Industrie 4.0 erklärt: Was es für Smart Manufacturing bedeutet

Industrie 4.0 und Smart Manufacturing. Was bedeuten diese Begriffe? Sind sie austauschbar oder nicht?

Heute ist es in der Fertigungs- oder Industrieautomationsbranche kaum möglich, diesen Buzzwords nicht zu begegnen. Sie sind allgegenwärtig, werden von Vordenkern, Experten, Strategen und Führungskräften aktiv diskutiert. Sie stehen in Mission Statements und Jahreszielen vieler Unternehmen – der Eindruck entsteht, jeder wisse genau, was sie bedeuten. Fragt man jedoch nach, erhält man entweder ein ehrliches „Ich habe eine Ahnung, aber weiß es nicht genau“ oder völlig unterschiedliche Antworten. Und wenn das der Fall ist, erschwert das die Nutzung oder Erreichung dieser Konzepte doch erheblich, oder?

Ziel dieses Artikels ist es, diese Konzepte zu klären: sie zu definieren, ihre Beziehung zueinander und zu Ihrer Organisation zu erklären und vor allem die Frage zu beantworten: Warum sind sie gerade jetzt so ein großes Thema?

Dafür müssen wir verstehen, warum die Definition so schwerfällt. Die einfache Antwort: Es gibt keine universelle Definition, die man nachschlagen könnte.

Die Geburt von Industrie 4.0

Industrie 4.0 (in Europa auch „Industrie 4.0“ geschrieben) als Begriff und Konzept wurde 2011 auf der Hannover Messe geboren, wo Bosch die umfassende Integration von Informations- und Kommunikationstechnik in die industrielle Produktion beschrieb. Die gesamte Industrie und die deutsche Regierung zeigten Interesse. Eine Arbeitsgruppe „Industrie 4.0“ formierte sich unter Leitung von Bosch-Vorstand Siegfried Dais und Henning Kagermann (ehem. SAP-Vorstand, Präsident der acatech). 2013 legte diese Gruppe der Bundesregierung Implementierungsempfehlungen vor. Damit war die vierte industrielle Revolution geboren, die Gruppenmitglieder gelten als ihre Väter und Treiber.

Das 85-seitige Papier der Arbeitsgruppe beginnt damit, wie wir in die vierte industrielle Revolution eintreten – daher die „4“ in „Industrie 4.0“. Zum Verständnis hilft ein Rückblick auf die ersten drei Revolutionen.

Geschichte der industriellen Revolutionen

• Die erste Revolution (oft „DIE“ Industrielle Revolution genannt) ist tatsächlich nur die erste von vier. Sie führte von manueller zu mechanischer Fertigung durch Dampf- und Wasserkraft, ersetzte Muskelkraft.
• Die zweite Revolution nutzte Elektrizität und Fließbandfertigung für Massenproduktion.
• Die dritte Revolution startete mit Elektronik und Software – das ikonischste Beispiel: Computer und in der Industrie die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Dies läutete das Zeitalter hochgradiger Automatisierung ein.
• Die vierte Revolution findet jetzt statt. Physische, digitale und virtuelle Welt kollidieren, schaffen smarte Produkte, Prozesse und Fabriken. Getrieben wird sie primär durch cyber-physische Systeme und das Internet of Things zu einem hochintelligenten, integrierten, automatisierten Fertigungsökosystem, das weit über den traditionellen „Shopfloor“ hinausreicht.

Diagramm der vier industriellen Revolutionen, courtesy of the author

Cyber-physische Systeme (CPS) meine ich die Integration physischer Prozesse, Berechnung und Vernetzung. Laut cyberphysicalsystems.org überwachen und steuern eingebettete Computer und Netzwerke physische Prozesse mit Rückkopplungsschleifen, wo physische Prozesse Berechnungen beeinflussen und umgekehrt.

Das Internet of Things (IoT) bezeichnet ein vernetztes Netzwerk geräte-zu-geräte-Kommunikation ohne menschliche oder Computer-Schnittstelle, meist über das Internet. Der Begriff „Internet of Things“ geht überraschenderweise auf 1999 zurück – ein Procter & Gamble-Mitarbeiter nutzte ihn für RFID. Seither hat er sich stetig erweitert.

Versuch einer Definition von Industrie 4.0

Alles zusammenfassend: Industrie 4.0 ist nicht bloß das Vernetzen von Maschinen und Produkten über das Internet. Es ist ein Paradigmenwechsel in der Organisation, Steuerung und Ausrichtung von Business. Als Gesellschaft spüren wir die Auswirkungen bereits. Nicht nur Unternehmen investieren, Regierungen weltweit pumpen massiv Geld in diese Zukunftsvision.

Die Arbeitsgruppe charakterisierte Industrie 4.0 als Konzept zur Schaffung smarter Produkte, Prozesse und Fabriken. Diese Aussage ist jedoch so visionär und vage, dass sie kaum hilft. Trotz aller Begeisterung fehlt eine handfeste Definition – und genau dieses Definitionsdefizit macht das Konzept so abstrakt und verwirrend.

Seitdem die Arbeitsgruppe tagte, haben sich weltweit Akteure das Konzept angeeignet. Jedes Land versuchte, es im eigenen Kontext zu definieren – naturgemäß mit unterschiedlichen Ergebnissen.

Auf grundlegender Ebene ist Industrie 4.0 ein Sammelbegriff für verschiedene Perspektiven, Branchen, Unternehmensfunktionen, Technologien und Felder. Die meisten Experten sehen die holistische konzeptionelle Basis als eine der zentralen Stärken. Fokus und Verständnis entwickeln sich ständig weiter durch die hohe Aktivität und kontinuierliche Entwicklung neuer Ansätze seitens Lösungsanbieter, Hardwarehersteller, Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Behörden.

Unterschied: Industrie 4.0, Digital Transformation, Smart Manufacturing

Wie erwähnt gibt es keine allgemein akzeptierte formale Definition für Industrie 4.0 – dasselbe gilt für Digital Transformation und Smart Manufacturing. Viele Organisationen und Normungsgremien arbeiten an Definitionen, bislang ohne Erfolg. Die Joint Working Group 21 von IEC und ISO ist am weitesten, braucht aber wohl noch Jahre. Aktuell fokussieren sie auf „Smart Manufacturing“ als Ausschnitt von Industrie 4.0. Ihr aktueller Entwurf: „Fertigung, die ihre Leistungsaspekte durch integrierte und intelligente Nutzung von Prozessen und Ressourcen in cybernetischen, physischen und menschlichen Sphären verbessert, um Produkte und Services zu schaffen und zu liefern, die auch mit anderen Domänen in den Wertschöpfungsketten der Unternehmen kollaborieren.“

Das National Institute of Standards and Technology (NIST) definiert Smart Manufacturing Systems als „vollständig integrierte, kollaborative Fertigungssysteme, die in Echtzeit auf sich ändernde Anforderungen und Bedingungen in der Fabrik, im Liefernetzwerk und in den Kundenbedürfnissen reagieren.“

Zahlreiche weitere Gruppen versuchen, diese Konzepte zu definieren und ihren Begriff zu etablieren. Die International Society of Automation (ISA) erkennt an, dass diese Begriffe und Konzepte sich weiterentwickeln. Daher fokussiert ISA (vorerst) auf „Smart Manufacturing“ als Ökosystem, das Fabriken, Lager, Lieferketten etc. vollständig integriert und agil macht für die Erfüllung von Kundenbedarf. Obwohl man zwischen „Industrie 4.0“ und „Digital Transformation“ differenzieren könnte, werden sie oft synonym verwendet.

Unabhängig von der Semantik läuft alles darauf hinaus: Enorme Datenmengen sammeln und nutzen, um bessere Entscheidungen zu treffen – Führungskräften zu sagen, was wann zu tun ist. Ziel der meisten Smart-Manufacturing-Initiativen: Automatisierungspotenziale identifizieren und Data Analytics für mehr Agilität, Effizienz, Qualität und kürzere Time-to-Market einsetzen. Ermöglicht wird dies durch das Zusammenspiel modernster Technologien, die Fertigung vernetzter, intelligenter und dynamischer machen.

Mein Rat: Was bedeutet das alles?

Wählen Sie einen Begriff und ziehen Sie ihn durch. Sowohl „Industrie 4.0“ als auch „Smart Manufacturing“ sind Visionen oder Reisen, keine Ziele mit klaren Grenzen. Das bedeutet: Diese Konzepte liegen im Auge des Betrachters. Sie bedeuten für verschiedene Menschen und Unternehmen Unterschiedliches – und das ist in Ordnung! Statt auf eine formale Branchen-Definition zu warten, sollten Sie definieren, was es für Ihr Unternehmen bedeutet. Entwickeln Sie eine Vision basierend auf den diskutierten Konzepten und kommunizieren Sie sie organisationsweit.