Zukunft aktiv mitzugestalten. Die beiden Haupttreiber hinter diesem Wandel sind die Entwicklung des Verbraucherverhaltens und die Schnelligkeit des technologischen Fortschritts.“

„Diese Bewegung sieht wirklich die Schnittstelle zwischen Konnektivität, Daten und Intelligenz, wobei intelligente Technologien wie KI, digitale Zwillinge, Robotik und IoT das Wachstum unterstützen und die Rentabilität mit Digital-First-Geschäftsmodellen und agileren Produktionssystemen steigern. Insgesamt hatte dies einen tiefgreifenden Einfluss auf den Herstellungsprozess, da jeder einzelne Aspekt der Kette – von der Beschaffung über die Produktionslinie bis hin zur Logistik – zusammenarbeiten und Informationen austauschen konnte. Dadurch wird die Produktivität noch weiter gesteigert, Unternehmen sind flexibler und widerstandsfähiger und die von ihnen hergestellten Produkte sind besser auf die Kundenbedürfnisse zugeschnitten“, fügt Walker hinzu.

COVID-19 und seine Auswirkungen auf die Einführung von Industrie 4.0

„COVID-19 hat die Notwendigkeit größerer Investitionen in digitale Technologien deutlich gemacht und die Bedeutung datengesteuerter Abläufe in den Vordergrund gerückt – sehen Sie sich nur an, wie Daten die Entdeckung, Genehmigung, Beschaffung und Einführung vorangetrieben haben des Impfstoffs. 

"Während die Vorteile eines datengesteuerten Unternehmens seit langem bekannt sind, hat die Pandemie viele digitale Transformationen aus der Not heraus katalysiert, was bedeutet, dass Unternehmen in allen Branchen versuchen, die Technologien und Prinzipien von Industrie 4.0 anzuwenden ihren Betrieb, um nicht nur die Geschäftskontinuität aufrechtzuerhalten, sondern auch ihre Leistung in der Welt nach der Pandemie zu verbessern.  Ob es Hersteller waren, die ihre Lieferketten neu gestalteten, um Engpässe zu beheben, oder Lebensmittelgeschäfte ihre Liefernetzwerke erweiterten, die letzten 12 Monate haben wirklich gezeigt, wie Industrie 4.0 Unternehmen dabei helfen kann, sich in Rekordgeschwindigkeit zu drehen"  - Maddie Walker, Industry X Lead bei Accenture (UK&I)

Den Wert von Industrie 4.0 erkennen

Die Einführung von Industrie 4.0 ist heute eine der prominentesten Vorstandsagenda für Führungskräfte in der Fertigung und kann Herstellern dabei helfen, viele Vorteile zu erzielen, darunter die Rationalisierung von Betriebsabläufen, ihre Widerstandsfähigkeit und Nachhaltigkeit, die Steigerung der Kosteneffizienz oder die Entwicklung intelligenterer Produkte.

„Aber bevor sie Entscheidungen über die technologischen Fähigkeiten treffen, um diese Vorteile zu erzielen, sollten Unternehmen immer zuerst ihre Ziele und die geschäftlichen Herausforderungen und Chancen identifizieren, die sie angehen möchten. Es gibt immer eine Technologie, die ein Problem beheben kann, aber es geht darum, die richtigen zu verwenden, um den größtmöglichen Nutzen zu erzielen“, erklärt Walker.

„Im Kern hat Industrie 4.0 der Fertigung Konnektivität gebracht. COVID-19 hat die Konnektivität auf eine extreme Probe gestellt, und Hersteller haben den Wert digitaler Technologien gelernt, um in Krisenzeiten das Licht anzuschalten. Maschinenintelligenz und die transparente Nutzung von Daten helfen Unternehmen, Einblicke in ihre Betriebsabläufe zu gewinnen – Einblicke, die zuvor vielleicht nie verfügbar waren. Diese digitalen Fäden werden neue Entscheidungen und operative Prozesse inspirieren. Industrie 4.0-Strategien sollten nun versuchen, diese Lehren einzubetten und in Zeiten der Erholung voranzukommen“, fügt Walker hinzu.

Walker fügt jedoch hinzu, dass für die erfolgreiche Einführung solcher Strategien „das gesamte Unternehmen – von Engineering, Lieferkette, Finanzen und Technologie – gefordert ist, sich zu engagieren und darauf hinzuarbeiten, seinen Wert zu erzielen. Jeder im Unternehmen muss sich mit neuen Technologien und Prozessen beschäftigen, um nachhaltige Vorteile zu erzielen. Was wir oft beobachten, ist, dass viele Unternehmen einen „Minimum Viable Product“-Ansatz verfolgen, um Veränderungen herbeizuführen und die Vorteile eines neuen Produkts oder Prozesses zu demonstrieren. Dies ermöglicht es einem Unternehmen, schnell zu starten, seinen Wert zu beweisen und dann zu skalieren – und dabei seine Mitarbeiter und Technologie mitzunehmen.“

Budhwar ergänzt Walkers Kommentare und fügt hinzu, dass „die Einführung von Industrie 4.0 letztlich keine Alles-oder-Nichts-Kosten sein muss, sondern eher ein Prozess, der kleine, gemessene Schritte zur Verbesserung der Fertigungseffizienz umfasst – insbesondere auf eine Weise, die für Sie richtig ist Organisation und ihre spezifischen Bedürfnisse. Deshalb betrachten wir bei Infosys 4.0 eher als Evolution denn als Revolution und haben in Zusammenarbeit mit acatech, der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften in Deutschland, einen Industry 4.0 Maturity Index entwickelt, um Unternehmen einen praktischen Rahmen für den Fortschritt zu bieten.“

Industrielle Fertigung jenseits von Industrie 4.0...

In der Überzeugung, dass die fünfte industrielle Revolution (Industrie 5.0) bereits im Gange ist, erklärt Walker:„Die vierte industrielle Revolution hat zwar fortschrittliche Technologie und damit Möglichkeiten in Unternehmen gebracht, aber nicht genug getan, um diese Gelegenheit wirklich zu nutzen. Die COVID-19-Krise hat dies ebenso deutlich gemacht wie die wachsenden Bewegungen und Vorschriften, die sich mit nicht nachhaltigem Verhalten, dem Klimawandel und einer wachsenden Zahl gesellschaftlicher Probleme befassen.

„Unternehmen werden anfangen, ausgewogene Werte zu verfolgen – die über Effizienz und Wachstum hinausgehen, um auch soziale und ökologische Verantwortung zu maximieren und besser auf eine krisenanfällige Welt vorbereitet zu sein.

„Unternehmen werden die bestehenden digitalen Technologien der vierten industriellen Revolution nutzen, um einen kontinuierlichen ‚digitalen Faden‘ durch die Produktentwicklung, Fertigung und die gesamte Lieferkette zu weben. Dieser Thread wird ihnen beispiellose datengesteuerte Echtzeit-Einblicke liefern, die es ihnen ermöglichen, immer ein Gleichgewicht zwischen Relevanz für Kunden und Mitarbeiter, betrieblicher Belastbarkeit und Verantwortung gegenüber Umwelt und Gesellschaft herzustellen.“

Damit Unternehmen das Potenzial von Industrie 5.0 ausschöpfen können, kommt Rafi Billurcu, Partner und Head of UK Manufacturing bei Infosys Consulting, zu dem Schluss, dass „Um auf Industrie 5.0 reagieren zu können, müssen Hersteller bereits wichtige Schritte unternommen haben, um ihre digitale Transformation zu beginnen. Dazu gehört die Erstellung einer digitalen Vision für das Unternehmen und deren Ausrichtung, um die Unternehmensstrategie voranzutreiben. Der Aufbau einer digitalen Grundlage ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung – digitale Prozesse müssen im Mittelpunkt stehen, zusammen mit einem vollständig integrierten und abgestimmten Betriebsmodell. Hersteller müssen auch agile und später agile SAFe-Ausführungsprinzipien anpassen, um Innovationen schnell voranzutreiben.“