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20.9.2019 - Jann Ravling

Was ist Industrie 4.0? Die Definition von Digitalisierung

Digitalisierung / Industrie 4.0

Digitalisierung definiert in wenigen Worten

Die Digitalisierung der Produktion stellte viele Unternehmen vor große Herausforderungen
Die Digitalisierung der Produktion stellte viele Unternehmen vor große Herausforderungen © WFB

Industrie 4.0 ist die Digitalisierung der Produktion. Soweit die Definition. Was heißt das aber? Digitalisierung bezeichnet den zunehmenden Einsatz vernetzter, digitaler Technologien in unserer Gesellschaft. Industrie 4.0 benennt dabei speziell die Entwicklung in der Industrie, ob nun in der Fahrzeugkonstruktion, im Maschinenbau oder im Transportwesen.

Kern der Industrie 4.0 sind zwei Entwicklungen: Vernetzung und Selbststeuerung. Vernetzte Systeme ermöglichen es, Daten und damit Informationen auszutauschen und somit intelligent aufeinander zu reagieren.

Selbststeuerung steht im Gegensatz zu der bisherigen Zentralsteuerung von Maschinen: Bisher wurden Informationen in unterschiedlichen IT-Systemen gesammelt und von Menschen ausgewertet, die daraufhin Anpassungen vornahmen. Etwa um die Produktionsrate zu erhöhen oder effizienter Güter herzustellen.

Dieser Ablauf wird sich durch die Industrie 4.0 grundlegend ändern. In der digitalisierten Zukunft werden alle Maschinen und die von ihnen produzierten Güter mit Sensoren ausgerüstet sein. Sie kommunizieren ständig. Nicht nur untereinander, sondern mit anderen Systemen: Produktion, Vertrieb, Entwicklung, sogar Kunden und Lieferanten werden in die vernetzte Welt eingebunden.

Intelligente Steuerung ein Definitionsmerkmal von Industrie 4.0

Diese vernetzten Maschinen steuern sich selbstständig und intelligent. Jede Maschine weiß, wie viele Bauteile noch im Lager sind. Geht ein Lagerbestand zur Neige, sendet das System automatisch eine Bestellung zum Lieferanten, der daraufhin Nachschub losschickt. Andere Maschinen planen eigenständig und blitzschnell Produktionsabläufe: Entscheidet sich ein Autokäufer in der letzten Minute, dass sein Wagen doch ein Dachfenster haben soll, plant die Fabrik automatisch einen anderen Weg durch die Produktion für dieses Auto ein.

Aus Zentralsteuerung wird somit dezentrale Selbstoptimierung. Es ist der nächste Schritt zur Automatisierung von Fabriken, der so genannten Smart Factory. Roboter und Maschinen sind nicht länger bloße Automaten, die einen Arbeitsschritt millionenfach wiederholen – durch die Vernetzung von allen Produktionsprozessen entscheiden sie selbstständig, welches Bauteil welchen Weg durch die Produktion nimmt. Logistikprozesse innerhalb eines Unternehmens, aber auch über Lieferketten hinweg verschlanken sich.

Das Internet ist der wichtigste Grundbaustein für die Digitalisierung

Dazu muss jedes Bauteil digital erfasst werden, damit die Kommunikation untereinander klappt. Sensoren in Maschinen und digitale Technologien wie RFID-Chips ebnen den Weg zur Industrie 4.0. Für die Ausstattung aller Gegenstände mit Sensoren und digitalen Informationswegen gibt es eine eigene Bezeichnung: Das Internet of Things (IoT). Denn die Kommunikation über Grenzen hinweg – sei es von Mensch zu Maschine, Produktionsmaschine zu Lagerbestand, Firma zu Kunde, funktioniert über das Internet. Für diese Kommunikation braucht es einen schnellen, leistungsfähigen Mobilfunkstandard - der mit 5G gerade an den Start geht.

Gerade für die Industrie ist dieser neue Mobilfunkstandard besonders interessant. Aber es gibt auch andere Möglichkeiten, Daten kabellos zu übertragen und zu sammeln - etwa sogenannte Low Power Wide Area Networks (LPWAN), wie sie zum Beispiel gerade das Stahlwerk Bremen testet.

Digitaler Zwilling vereinfacht Prozesse

Aus diesen Daten können dann alle Abläufe in einem Unternehmen - ob Fabriken oder Logistikketten - digital nachgebildet werden, man spricht hier von sogenannten Digitalen Zwillingen. Sie sind virtuelle Kopien realer Prozesse und haben mehrere Vorteile: Zum einen ermöglichen sie es, auf einen Blick alle derzeit laufenden Prozesse zu erfassen. Zum anderen ermöglichen sie es, Veränderungen im der Produktion oder in der Transportkette virtuell vorzunehmen und dann zu simulieren. So lassen sich Optimierungen schneller überprüfen, Fehler und Fehlplanungen kostengünstig finden und damit Zeit und Geld sparen.

Digitalisierung heißt Vernetzung über Grenzen hinweg

Die Vernetzung – Digitalisierung – beschränkt sich nicht auf den Shopfloor, also die Maschinenhalle oder das Versandlager. Wenn die Produktion digitalisiert wird, müssen die Prozesse dahinter digital werden. Und das nicht nur im eigenen Unternehmen, auch bei den Lieferanten, Abnehmern und Nutzern. Die komplette Vernetzung kann enorme Effizienzgewinne bringen.

Dazu gehört auch das Sammeln und Aufbereiten von Daten. Datenunternehmen wie Google oder Facebook gehören zu den wertvollsten Firmen der Welt, denn sie schaffen es, Nutzerdaten in gigantischen Mengen zu monetarisieren. Auch die Industrie sitzt auf einem riesigen Datenschatz und ein wichtiger Prozess der Industrie 4.0 ist die Auswertung dieser Daten. Dazu gehören Stichwörter wie Big Data und vor allem Künstliche Intelligenz (KI). Dabei geht es weniger um Nutzerdaten von Kunden oder Lieferanten als um Produktions- und Prozessdaten. Gerade hier wird das Potenzial der KI enorm unterschätzt. KI schaffen es, Daten zu erfassen und auszuwerten, die vorher nicht einmal im Entferntesten möglich schienen. Ein Beispiel: Als Büroklammerproduzent jede einzelne Klammer per Foto auf Fehler überprüfen? Eine KI kann das. Als Spedition jeden Weg jedes LKW nachvollziehen und in Echtzeit optimieren? Ja, geht auch.

Die Pflege und Auswertung von Daten ermöglichen zudem neue Geschäftsmodelle im Servicebereich: Das Sammeln von Daten selbst lange nach Auslieferung an den Kunden ermöglicht zum Beispiel den Verkauf von Wartungsverträgen mit Echtzeitüberwachung und -Optimierung. Das bindet Hersteller und Kunden noch enger zusammen.

Robotergestützte Automatisierung, internetfähige Maschinen, KI, Big Data – vieles davon gibt bereits seit längerem. Was neu in der Industrie 4.0 ist, ist die unternehmensübergreifende Verfügbarkeit von Informationen über standardisierte Schnittstellen. Insellösungen weichen zugunsten übergreifender Schnittstellen.

Nur durch Industrie 4.0 ist es möglich, in Zukunft effizient zu produzieren

Aber warum das Ganze? Was treibt diese Digitalisierung an? Wir sind es. Konsumenten wollen immer seltener Massenprodukte, sondern vermehrt Unikate, bis hin zu Losgröße 1. Das heißt: Dieses Produkt gibt es nur einmal in dieser Form. Ein gutes Beispiel sind Online-Automobil-Konfiguratoren. Schon jetzt ist es möglich, sich ein Auto nach Wunsch zusammenzustellen, Farbe, Ausstattung, Motor, Modell, Extras zu wählen. Dabei gibt es Millionen möglicher Zusammenstellungen und manche davon fahren vielleicht nur einmal in dieser Form auf der Welt.

Ein individuelles Produkt, auf Wunsch des Kunden zusammengestellt, erfordert eine individuelle Produktion. Handarbeit? Nein! Intelligente Fertigung! Unikate in Masse zu produzieren ist nur möglich, wenn die Fabrik Unikate produzieren kann. Die bei jedem Bauteil selbst entscheidet, welchen Weg es nimmt und welcher Maschine es bearbeitet. Die Fabrik der Zukunft kann flexibel und schnell reagieren – und damit die Effizienz steigern, produziert wird nach realem Bedarf.

Kein Mensch könnte so schnell umplanen, so viele Informationen von so vielen unterschiedlichen Seiten verarbeiten und dabei die bestmögliche Entscheidung treffen. Maschinen, manche davon mit künstlicher Intelligenz ausgestattet, nehmen uns das ab und schaffen damit ganz neue Wege, die wir vorher nie gesehen hätten.

Dazu gehört auch eine weitere Technologie: Der 3D-Druck. Auch wenn er vielfach noch in den Kinderschuhen steckt, seine Fortschritte sind beeindruckend, bald schon erheben sich erste 3D-Druck-Teile in Flugzeugen in die Lüfte. Die Technologie stellt quasi das Endziel individueller Produktion dar. Jedes 3D-gedruckte Teil kann anders aussehen und neuen Spezifikationen entsprechen. Natürlich wird auch in Zukunft nicht alles aus dem 3D-Drucker kommen - individuelle Teile werden auf lange Zeit teurer sein als jene aus Massenfertigung. Aber für Spezialanforderungen und individuelle Wünsche sind sie eine ernstzunehmende Alternative.

Vieles hängt davon ab, seine Kunden zu kennen und ihren Bedarf bedienen zu können. Kundenzentrierung ist eine der wichtigsten Triebkräfte hinter digitalen Prozessen. Unternehmen müssen sich fragen: Wie können wir neue Technologien nutzen, um unsere Kundenwünsche noch besser zu bedienen - oder sie sogar erst kennenzuzulernen?

Ein Einstieg in die Digitalisierung ist für Unternehmen gar nicht so schwer:

9 Tipps für die Digitalisierung Ihres Unternehmens

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Arbeit 4.0: Auch die Arbeit verändert sich

Diese Entwicklung ist nicht auf die Maschinenhalle beschränkt. Mit der Digitalisierung entstehen neue Geschäftsprozesse in vielen Bereichen, denen Unternehmen Rechnung tragen müssen, ob in der Verwaltung, dem Vertrieb oder dem Marketing. Und die Unternehmen vor große Herausforderungen stellen - auch auf die Arbeitswelt wirkt sich die Industrie 4.0 aus.

Einerseits ersetzt die zunehmende Vernetzung und Automatisierung Arbeitsplätze durch Roboter, künstliche Intelligenzen und neue Maschinen. Auf der anderen Seite steigen die Ansprüche an hoch qualifiziertem Personal sowie ihre Verfügbarkeit auf den Arbeitsmärkten. Neue Jobs entstehen somit durch die Digitalisierung und den neuen Geschäftsmodellen, die sich daraus ergeben. Menschen haben mehr Zeit fürs Wesentliche: Routineaufgaben übernimmt die Maschine, der Mensch kann sich um das Zwischenmenschliche, das Planen, Organisieren und Ausdenken kümmern. Wie diese neue Arbeitswelt aussieht, darüber machen sich Bewegungen wie "New Work"-Gedanken. Sie stellen sich Fragen wie: Wie soll unsere Arbeit künftig aussehen?

Was ist Künstliche Intelligenz?

Künstliche Intelligenz - über kaum eine andere Technologie wird derzeit häufiger geredet. Was steckt dahinter? Wir erklären den Begriff.

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Dieser Entwicklung müssen Unternehmen rechtzeitig begegnen, gerade wegen des hohen Bedarfs spezialisierter Fachkräfte. Wissensarbeit gilt für die Zukunft als primärer Wertschöpfungsfaktor. Immer mehr Unternehmen entscheiden sich, selbst Entwicklungsabteilungen aufzubauen. Nur wenn die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in die Lage sind, innerhalb der neuen Prozesse motiviert und kompetent zu agieren, heben Unternehmen alle Wertschöpfungspotentiale der Digitalisierung. Mehr dazu in unserem Interview mit Professor Sven Voelpel von der Jacobs University.

Chancen der Industrie 4.0

Nicht jedes Unternehmen wird auf gleiche Weise von der Digitalisierung beeinflusst. Während viele Betriebe schon heute ohne digitale Dienste nicht mehr arbeiten können, sind andere Gewerke derart komplex, dass Maschinen noch eine ganze Weile brauchen werden, ehe sie damit umgehen können. Früher oder später wird die Digitalisierung aber alle treffen - und nur wer sich frühzeitig damit befasst, hat gute Chancen zu überleben.

Dabei muss die Digitalisierung nicht immer technisch hoch anspruchsvoll sein. Eine Handwerkerin oder ein Handwerker braucht vielleicht keine digitalisierten Maschinen und künstlichen Intelligenzen auf der Baustelle - aber eine App, die es erleichtert, Termine mit Kunden abzustimmen oder Materialien nachzubestellen, wäre ihr oder ihm durchaus willkommen. Auch das ist Digitalisierung.

Die Konkurrenz schläft nicht - wer die Digitalisierung sinnvoll nutzt, wird effizienter produzieren können. Und er wird den eigenen Kunden Vorteile geben können, die nur er hat. In Industriebetrieben könnte das zum Beispiel Fernwartung per Internet oder die Nutzung von Daten zur Analyse von Ausfallraten und damit der Vorhersage von Instandhaltungsmaßnahmen betreffen. Wer würde nicht schon gerne wissen, wann seine Maschinen ausfallen könnten, bevor sie es tatsächlich tun?

Digitalisierung nicht alleine angehen

Unternehmen stehen heute vor vielen Herausforderungen in der Digitalisierung. Diese müssen sie lösen - am besten gemeinsam mit starken Partnern. Denn durch Kooperation, Netzwerke und Verbünde - etwa mit den Mittelstand 4.0-Kompetenzzentren des Bundes, lassen sich neue Potenziale schöpfen, die allein kaum zu bewerbstelligen sind. Wo große Unternehmen sich Entwicklungsabteilungen oder experimentale Projekte leisten können, fällt es kleinen Mittelständlern schwerer, Zeit und Ressourcen für Projekte mit ungewissem Ausgang loszueisen. Sich kompetente Partner zu suchen, erleichtert den Druck. Partner können zum Beispiel Universitäten und Institute aber auch Lieferanten und Kunden sein.

Industrie 4.0 zusammengefasst:

Heutige Kernherausforderungen für Unternehmen sind:

  • Standardisierung von Schnittstellen: In jedem Unternehmen sind unterschiedlichste Softwares im Einsatz. Die sind selten kompatibel. In der Industrie 4.0 muss aber jedes System mit jedem anderen System kommunizieren können!
  • IT-Sicherheit: Viel zu oft berichten Medien von Datenlecks. Nur wenn Daten sicher online verwahrt und ausgetauscht werden können, macht das Internet of Things wirklich Sinn.
  • Mensch-Roboter-Kommunikation: Roboter haben gigantisches Potenzial, sind bisher jedoch auf wenige Aufgaben beschränkt. Wenn Menschen und Roboter sicher Seite an Seite arbeiten können, steigt die Verwendung rapide an
  • Individuelle Produktion bis zur Losgröße 1: Individuelle Produktion erfordert auch individuelles Marketing, Vertrieb, Geschäftsprozesse. Das gesamte Unternehmen wandelt sich mit der Industrie 4.0, nicht nur die Maschinen in der Fabrik!
  • Selbststeuernde Prozesse in flexiblen Fabriken: Industrie 4.0 heißt nicht zwangsläufig neue Maschinen. Auch viele alte Maschinen lassen sich mit ein wenig Kreativität digitalisieren!
  • Big Data und KI – Optimierung der Prozesse durch Datenauswertung: Daten sammeln ist das eine – aber sinnvolle Ergebnisse daraus ziehen, das braucht Spezialisten und viel Know-how
  • Arbeit und Ausbildung in der Digitalisierung: Wie werden wir Arbeit künftig organisieren, wenn Roboter und KI Teile davon übernehmen? Was werden wir noch tun? Auch das gilt es, frühzeitig zu bedenken.
  • Kundenzentriertes Denken: Der Kunde muss immer im Mittelpunkt jeder Überlegung stehen: Was wünscht er? Wie kann Digitalisierung helfen, das zu erreichen?

Industrie 4.0 hat viele Facetten und auf den ersten Blick sieht sie komplexer aus, als sie es am Ende ist. Der beste Ratschlag ist es daher, einfach anzufangen, sich einen Aspekt herauszusuchen und interessierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter dafür zu gewinnen, neue Ideen einzubringen und umzusetzen. Es gibt kein richtig oder falsch, es gibt keinen Königsweg - jedes Unternehmen muss seinen eigenen Pfad finden, denn schließlich ist jeder Betrieb einzigartig.

Definition Digitalisierung: Historisch gewachsen

"Industrie 4.0" wird gerne auch als vierte industriellen Revolution bezeichnet. Denn sie stellt eine komplett neue Dimension der Organisation von Arbeit und Produktion dar. Warum das so ist und was ist mit der Geschichte der Digitalisierung auf sich hat, haben wir in unserer "Geschichte der Digitalisierung" einmal zusammengefasst.


Ein Beispiel für eine praktische Hilfestellung ist etwa der Leitfaden Industrie 4.0, der nötige Veränderungsprozesse anschaulich erklärt.


Weitere Informationen zur Digitalisierung gibt es bei Inis Ehrlich, Tel.: +49 (0) 421 361-4185 inis.ehrlich@wah.bremen.de

Welche Services die WFB Wirtschaftsförderung Bremen GmbH bei der Digitalisierung Ihres Unternehmens bietet, finden Sie auf der Übersichtsseite Digitalisierung.

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