Herausforderung Industrie 4.0: die wirtschaftliche Entwicklung seit 1990

Industrie 4.0: Vorsprung durch Software

Torsten Zimmermann

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Die Industrie 4.0 soll die Verzahnung der industriellen Produktion „mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik“ bezeichnen. Zentraler Erfolgsfaktor und wesentlicher Unterschied zu Computer-integrated Manufacturing (Industrie 3.0) soll die Anwendung der Internettechnologien zur Kommunikation zwischen Menschen, Maschinen und Produkten sein. Cyber-physische Systeme und das Internet der Dinge bilden hierbei die technologische Basis.

Ein altes Sprichwort sagt: Nichts ist stetiger als der Wandel. Und dieser Satz scheint mehr denn je für unsere heutige Welt zu gelten: An die Stelle der Ost-/West-Konfrontation, die nach dem Zweiten Weltkrieg über Dekaden die Welt beherrschte, trat eine politische und vor allem wirtschaftliche Globalisierung. Dieser grundlegende Wandel hat in der ganzen Welt dazu geführt, dass Nationen, Ökonomie und Organisationen ihre eigenen Strategien und Ausrichtungen gemäß den Veränderungen anpassen mussten. Hieraus bildeten sich neue Kräfteverhältnisse, die auch die Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Partnern dramatisch beeinflusste. Über Jahrzehnte galt die politische und wirtschaftliche Führungsrolle der westlichen Welt als gegeben. Heute ist dies jedoch alles andere als selbstverständlich. Die von den Industrienationen in den 70er-Jahren noch als Dritte Welt bezeichneten Staaten durchliefen eine Metamorphose zum politischen und wirtschaftlichen Partner mit globaler Bedeutung. Die einzelnen Wirtschaftsregionen wandelten sich in der Folge sehr unterschiedlich. Deutschland und Österreich sind hierbei die einzigen der führenden westlichen Industrieländer, die den Anteil des produzierenden Wirtschaftssektors in den vergangenen zwanzig Jahren halten konnten: Seit den Neunzigerjahren des vorigen Jahrhunderts bestätigt Deutschland jährlich seinen Anteil im produzierenden Sektor von zwischen 23 Prozent und 30 Prozent am Bruttosozialprodukt. Österreich liegt auf einem ähnlichen Niveau nur knapp dahinter.

Im Jahr 2015 schrieb beispielsweise das Statistische Bundesamt: „Die deutsche Industrie hat ihren Anteil am Bruttoinlandsprodukt (BIP) in Deutschland in den vergangenen zwanzig Jahren nahezu gehalten. Im Zeitraum von 1994 bis 2014 erhöhte sich die preisbereinigte Bruttowertschöpfung des Verarbeitenden Gewerbes jährlich um durchschnittlich 1,7 % gegenüber einem gesamtwirtschaftlichen Zuwachs der Bruttowertschöpfung von 1,4 %. Der Anteil des verarbeitenden Gewerbes an der Bruttowertschöpfung aller Wirtschaftsbereiche lag in Deutschland im Jahr 2014 bei 22,3 %. Dies entsprach fast dem Wert von 1994 (23,0 %). In den EU-Staaten insgesamt hatte die Industrie 2014 einen Anteil von durchschnittlichen 15,3 % am BIP. In Frankreich lag der Anteil bei 11,4 % und in Großbritannien bei 9,4 %.“

Dies ist insbesondere bemerkenswert, da die durch die Bankenkrise in 2008 ausgelösten wirtschaftlichen Einbrüche von Deutschland und Österreich bereits 2011 überwunden wurde. Dies gelang ansonsten nur noch der USA, jedoch auf wesentlich geringerem Niveau. Alle anderen Industrienationen indes bewegen sich mittlerweile auf die 10-Prozent-Marke zu oder haben sie bereits erreicht. Diese Tendenz motivierte international betrachtet schon zum Abgesang des produzierenden Gewerbes. Viele Industrienationen setzten folglich auf Finanzdienstleistungen: Man ließ dort produzieren, wo die Produktionskosten günstiger waren. Industrieanlagen, Know-how und Mitarbeiter wurden deshalb abgebaut. In Deutschland hingegen blieb das produzierende Gewerbe ein sehr wichtiger Wirtschaftsfaktor. Die deutsche Industrie ließ die Produktion weitestgehend im eigenen Land und setzte verstärkt auf Automation als Antwort auf gestiegene Lohn- und Produktionskosten. Auch hier führte es zu einem umfassenden Strukturwandel mit wirtschafts- und sozialpolitischen Aspekten. Dabei sind auch einige Branchen teilweise verschwunden (Beispiele: Textilindustrie, Unterhaltungselektronik, Teile des Schiffbaus), aber auch andere entstanden (Beispiele: Automobil, Flugzeugbau, Medizintechnik, Maschinen- und Anlagenbau). Die Nachfragen nach deutschen Produkten aus den zuletzt genannten Bereichen sind stärker denn je. Entscheidend hierzu sind die Produktmerkmale Qualität, Zuverlässigkeit und innovative Funktionalitäten, die oft den Ausschlag geben, dass der Wettbewerb aus anderen Nationen nicht vom Markt ausgewählt wird. Der Preis spielt also hierbei eine sekundäre (?) Rolle. Ergänzend unterstützen hochwertige, produktbezogene Dienstleistungen die Anwenderakzeptanz und Kundentreue für deutsche Qualitätsprodukte. Wie ist das der deutschen Industrie gelungen? Hierzu sind folgende zentrale Punkte zu nennen:

  1. Die hohe Sicherheit bzw. Robustheit in den Entwicklungs- und Fertigungsprozessen repräsentiert die Basis, um im Ergebnis qualitativ hochwertige Produkte zu fertigen.
  2. Die umfassende Automatisierung mit hoher Prozessqualität lässt eine Produktion mit hohen Stückzahlen zu, wobei auch Produktvarianten unterstützt werden.
  3. Der äußerst effektive Einsatz neuer Technologien (insbesondere der IT-Werkzeuge für Engineering, Produktvalidierung, Produktionsplanung, Inbetriebnahme und Fertigung), womit sich die deutsche Industrie deutlich vom Wettbewerb unterscheidet.
  4. Die geschickte Einbettung von Software in alle Produktarten und -kategorien (Embedded Systems), die die weltweit begehrten innovativen Funktionen oft erst möglich machen.

Diese vier Faktoren führen zur Frage, wie eine intelligente Produktion im Sinn einer Weiterentwicklung der Felder Product Engineering, Process Engineering, Product Validation, Product Planning, Production Planning etc. für die nächsten Dekaden auszusehen hat. Dies begründete Anfang der 2010er-Jahre die neue Disziplin Industrie 4.0. Hierzu sind – getrieben durch die deutsche Industrie – einige Arbeitskreise entstanden, die I-4.0-Lösungsansätze ermitteln. Da hierbei der holistische Ansatz (horizontale und vertikale Integration) zwingend ist, ist die Zusammenarbeit über Firmengrenzen hinweg notwendig (Abb. 1).

Abb. 1: Der I-4.0-Stern zeigt wichtige Rahmenfaktoren für Industrie 4.0

Dabei ist es auch wichtig, Daten – mitunter auch viele und komplexe Datenobjekte – schnell mit verschiedenen Organisationseinheiten auszutauschen. Denn mit Bezug auf die eingangs dargestellte Begriffsbestimmung von Industrie 4.0 ist die Information, bestehend aus ausnahmslos akkuraten Daten, der Erfolgsfaktor für das Industrie-4.0-Konzept. Deshalb kommt im Zusammenhang mit Industrie 4.0 oft der Begriff Big Data oder Data-driven Business auf. Ob dieses Thema tatsächlich immer in Kombination mit Industrie 4.0 auftreten muss, ist im Einzelfall zu hinterfragen. Es gibt bereits einige I-4.0-Beispiele, die ohne Big Data auskommen. Die meisten Feldlösungen kommen aber nicht ohne Big-Data-Systeme aus.

Trotz der vielen Forschungsprojekte und Arbeitskreise auf diesem Themengebiet, gestaltet sich die Umsetzung in die Fläche bislang schwierig. Die Anwendungen beschränken sich beispielsweise auf Teilbereiche einer Produktionslinie oder kleine Organisationseinheiten. Die horizontale und vertikale Integration, geforderte intelligente sowie flexible Produktion und Skalierbarkeit stellen hohe Herausforderungen im Rahmen konkreter Umsetzungen dar. In späteren Abschnitten beschreibe ich im Detail die technischen und organisatorischen Schwierigkeiten.

Die vierte industrielle Revolution

Mit dem Begriff „Industrielle Revolution“ bezeichnet man die seit der Mitte des achtzehnten Jahrhunderts stattfindenden Umwälzungen der Produktion von Gütern. Dabei unterscheidet die Fachwelt inzwischen vier Phasen. So entstand der Name Industrie 4.0 für die aktuellen Veränderungen innerhalb der Industrie, die beispielsweise „Internet of Things“, „Cyber-Physical Systems“ und „Big Data“ als Schlagworte kennt. Es war nun aber keineswegs so, dass der Industrie-x.0-Ansatz zu Beginn der Einführung der Dampfmaschine geprägt wurde. Vielmehr werden erst seit 1970 – zu Beginn der CAD-/CAM-Ära – die Begriffe Industrie 1.0 bis 3.0 verwendet (Abb. 2). Die Industrie 4.0 wird ebenfalls als industrielle Revolution bezeichnet. Vielleicht liegt dies daran, dass Industrie-4.0-basierende Geschäftsmodelle oft einen disruptiven Charakter aufweisen. Sicherlich haben auch die teilweise dramatischen technologischen Umwälzungen innerhalb der Warenproduktion ihren Beitrag dazu geleistet. Nach meiner Einschätzung überwiegt jedoch der evolutionäre Ansatz, da sich die digitale Transformation noch über Jahrzehnte hinziehen kann. Viele wichtige Elemente sind noch nicht einmal angedacht. Ganz zu schweigen von entsprechenden Lösungen. Ich machte oft die Erfahrung, dass wissenschaftliche Institute, die auf diesem Gebiet forschen, einen anderen Standpunkt vertreten. Als Unternehmensberater mag ich hier einräumen, dass ich im Rahmen meiner Rolle den praxisrelevanten Aspekten und der Umsetzbarkeit im branchenspezifischen Kontext einen höheren Stellenwert einräume.

Abb. 2: Maximaler Kundennutzen durch Bereitstellung der richtigen adäquaten Information zur richtigen Zeit

Ein weiterer Diskussionspunkt ist, ob Industrie 4.0 technik- oder marktgetrieben sei. Es ist hierbei sicherlich richtig, dass ohne die Fortschritte im Bereich der Technologie, wie zum Beispiel in Bezug auf die Miniaturisierung und Leistungsfähigkeit von elektronischen Komponenten wie auch dem Internet als Kommunikationsmedium, Industrie 4.0 undenkbar wäre. Dennoch schätze ich den Markt als den wichtigeren Treiber im Vergleich zur Technologie ein. Denn ohne signifikante Nachfrage ist die Transformation auf Industrie 4.0 für ein Unternehmen wenig sinnvoll. Vielleicht mag diese Feststellung provokant wirken. Meine Erfahrungen mit I-4.0-Projekten zeigen jedoch, dass diese – bei allem technologischen Fortschritt – durchaus im Misserfolg enden können, wenn der Kundennutzen nicht umfassend herausgearbeitet wurde. Zum Glück überwiegen die positiven Beispiele, die Mut machen sollten. Dabei zeichnen sich die besagten Projekte durch einen hohen Anteil individueller Umsetzungen mit Berücksichtigung des spezifischen Umfelds aus. Ferner ist allen erfolgreichen Transformationen die exzellente Herausarbeitung des Kundennutzens gemein. Einige hiervon werde ich im nächsten Teil dieser Artikelserie vorstellen. Hier möchte ich zunächst auf die Herausforderungen eingehen.

Die Herausforderung der ganzheitlichen Betrachtung

Ein oft unterschätzter Aspekt ist die Notwendigkeit der holistischen Betrachtungsweise, wenn man eine Organisation auf Industrie 4.0 umstellen möchte. Das heißt konkret, dass eine horizontale und vertikale Integration aller Prozesse und Organisationseinheiten erfolgen muss. Wenn dies nicht beachtet wird, lassen sich Synergien innerhalb der eigenen Organisation sowie mit Geschäftspartnern, Alleinstellungsmerkmalen von Produkten wie auch Dienstleistungen und Zusatznutzen für Kunden nicht umfassend entwickeln bzw. realisieren. Doch gerade im Zeitalter der Globalisierung gewinnen diese Aspekte zunehmend an Bedeutung. Da hier im wahrsten Sinn des Worts jeder Stein umzudrehen und zu hinterfragen ist, führt dies oft zum Neuaufbau von Organisationen, Strukturen, Geschäftsregeln und Prozessen. Die neuen Funktionalitäten, die intelligente, vernetzte Systeme möglich machen, können den Schwerpunkt des Unternehmensangebots vom Produkt zur Dienstleistung verlagern. Auf jeden Fall wird die Bedeutung von Dienstleistungen im Vergleich zu heute zunehmen. Im Rahmen der Unternehmensstrategie muss das Management festlegen, welche Bedeutung Produkte im Vergleich zu Dienstleistungen innerhalb des Unternehmensportfolios haben sollen. Dabei könnten Dienstleistungen als Produkt-Add-on, als Elemente eines Serviceportfolios, das gleichwertig neben dem Produktportfolio existiert, oder als zentrale Lösungen mit nachgelagerten Produkten positioniert werden. Die strategische Entscheidung sollte auf Basis des vorherrschenden Marktkontexts und -erwartungshorizonts im jeweiligen Marktsegment getroffen werden. Ich erwähnte den Synergiebegriff. Sind hier Kosten- und Zeitvorteile gemeint? Das ist möglich, aber nicht nur: Verbesserungen bezüglich Flexibilität, Kundenbindung, Transparenz, Qualität, Prognose und Arbeitsidentifikation stellen oft die Motivation für Transformationen nach I 4.0 dar. Wenn wir Dienstleistung sagen, meinen wir oft Software, da gerade der Softwareanteil in den Produkten die Märkte und Produkte schneller und mit rasantem Wachstum verändert. Wie kann hierbei das Unternehmen die Veränderungen zweifelsfrei erkennen und erfolgreich darauf reagieren? Diese Frage stellt agile Ansätze in den Fokus. In der Softwareentwicklung kennt man beispielsweise Scrum und (Software-)Kanban als Vertreter agiler Entwicklungsmethoden. In der Industrieproduktion ist beispielsweise Kanban weit verbreitet. Jetzt halten diese Methoden Einzug in alle Organisationseinheiten und -strukturebenen eines Unternehmens; auch in Bereich jenseits der Produktion. Damit wird klar, dass die erfolgreiche Einführung von Lean Management als bereichsübergreifende Unternehmensphilosophie die Voraussetzung für Industrie 4.0 ist.

Wird nun aber jedes Industrieunternehmen zu einem Softwarehersteller? Oder sollte der betreffende Entwicklungsbereich in eine Tochter- oder Schwestergesellschaft ausgelagert werden? Und die Möglichkeiten, die aktuelle Technologien offerieren, scheinen grenzenlos zu sein. Unzählige Fragen tun sich hier auf. Welcher Weg würde denn die erfolgreichste Strategie mit bestem Zukunftspotenzial repräsentieren? Zentral ist hierbei, immer die Bewertung der verschiedenen Strategien nach deren Sinnhaftigkeit oder Nutzlosigkeit zu hinterfragen. Es gilt auch hier: Die gute Herausarbeitung des Kundennutzens und der Business Cases verbessert nachhaltig die Erfolgschancen einer Transformation auf Industrie 4.0.

Unternehmensorganisation der Zukunft: Wohin geht die Reise?

Strukturen haben sich in Unternehmen teilweise über Jahrzehnte hinaus entwickelt. Da werden Hierarchien und Verantwortlichkeiten festgelegt. Erfolge führen zum Ausbau von Organisationseinheiten. Neue Mitarbeiter werden eingestellt und die Strukturen wachsen weiter. Regeln und Prozesse werden entsprechend angepasst, aber sehr selten werden Unternehmensbereiche grundlegend geändert. „Never change a running system or a winning team“, fällt einem hierzu spontan ein. Einem Grundsatz, dem wir alle gerne folgen. Oft konzentrieren sich deshalb Änderungen auf einen bestimmten Aspekt oder Unternehmensbereich. Hierdurch fällt die Erfolgstrolle und Ursachenanalyse einfacher: Sollten sich die Erwartungen nicht erfüllen, so können Ursachen rasch ermittelt und sinnvolle, notwendige Anpassungen umgesetzt werden.

Industrie 4.0 hingegen bedarf – wie bereits erwähnt – der holistischen Betrachtung. Muss man sich von dem Gedanken verabschieden, Veränderung in kleinen überschaubaren Schritten umzusetzen? Systeme müssen im I-4.0-Zeitalter sicherlich multidisziplinär entwickelt werden. Strukturen müssen also an mehreren Stellen innerhalb des Unternehmens gleichzeitig verändert werden. Oft sind Unternehmen aber in Form von Fachbereichen organisiert. Über Jahrzehnte hat sich hierdurch ein „Silodenken“ aufgebaut, das nun bei der Umsetzung von interdisziplinären Ansätzen hinderlich ist. Umdenken ist nun wichtig. Häufig empfiehlt sich die Etablierung eines Programms, das die verschiedenen Projekte der einzelnen Bereiche steuert. Innerhalb des Programms sollte darauf geachtet werden, dass die notwendigen Veränderungen aus den verschiedenen Projekten in Abstimmung zueinander umgesetzt werden. Mit Bezug zur eingangs gestellten Frage können Veränderungen iterativ in kleinen Schritten umgesetzt werden, wenn im Gegenzug eine Roadmap etabliert wird, die die einzelnen Umsetzungsphasen beschreibt. Diese Roadmap könnte innerhalb des Programms gepflegt werden, damit das große Ziel nicht aus den Augen verloren wird. Sinnvoll könnte auch sein, in diesem Organ unter anderem das Anforderungs- und Scope-Management zu behandeln, um Moving-Target-Effekte professionell zu unterbinden. Die Frage, welche Querschnittsfunktionen hierin etabliert werden, wird sicherlich erfolgskritischen Einfluss auf das gesamte Transformationsprogramm haben. So könnte man sich weitere Boards zu den Themen Qualität, Technologie, Organisation, Kultur etc. vorstellen.

Da es hierbei um die Entwicklung von Systemen geht, wird das Systems Engineering an Bedeutung gewinnen. Sicherlich findet man im Konzernumfeld bereits diese Disziplin. Zukünftig wird Systems Engineering in allen Unternehmensgrößen verbreitet sein.

Dabei stellt sich die Frage nach der optimalen Unternehmensorganisation der Zukunft. Ist eine funktional organisierte Fima noch sinnvoll oder eher die Matrixorganisation? Oder lieber gleich agiles Management als Weiterentwicklung des Lean Managements, um angemessen die zeitgemäßen Antworten auf die Globalisierung zu finden? Ehrlich gesagt gibt es darauf noch keine endgültige Antwort. Es zeichnet sich jedoch ab, dass sich auch hier die Betriebe neu erfinden müssen. Denn viele Experten gehen heute davon aus, dass unser aktuelles Verständnis von Produkten und Dienstleistungen nicht mehr im Rahmen einer zukunftsfähigen intelligenten Produktion passen wird. Hierzu zählt auch die relativ strikte Aufteilung der Felder Produktentwicklung, Labor/Prüfung/Tests, Planung, Produktion sowie Dienstleistungen.

Flexibles und gleichermaßen risikolimitierendes Prozessmanagement

Die deutsche Industrie hat es in den vergangenen Jahrzehnten stets geschickt verstanden, die Konzeption, das Design und die Produktion moderner, hochleistungsfähiger Produkte auf Basis von Geschäftsprozessen zu etablieren. Dabei hat sie das Standardisierungspotenzial im Rahmen der jeweiligen Möglichkeiten nahezu ausgeschöpft. Im Ergebnis entstanden beziehungsweise entstehen wettbewerbsfähige Produkte, deren Produktkosten im Vergleich zum Weltmarkt zwar stets im oberen Bereich liegen, aber insgesamt eine außerordentlich gute Preis-Nutzen-Relation aufweisen. Hierin liegt oft die Marktführerschaft deutscher Unternehmen begründet. Dabei tragen Embedded-Softwarekomponenten mit wachsender Bedeutung zum Unternehmenserfolg bei, um die steigende Produktkomplexität erfolgreich zu managen. Wenn nun aber der Softwareanteil an einem Produkt kontinuierlich zunimmt, mutiert die Software zur zentralen Produktkomponente: Eine Nebensache wird zum Hauptbestandteil. Industrie 4.0 beschreibt mit Fokus auf diesen Effekt den betreffenden Übergang. Damit die Software ihre wahren Möglichkeiten ausspielen kann, bedarf es aber der Vernetzung. Diesen Effekt konnte man bereits vor einigen Jahrzehnten im Rahmen der Bürokommunikation erkennen (aus dem Standalone-PC im Office wurde ein PC mit Anschluss an das Unternehmensnetzwerk und schließlich über das Internet an den Rest der Welt). Bezogen auf die Produkte setzt diese aber eine komplette neue Betrachtung voraus. Im Rahmen der bisherigen Produktentwicklung war Vernetzung nicht vorgesehen. Wie verändern sich hierdurch die Entwicklungs- und Produktionsprozesse, wenn sie – wie eingangs erwähnt – mit so viel Exaktheit konzipiert, eingeführt und standardisiert wurden? Die Vernetzung über den gesamten Lebenszyklus scheint wichtig zu werden. Flexibilität und Anpassbarkeit werden bei Prozessfragen in Industrie 4.0 an Bedeutung gewinnen, um dem stetigen Wandel im Rahmen der Globalisierung zu entsprechen. Standardisierung ist gut. Sie kann jedoch auch einschränkend und starr wirken, was erfolgreiche Firmen schnell aus den Märkten treiben kann.

Verfahren, Tools und Anwendungen müssen sich neu erfinden

Mithilfe der Elektronik realisierten Technologieexperten neue Verfahren und Techniken. Einige, wie die Embedded-Software, habe ich bereits erwähnt. Die damit verbundene stetige Leistungssteigerung der Werkzeuge führte zum modellbasierten Arbeiten. Das Stichwort „Virtual Reality“ sei hier beispielhaft erwähnt, die es erlaubt, projektierte komplexe Systeme in einer Art und Weise zu erleben, die zuvor nicht möglich war. 3-D-Drucker werden in diesem Zusammenhang auch gerne angeführt. Diese neue Art des Arbeitens verlangt zukünftig nach noch mehr Intelligenz und Vernetzung. Kollaboratives Arbeiten wird folglich die Arbeitsweise in naher Zukunft sein. Bezogen auf die Modelle heißt dies aber, dass diese von allen Experten aller Wissensdomänen gleichermaßen verstanden werden. Heute existieren Modelle nur für die jeweilige Ingenieursdisziplin. Es ist wie eine Sprache, die nur von Spezialisten verstanden und gesprochen wird. Kennen Sie diesen Effekt, wenn Sie zu einem Teilnehmerkreis mit einem Ihnen unbekannten Spezialthema dazu stoßen und Sie nur Bahnhof verstehen? Ähnliches gilt übrigens auch für die Daten. Wenn Verfahren bereichsorientiert entwickelt wurden, liegt es nahe, dass die betreffenden Daten für den besagten Bereich beziehungsweise das Verfahren optimiert angelegt und verwaltet werden. Oft sind diese Daten für andere Unternehmensfelder nur bedingt oder gar nicht nutzbar. Es fehlt einfach das Verständnis, die Daten richtig zu interpretieren. In Zukunft braucht es Modelle – oder besser gesagt das Modell – basierend auf einer disziplinneutralen Norm, die von allen Experten ungeachtet ihres speziellen Hintergrunds verstanden werden kann. Die heute existierenden fachspezifischen Verfahren gilt es, grundlegend zu erweitern und zu harmonisieren.

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Rasante Veränderung von Berufsbildern

Viele Mitarbeiter in Industriebetrieben bringen den Aufbruch in das I-4.0-Zeitalter mit umfassenden Veränderungen am Arbeitsplatz in Verbindung. Zentrales Thema hierbei sind die neuen Anforderungen an die Mitarbeiter selbst. So wurde über die verschiedenen Evolutionsstufen in der Industrie zum Beispiel aus dem Schlosser ein Industriemechaniker und letztlich ein Mechatroniker in Industrie 3.0. Auch das Berufsbild des Mechatronikers verändert sich aktuell in einem rasanten Tempo. Die neue Berufsbezeichnung ist im Übrigen noch nicht gefunden. Dieser Effekt gilt durchweg in allen Bereichen.

Neue Mitarbeiter werden zukünftig nicht einfach, beziehungsweise rasch, in die Produktionsprozesse einzusetzen sein. Es gibt zwar die Anforderungen an Industrie 4.0, dass die zukünftigen Systeme durch hohe Usability quasi ohne Einarbeitungszeit zu bedienen seien, jedoch ist meiner Meinung nach die Schlussfolgerung, hohe Usability garantiert kurze oder keine Einarbeitung, zu kurz gesprungen. Es zeigt sich in der Praxis, dass moderne Systeme, die über Touchpads oder per Sprache gesteuert werden, oft an die betreffende Person angepasst und individualisiert werden müssen. Dabei ist noch zu berücksichtigen, dass der neue Mitarbeiter sich auch in die nun wesentlich komplexeren Prozesse aufgrund der Tiefenintegration mit anderen Systemen einarbeiten muss. Er muss das Zusammenwirken der Systeme verstehen, damit er etwaige Konsequenzen auf Basis seiner Steuerung vor Abgabe der Befehle richtig bewerten kann.

Offen gesagt sind hier noch nicht alle zukünftigen Mitarbeiteranforderungen bekannt. Sicher ist jedoch, dass IT-Kenntnisse sowie Fertigkeiten im Rahmen der Systemprogrammierung und -konfiguration zunehmen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Disziplin in jedem Berufsbild in der Industrie Einzug halten wird, wenn dies nicht bereits schon geschehen ist. Dies wiederum wirkt sich auf das Berufsbild des Informatikers aus. Er wird sich noch stärker mit den Begriffen Komplexität und Information beschäftigen müssen. Seine Rolle wird sich vom ehemaligen Programmierer zum Informationsmanager wandeln. Ansätze hierzu sind bereits heute klar erkennbar.

Datensicherheit wird oft unterschätzt

Wenn über Industrie 4.0 diskutiert wird, werden viele Aspekte behandelt. Oft schenkt man aber dem Thema Sicherheit aber nicht die Bedeutung, die es eigentlich verdient hätte. Hierbei erhalte ich dann oft die Rückmeldung, dass die IT-Security sehr wohl ein Thema sei. Das mag sicherlich stimmen. Bei meiner Aussage liegt aber die Betrachtung auf der Situation von angemessenen Maßnahmen für eine umfassende Sicherheitspolitik. Da hier eine Vernetzung aller Systeme stattfindet und die Kommunikation über verschiedene Standorte oder mit Partnern und Kunden in Bezug auf relevante Produktionsdaten stattfinden kann, ergeben sich auch neue Angriffspunkte für das betreffende Unternehmen, die oft nicht bedacht werden. Mögliche Sicherheitsrisiken wären zum Beispiel:

  • Ausspähen von Produktions- oder Kundendaten, um Mitbewerbern Wettbewerbsvorteile zu verschaffen.
  • Einspielen von Schadsoftware mit dem Ziel, die betreffende Infrastruktur für längere Zeit lahmzulegen.
  • Geringfügige Veränderung von Produktionsdaten, um Fehlproduktionen zu generieren. Das Ziel könnte hierbei sein, das Kundenvertrauen in das betreffende Unternehmen zu reduzieren.
  • Veränderung von Umgebungsinformationen wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit oder Temperatur, damit die Produktionsanlage aufgrund unzureichender Anpassung Schaden nimmt oder sich die Ausschussrate erhöht.
  • Gezielte Bombardierung mit manipulierten Informationen mit Fokus auf eine bestimmte Branche, um diese auszuschalten.

Diese und andere neue Bedrohungen gilt es bei den regelmäßigen Sicherheitsbetrachtungen/Security-Audits mit aufzunehmen. Hierzu sind verschiedene Lösungen vorstellbar, um sich den neuen Gefahren erfolgreich zu stellen: Sie reichen von der kompletten Abschottung unternehmenskritischer (IT-)Bereiche mit dezidierten Zugängen über ausgewiesene Gates, die unter besonderer Überwachung stehen, bis hin zum Einsatz umfangreicher aktiver Securitylösungen (jenseits des ordinären Virenscanners) und intelligenten Überwachungssystemen für die immer komplexer werdende IT-Infrastruktur.

Daneben gibt es im Rahmen der IT-Sicherheit noch den Aspekt der Datenverfügbarkeit und -vollständigkeit. Im Fall von Systemausfällen müssen die Informationen rasch wieder verfügbar sein. An sich ist dieses Thema nun wirklich nicht neu. Jedoch muss man sich darauf einstellen, möglicherweise über ganz andere Datenmengen und Zeiträume zu sprechen, als dies heute der Fall ist. So könnte es vernetzte Systeme geben, die bereits nach Minuten ohne neuer Informationszulieferung zum Stillstand kämen, da größere Zwischenpufferung von Daten in diesem angedachten Szenario keine Lösung wäre. Dieser Fall könnte beispielsweise genau dann eintreten, wenn das besagte System durch Real-Time-Statusänderungen, initiiert durch andere mit ihm vernetzte Systeme, andere Entscheidungen als vorgesehen treffen würde.

Von der Inflation der Komplexität

Bjarne Stroustrup, Entwickler der Sprache C++, sagte einmal: „Ich habe mir immer gewünscht, dass mein Computer so leicht zu bedienen ist wie mein Telefon; mein Wunsch ging in Erfüllung: Mein Telefon kann ich jetzt auch nicht mehr bedienen.“ Egal welches Technologieprodukt Sie betrachten, sie haben alle gemeinsam, dass ihre Komplexität extrem zugenommen hat. Dieses explosionsartige Wachstum der Komplexität mit inflationären Ausmaßen stellt in meinen Augen die größte Herausforderung dar; heute wie in der nahen Zukunft. Denn damit einher wächst auch die kaum noch zu beherrschende Komplexität der Prozesse in allen Bereichen der Industrie; von der Planung, Entwicklung bis hin zur Produktion. Das daraus resultierende Spannungsfeld aus möglichst stabilen Prozessen im Design, in der Fertigung und anderswo auf der einen Seite, kombiniert mit einer hohen und variantenreichen Produktvielfalt mit intelligenten Funktionen auf der anderen Seite konnte bislang mithilfe von Embedded-Softwarekomponenten geschickt gelöst werden. Unternehmen, die diese Disziplin am geschicktesten beherrschen, sind in der Regel heute auch in ihrem Marktsegment führend. Dieser Vorsprung wird aber nicht ewig halten. Jedoch könnten die Erfahrungen aus der Integration der Embedded-Welt in die Produkte von Nutzen für die anstehenden Aufgaben sein. Konkret heißt das, die Geschäftsmodelle, Verfahren, Prozesse und Skills auf vernetzte, intelligente Systeme auszurichten. Ein sinnvolles Mehr an Nutzen für Kunden aufzuzeigen beziehungsweise anzubieten, das sicherlich eine weitergehende Integration von Software in alle Produktarten zur Folge hätte. Vielleicht liegt darin die Lösung, die Komplexität in den Griff zu bekommen und gleichermaßen intelligente Lösungen zu realisieren, bei denen letztlich die Information der zentrale Aspekt ist. Vielleicht wäre es dann auch möglich, selbst komplexeste Prozesse so einfach ablaufen zu lassen, dass es keiner Interaktion durch den Menschen benötigen würde. Produkte wären dann nicht nur außergewöhnlich gut und qualitativ hochwertig, sondern einfach genial. Das könnte man dann sogar wörtlich nehmen.

Geschrieben von
Torsten Zimmermann
Torsten Zimmermann
Torsten Zimmermann arbeitet an verschiedenen I-4.0-Arbeitskreisen der Industrie mit. In loser Reihenfolge beschreibt Torsten Zimmermann die Hintergründe, Entstehungsgeschichte und Lösungsansätze zu I 4.0.
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