INDUSTRIE 4.0 AUF DEM WEG ZUR VIERTEN INDUSTRIELLEN REVOLUTION

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1 acatech Konvent für Technikwissenschaften der Union der deutschen Akademien der Wissenschaften e. V. INDUSTRIE 4.0 AUF DEM WEG ZUR VIERTEN INDUSTRIELLEN REVOLUTION HENNING KAGERMANN FESTVERANSTALTUNG 2013 Seite 0 / 9

2 Industrie 4.0 Auf dem Weg zur vierten industriellen Revolution Es gilt das gesprochene Wort Sehr geehrte Abgeordnete des Deutschen Bundestages und der Länderparlamente, sehr geehrte Akademiemitglieder und Senatoren, sehr geehrte Gäste aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft, sehr geehrte Damen und Herren, meine sehr geehrten Kolleginnen und Kollegen, Einige von Ihnen werden sich vielleicht erinnern: Bei der letzten Festveranstaltung hatte ich an einer Reihe von Beispielen versucht zu verdeutlichen, warum Digitalisierung einer der wichtigsten Megatrends ist für beides: Die Bewältigung der großen gesellschaftlichen Herausforderungen und die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands. Deutschland ist noch einer der konkurrenzfähigsten Industriestandorte weltweit und gleichzeitig führender Fabrikausrüster. Wollen wir aber Deutschlands Zukunft als Produktionsstandort sichern und Produktionsvolumen am Standort halten, müssen wir an vorderster Front die nächste Innovationswelle anstoßen und aktiv gestalten. Deshalb haben wir nach Mechanisierung, Elektrifizierung und Informatisierung mit Industrie 4.0 die nächste industrielle Revolution eingeläutet übrigens das erste Mal in der Geschichte auf Ansage. Wie im Film gezeigt, ist die vierte industrielle Revolution durch eine noch nie da gewesene Vernetzung über das Internet gekennzeichnet: im ersten Quartal dieses Jahres konnten allein im mobilen Internet 130 Millionen neue Teilnehmer registriert werden. Bis 2020 so Prognosen werden 6,5 Milliarden Seite 1

3 Menschen und 18 Milliarden Objekte miteinander vernetzt sein. So entsteht ein Internet der Dinge, Daten und Dienste oder ein Internet of everything. Der zweite Treiber ist die Verschmelzung der realen physischen Welt mit der virtuellen, dem Cyberspace zu so genannten Cyber-Physical-Systems (CPS). Intelligente Produkte steuern jetzt nicht nur aktiv den Produktionsprozess, sie sind auch Plattform für neue Dienstleistungen und innovative Geschäftsmodelle. Durch diese neue Qualität an Automatisierung erhöhen wir die Wettbewerbsfähigkeit des Hochlohnstandortes Deutschland. Wissensbasierte produktbezogene Dienstleistungen und neue Geschäftsmodelle rund um die starken industriellen Kerne erzeugen Wertschöpfungsund Beschäftigungsimpulse. Doch wer hat nun bei dieser Transformation die besseren Karten? Unternehmen, die in der virtuellen Welt zuhause sind, wie zum Beispiel bei der Ersetzung von Mobiltelefonen durch Smart Phones? Oder sind es die in der realen physikalischen Welt beheimateten Unternehmen, die Hersteller von Geräten, Maschinen? Wird der Sprung zum intelligenten, autonom fahrenden Auto als Knoten im Internet hochgradig vernetzt, als Megasensor wichtiger Produzent von sogenannten Big Data von den traditionellen Herstellern bewältigt oder könnten es auch hier die Keyplayer der IKT-Branche sein? Für Volkswirtschaften scheint die Antwort eindeutiger auszufallen. Zumindest, wenn man den Vergleich zwischen China und Indien zieht. Indien hat versucht, direkt den Sprung in die so genannte Dienstleistungs- und Wissensgesellschaft zu vollziehen. Oder, wenn man die Re-Industrialisierungsinitiative der USA ansieht. Gewachsen aus der Erkenntnis, dass das Outsourcen der Produktion nach Asien nicht den gewünschten Return gebracht hat, und dass die wertvollen Jobs in der Produktion angesiedelt sind. Aber natürlich auch unterstützt durch die enorm günstigen Energiekosten. Und die sind bei einem höheren Automatisierungsgrad, den wir mit Industrie 4.0 anstreben, gegenüber den Lohnkosten ein immer wichtigerer Wettbewerbsvorteil. Seite 2

4 Der Erfolg von Industrie 4.0 hängt damit entscheidend von unserem zukünftigen Energiesystem ab. Ein Thema, das die Kollegen Hüttl und Schlögl beleuchten werden. Industrie 4.0, meine Damen und Herren, ist ein Paradebeispiel für das Leitbild unserer Akademie: Nachhaltiges Wachstum durch Innovation. Es adressiert neben der ökonomischen auch die ökologischen und sozialen Herausforderungen und sichert durch Innovation das deutsche Erfolgsmodell. Lassen Sie mich die Punkte kurz aufzählen: Produktion wird hoch flexibel, hoch produktiv und gleichzeitig ressourcenschonend (bis zu 50 %). Die Herstellung individualisierter Produkte zu den Kosten eines Massenprodukts wird Realität. Die Vereinbarkeit von Beruf und Familie wird verbessert durch Rücksichtnahme auf die individuelle Verfügbarkeit der Mitarbeiter. Die Produktion folgt dem Takt des Menschen. Dafür wird Intelligenz und Sensorik in die Fläche gebracht: Der Rohling sagt der Maschine, wie er bearbeitet werden soll. Autonome, sich situativ selbststeuernde, sich selbst konfigurierende, räumlich verteilte Maschinen, Roboter, Förder- und Lagersysteme verhandeln untereinander, wer freie Kapazität hat. Das hat jedoch auch seinen Preis. Mit Industrie 4.0 wird die Komplexität der Produktions- und Logistiksysteme zunehmen, ebenso die Volatilität im Kurzzeitbereich. Zentralistische, vollautomatisierte Ansätze sind daher nicht die Lösung, stattdessen müssen wir auf lokale Informationsverarbeitung, dezentrale Steuerung und Selbstorganisation setzen. Hinsichtlich der richtigen Balance zwischen Effizienz und Flexibilität kommt dem Mitarbeiter als Erfahrungsträger, Entscheider und Koordinator eine entscheidende Rolle zu. Seite 3

5 Zugleich wird das Arbeitsumfeld interdisziplinärer, die Vielzahl der Arbeitsinhalte für den einzelnen Mitarbeiter nimmt zu, Einweisungs- und Lernzeiten werden kürzer. Aber das wird durch drei Dinge unterstützt: 1. Durch eine neue Generation mobiler, interaktiver Assistenzsysteme für Bedienung, Installation, Optimierung und Wartung der CPS-Komponenten, die Industrie 4.0 ausmachen. 2. Durch die digitale Veredlung etablierter Lernumgebungen: Von den Massive open online Courses an der Universität bis zum Werker mit Datenbrillen. 3. Durch die Auswertung des Online-Lernverhaltens Vieler: Big-Data-Techniken ermöglichen eine um Faktoren schnellere Qualitätsverbesserung der Lerninhalte und eine Individualisierung der Lernformen. Digitalisierung, meine Damen und Herren, bewirkt letztlich zweierlei: Effizienz- und Intelligenzverstärkung. Effizienz steigern wir durch höhere Automatisierung, durch autonome Maschinen, Werkzeug- und Ladungsträger. Dazu brauchen die intelligenten Objekte Umgebungswissen, d. h. ein erheblich genaueres digitales Abbild ihrer Umwelt. Dazu gehört auch eine gegenüber heute wesentlich feinere räumliche und zeitliche Auflösung. Bei einem Faktor 10 für jede der vier Dimensionen landen wir bereits beim fachen der heutigen Datenmenge, also automatisch bei der Verarbeitung von Big Data. Als Intelligenzverstärker wirkt IKT durch die vielen Assistenzsysteme für Engineering, Produktion, Wartung und Logistik. Sie signalisieren rechtzeitig Entscheidungsbedarf und bieten neben weiterführenden Erkenntnissen auch Vorschläge für mögliche Handlungsoptionen. Dazu müssen sie permanent und überall Daten sammeln und auswerten: Über die Umgebung, Einsatz, Betrieb und Nutzung von Geräten, Werkzeugen und das Verhalten der Nutzer. Es entstehen wiederum riesige Datenmengen. Und aus Seite 4

6 diesen Big Data entsteht durch Algorithmik, Mustererkennung und Datenfusion neues Wissen: Smart Data. Es wird aber nicht nur ein proaktiveres Handeln möglich, auch die Innovationsprozesse werden erheblich beschleunigt durch bessere und unmittelbarere Informationen darüber, wie Produkte zu verbessern sind, wie Prozesse optimiert werden können oder das Layout von Lager, Verteilzentren und Produktionsstätten. Alles was hilft, die eigenen Produkte und den eigenen Betrieb zu verbessern. Aber die Sammlung und Auswertung von Daten passiert natürlich auch, wenn die intelligenten Produkte die Fabrik verlassen haben und beim Kunden in Betrieb genommen werden. Führt man die Daten aller bei Kunden installierten Geräte zusammen, kann man auch Schlüsse ziehen über die Optimierung des Einsatzes beim Kunden. Aus diesem Wissen lassen sich neue wissensbasierte Dienstleistungen (smart services) oder gar neue internetbasierte Geschäftsmodelle entwickeln (Flottenmanagement, Verkehrsinformationen oder wie hoch das Umsatzpotential für einen Händler an einem bestimmten Standort ist). Wir erschließen damit erweiterte Wertschöpfungsund Beschäftigungspotentiale, weil intelligente Produkte zu Plattformen für neue wissensbasierte Dienstleistungen werden. Big Data liefert aber nicht nur Informationen über Produkte, sondern auch über Personen, ihr Verhalten und ihre Beziehungsgeflechte. Werte und ethische Überlegungen werden von noch zentralerer Bedeutung für die Entwicklung von Produkten. Vieles, was technisch machbar war, wird in einigen Ländern nicht vorangetrieben, da es bestimmten Wertvorstellungen widerspricht. Aber die Welt wächst zusammen, durch das Internet, aber auch durch Industrie 4.0. Welche Wertkompromisse wollen wir als Nutzer eingehen zwischen Privatsphäre und Bequemlichkeit, welche als Gesellschaft zwischen Privatsphäre und den enormen wirtschaftlichen Möglichkeiten des Internets? Seite 5

7 Daten haben die unbestrittene Eigenschaft, wertvoller zu sein, wenn sie geteilt werden. Die Frage, welche Wertekompromisse wir als Gesellschaft eingehen wollen, wird daher noch schwieriger, wenn wir entscheiden sollen zwischen Persönlichkeitsschutz und Gemeinwohl (Beispiel Terrorismus, Pandemie)? All dies zeigt, wie wichtig MINT-Bildung ist: Nicht nur wegen des drohenden Fachkräftemangels, sondern als Teil der Persönlichkeitsentwicklung in einer zunehmend technologisierten Welt. Es geht letztlich um das viel diskutierte Thema Innovationsklima. Also um die prinzipielle Aufgeschlossenheit gegenüber wissenschaftlichen und technischen Entwicklungen. Als Voraussetzung, an der zukünftigen Entwicklung teilzuhaben und gesellschaftliche Kontroversen über technologische Problemstellungen rational auszutragen. Lassen Sie mich aber auf Industrie 4.0 zurückkommen. Mit smart data sind wir noch nicht am Ende der Möglichkeiten von Industrie 4.0 angelangt. Mithilfe einer Vielzahl von Sensoren sammeln und verarbeiten intelligente Produkte Daten aus der realen Welt und stellen sie als netzbasierte Dienste zur Verfügung (Beispiel Echtzeit- Staumeldungen). Sie stellen aber auch ihre Fähigkeiten, über Aktoren direkt auf Vorgänge in der realen Welt einwirken zu können, als netzbasierte Dienste zur Verfügung (Beispiel App auf Smartphone zum Herunterlassen von Jalousien oder Steuerung der Heizungs-, Klimaanlage). Das Resultat ist ein riesiges, weltweites Online-Dienste- Universum für alle Bereiche des Lebens: Business, Freizeit, Kultur, Bildung. Es entsteht das besagte Internet der Dinge, Daten und Dienste. Damit werden wir eine Renaissance der Online-Marktplätze erleben, den Stars der ersten e-commerce Booms; möglich geworden durch Fortschritte in semantischer Technologie und Cloud-Computing. Seite 6

8 Das semantische Web stellt Sinnzusammenhänge in den Mittelpunkt. Inhalte werden nicht nur maschinenlesbar, sondern auch maschinenverstehbar. Informationen können schneller und effizienter durchsucht werden. Statt Informationsüberflutung durch Suchmaschinen bekommen wir ein höchst präzises Antwortverhalten. In einem semantischen Web können Experten ihr Wissen in der eigenen Fachsprache formulieren, sie brauchen keinen IT-ler als Übersetzer mehr. Damit werden semantisch beschriebene Dienste wiederverwendbar, zu Mehrwertdiensten kombinierbar, flexibel erweiterbar, kurz handelbar. Entscheidend ist dabei, dass Daten, Dienste, Business- Apps auf einer offenen Plattform in einer Cloud zugänglich sind. Dann können alle Marktteilnehmer schnell und einfach webbasierte Anwendungen, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle entwickeln oder nutzen. Die Vision eines Leuchtturmprojektes des 1. IT-Gipfels wird damit Realität: Die Entwicklung von Produkten, Geschäftsmodellen und Märkten, die es Unternehmen und Verbrauchern überall und jederzeit ermöglicht, auf Dienstleistungen, Inhalte und Wissen zuzugreifen. Ich-AGs, Startups und kleine Unternehmen können ihre Dienste weltweit präsentieren, neue Kunden gewinnen und ohne großen Aufwand das eigene Angebot durch Kombination mit Dienstleistungen anderer Anbieter erweitern. Sie können so mit innovativen Servicepaketen durchaus auch großen Konzernen Konkurrenz machen und für sich ganz neue Märkte erschließen. Internetbasierte Dienste für die Wirtschaft ist daher ein Thema, das wir gerade in einem Arbeitskreis mit 50 Unternehmen, 30 wissenschaftlichen Institutionen, 10 Verbänden und zwei Gewerkschaften bearbeiten. Erste Ergebnisse und Empfehlungen werden zur Cebit veröffentlicht. Seite 7

9 Meine Damen und Herren, die für Industrie 4.0 typische Kette smart factory, smart product, smart data, smart services bietet enormes Potential für Wertschöpfung und Beschäftigung. Volkswirtschaften mit starken industriellen Kernen, wie Deutschland, haben einen Startvorteil, da smart products die Plattform für neue wissensbasierte Dienstleistungen sind. Mit Industrie 4.0 sichern wir die Zukunft des Industriestandortes Deutschland und damit Wachstum und Beschäftigung. Gleichzeitig adressieren wir neben der ökonomischen auch die ökologischen und sozialen Herausforderungen, die da sind: Ressourceneffizienz und Umweltschutz Demographischer Wandel und Urbanisierung Demokratische Partizipation und bessere Arbeit Wie ich eingangs erwähnte: Ein Paradebeispiel für das Leitbild unserer Akademie Nachhaltiges Wachstum durch Innovation. Vielen Dank! Seite 8