Tarakos Industrie 4.0 – Herausforderungen an Macher und Nutzer

Autor / Redakteur: Herbert Beesten / Stefanie Michel

Beim Wandel hin zu Industrie 4.0 wird Altes verworfen, neue Postulate werden aufgestellt. Die Verantwortung der Techniker in dieser Evolution ist groß, den Sinn und Zweck ihrer Arbeitsergebnisse und deren Auswirkungen zu bedenken – ausgehend von sich selbst. Denn die Macher sind zugleich auch Nutzer.

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Zur Umsetzung von Industrie 4.0 werden viele gute IT-Spezialisten, Ingenieure und Wissenschaftler benötigt. Doch daneben ist ein Weiterdenken über den Tellerrand unbedingt notwendig.
Zur Umsetzung von Industrie 4.0 werden viele gute IT-Spezialisten, Ingenieure und Wissenschaftler benötigt. Doch daneben ist ein Weiterdenken über den Tellerrand unbedingt notwendig.
(Bild: Tarakos)

Was ist eigentlich Industrie 4.0? Dieser Begriff wird heute viel verwendet, obwohl zuvor nie die Rede von einer Industrie 1.0, 2.0 und 3.0 gewesen ist. Neu ist eher die Sichtweise auf drei vergangene industrielle Revolutionen und die Abgrenzung zum 21. Jahrhundert. Die Zählung beginnt mit dem Einsatz der Dampfmaschine (1.0) gegen Mitte bis Ende des 18. Jahrhunderts. Danach folgte die industrielle Serienproduktion durch Maschinen und Motoren im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert (2.0). Die Industrie 3.0 startete ab den 1960er-Jahren mit der IT-Anwendung und dem Einsatz von automatisierter Software und erstreckte sich bis zum Millennium.

Ähnlich wie bei politischen und gesellschaftlichen Revolutionen und Umbrüchen funktioniert die industrielle Revolution. Alte Technologien und Prozesse werden verworfen und durch neue ersetzt, die die Arbeit schneller machen und für den Menschen erleichtern sollen. In der Industrie 4.0 des 21. Jahrhunderts lauten die Schlagworte digitale Fabriken, Internet der Dinge, Cloud-Computing, Smart Factory, RFID und künstliche Intelligenz.

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Ferne sind Begriffe wie virtual und augmented Reality, globale Netzwerke, neuronale Netze, Embedded Systems und die virtuelle Inbetriebnahme seit Ende der 1990er-Jahre zur Technikwelt gestoßen. Was im vergangenen Jahrhundert noch Science Fiction war, ist heute in unser Leben mit sämtlichen Lebensbereichen vorgedrungen und zur Realität und zum Alltag geworden.

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Industrie 4.0
Die Funktionsweise digitaler Fabriken

Sprechende Maschinen:

  • Minichips und Funkmodule in Bauteilen, Materialien und Transportkisten;
  • 50 Milliarden Geräte werden bis 2020 als Teil des Internets erwartet.

Digital fertigen:

  • Abkehr von zentraler Produktionsplanung;
  • Stühle, Handys oder Autos steuern ihre Fertigung nach Kundenwunsch selbst;
  • Produktivitätssteigerungen von 50 % sind realistisch.

Global produzieren:

  • Auflösung von Riesenfabriken;
  • kleine, transportable Produktionsstätten als Produktionsnetzwerk;
  • 20 bis 25 % Energie- und Ressourceneinsparungen sind möglich.

Komplett recyceln:

  • Verwendete Bauteile und Rohstoffe werden auf Chips in den Produkten gespeichert;
  • digitales Gedächtnis spart Milliarden Euro an Kosten.

Produkte drucken:

  • Produktion durch 3D-Druck verdrängt Fertiggüter;
  • Konstruktionsdaten reisen um den Globus;
  • die Mikrofabrik für jeden etabliert sich.

Autonom entwickeln:

  • Datenaufzeichnung des Nutzerverhaltens durch Produkte;
  • Daten als Grundlage personalisierter Folgeprodukte.

Intelligent verknüpfen:

  • Alle Produkte sind durch integrierte Chips mit dem Internet verbunden;
  • Steuerung der Produkte über Smartphone-Apps für die autonome Ausführung von Befehlen.

Wie unser Alltag in einer Industrie 4.0 aussehen könnte

Wie verhält sich der Alltag eines Menschen, wenn die Keywords der Industrie 4.0, von denen viele noch am Anfang ihrer Entwicklung stehen, noch weiter zur Realität werden? Ein Beispiel: Am Feierabend stellt ein Mensch noch seinen Herd und seine Waschmaschine an und wählt ein TV-Programm aus. In naher Zukunft übernimmt die künstliche Intelligenz viele Aufgaben. Der Stromzähler beziehungsweise das E-Meter kommuniziert mit der Waschmaschine, wann die beste Zeit zum Waschen ist – wenn beispielsweise der Strom nachts billiger ist oder die Kraftwärmekopplungsanlage am Morgen sowohl Strom als auch Abwärme für die 60-°C-Buntwäsche deutlich umweltfreundlicher einsetzt.

Ihr Smartphone hat diese Informationen und schlägt folgende Möglichkeiten vor:

  • A. Verschieben: Verlegen Sie den Waschgang und drucken Sie sich stattdessen mit dem 3D-Drucker ein neues T-Shirt.
  • B. Bezahlen: Natürlich ist Ihr E-Meter mit Ihrem Bankkonto online verbunden. Wenn es kein Minus aufweist, weiß das E-Meter, dass Sie sich einen Waschgang leisten können, selbst zu einem teureren Zeitpunkt. Der Nachteil: Im öffentlichen Öko-Ranking Ihrer Nachbarschaft im Internet sieht das jeder, und Sie landen auf den hintersten Rängen.
  • C. Kalkulieren: Sie kennen auch im digitalen Zeitalter alle Tricks und lösen die RFID-Chips von Ihren Kleidungsstücken für die Wäsche. Damit suggerieren Sie der Waschmaschine, dass Sie nur maximal 3 kg 30-°C-Feinwäsche erhält. So überzeugen Sie die Geräte von einer günstigeren Stromfreigabe, wenn auch zu Lasten anderer Haushaltsgeräte. Ihr Kühlschrank muss zum Beispiel etwas weniger kühlen oder die Heizung läuft weniger warm. Die Chips müssen Sie allerdings entsorgen, da sie sonst ähnlich wie ein Handychip geortet und erkannt werden
  • D: Sie reagieren nicht.

Je nach Entscheidung: So sehen die Konsequenzen aus

Entscheidung für A: Wenn Sie Ihren 3D-Drucker anschalten, bestellt er gleich seine verbrauchte Spezialtinte bei einem Online-Shop oder Hersteller nach. Dabei stellt er anhand von statistischen Vergleichen fest, welche Strompreise gerade in Ihrer Region gültig sind und damit der Bedarf an 3D-Drucker-Tinte steigt. Infolgedessen erhöht ein Zentralsystem anhand dieser Prognosen die Produktionszahlen, und in den Hochburgen der Strompreise werden durch Logistiksysteme die Lagerbestände aufgefüllt. Das daran hängende Dispositionssystem kontrolliert dazu eigenmächtig den daraus resultierenden Rohstoffbedarf, startet Verhandlungen mit den EDV-Systemen der Lieferanten und entscheidet, ob und wann der Rohstoffnachschub zu welchen Konditionen bestellt wird – auch unter Berücksichtigung der aktuellen Wechselkurse in Japan oder Brasilien.

Entscheidung für B: Ihr Stromzähler kennt durch die Verbindung mit Ihrem Versorger alle Modalitäten Ihres Vertrags bis ins Detail – auch, ob Sie einem Wechsel in einen höheren Tarif als Option zugestimmt haben. Das E-Meter wartet nun darauf, bis er automatisch einen aktuellen Sondertarif für den nächsten Waschtag zugewiesen bekommt. Damit Sie im Ökö-Ranking Ihrer Nachbarschaft nicht zu sehr abfallen, spendet Ihr Stromzähler unter Ihrem Namen den eingesparten Betrag aus dem Preisvorteil für einen guten ökologischen Zweck. Dadurch fallen Sie im Ranking nur auf einen mittleren Platz zurück. Die Leitrechner beim Energieversorger hingegen, die auch das Wassernetz kontrollieren, stellen fest, dass neben Ihnen noch andere Personen waschen wollen, und erhöhen den Wasserdruck. Dadurch wird auch bei den Waschmittelfirmen automatisch die Produktion erhöht.

Entscheidung für C: Die herausgetrennten RFID-Chips werfen Sie in die Toilette und spülen sie hinunter. Sie kommen bald in die nächste Kläranlage. Dort werden die Signale der Chips aufgefangen und erkannt, dass der Kanal mit Ihren Textilien verstopft worden ist. Ihre Haftpflichtversicherung wird sofort informiert, denn der Chip ist personalisiert worden, als Sie Ihre Kleidung per Kreditkarte gekauft haben. Der Kläranlagenzulauf wird automatisch gesperrt und der Wasserdruck im Netz reduziert, um weniger Abwasser durchlaufen zu lassen. Daher kann es passieren, dass Ihr Wasserhahn fortan nur noch tropft. Durch die Textilverstopfung sind nach einer automatischen, statistischen Analyse bestimmte Teile in der Pumpenanlage beschädigt worden. In Echtzeit wird von der kaputten Pumpe selbst das Ersatzteil in einer Maschinenfabrik bestellt, und eine CNC-Werkzeugmaschine fräst das geforderte Teil sofort auf Bestellung zu. Das angeschlossene Logistiksystem nutzt die Wartezeit bis zum Einpacken der Pumpe und bestellt schon den Kurierdienst vor. Das Ersatzteil kann unverzüglich ausgeliefert werden. Niemand hat heute mehr das Verständnis für eine Störung, die nach zweieinhalb Minuten immer noch nicht behoben ist.

Wenn viele entsorgte RFID-Chips zur Produktionsausweitung führen

Haben sich noch viele weitere Menschen ebenfalls für die Möglichkeit C entschieden und die RFID-Chips per Toilettenspülung entsorgt, so bewirken die zahlreichen identifizierten RFID-Chips am Eingang der Kläranlage, dass der Kleidungshersteller von einem wahren Informationstornado aus der Cloud getroffen wird. Jede einzelne Meldung besagt ihm, dass wieder ein Kleidungsstück entsorgt worden ist. Das bedeutet eine gesteigerte Nachfrage – es wird schnell und günstig nachproduziert. Dank der Erfassung über das Ganzkörper-Scansystem beim Kaufen, das in Ihrem Individual-Clothing-Cloud-Pass dokumentiert ist, liegen dem Hersteller alle Daten vor – von der Größe über die Farbe bis zur Passform. Auch etwaige Stick-Applikationen, Duftnoten oder integrierte elektronische Interfaces werden dabei erfasst.

Die sofortige Produktion jedes einzelnen Kleidungsstückes läuft automatisch an. Es ist nur ein kleines Problem, dass die Kapazitäten nicht reichen, wie die automatisierte Rückmeldung der Produktionssysteme anzeigt. Hierbei wird ausgerechnet, kalkuliert, künstlich-intelligent sowie neuronal- vernetzt entschieden, dass die Herstellung erweitert werden muss. Ohne menschliches Handanlegen startet der VRPG, ein Virtual-Reality-Plant-Generator, der nach der Idee einer digitalen Fabrik die neue Fertigungsanlage plant, konstruiert und schließlich virtuell in Betrieb nimmt. Der Bauantrag ist schon auf dem Weg.

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Die Funktionsweise digitaler Fabriken

Sprechende Maschinen:

  • Minichips und Funkmodule in Bauteilen, Materialien und Transportkisten;
  • 50 Milliarden Geräte werden bis 2020 als Teil des Internets erwartet.

Digital fertigen:

  • Abkehr von zentraler Produktionsplanung;
  • Stühle, Handys oder Autos steuern ihre Fertigung nach Kundenwunsch selbst;
  • Produktivitätssteigerungen von 50 % sind realistisch.

Global produzieren:

  • Auflösung von Riesenfabriken;
  • kleine, transportable Produktionsstätten als Produktionsnetzwerk;
  • 20 bis 25 % Energie- und Ressourceneinsparungen sind möglich.

Komplett recyceln:

  • Verwendete Bauteile und Rohstoffe werden auf Chips in den Produkten gespeichert;
  • digitales Gedächtnis spart Milliarden Euro an Kosten.

Produkte drucken:

  • Produktion durch 3D-Druck verdrängt Fertiggüter;
  • Konstruktionsdaten reisen um den Globus;
  • die Mikrofabrik für jeden etabliert sich.

Autonom entwickeln:

  • Datenaufzeichnung des Nutzerverhaltens durch Produkte;
  • Daten als Grundlage personalisierter Folgeprodukte.

Intelligent verknüpfen:

  • Alle Produkte sind durch integrierte Chips mit dem Internet verbunden;
  • Steuerung der Produkte über Smartphone-Apps für die autonome Ausführung von Befehlen.

Der Kurier bringt Ihnen das neue Kleidungsstück, dass Sie bereits vor einigen Jahren im Urlaub gekauft haben. Sie möchten die Postannahme verweigern, denn Ihre Waschmaschine schleudert gerade dieselbe Hose. Sie verweigern die Zahlung, aber der Postbote erzählt Ihnen, dass Sie bereits gezahlt haben: Beim Kauf haben Sie damals zugestimmt, dass alle Daten gespeichert werden. Das klang natürlich zuerst praktisch, wenn bei einem Verlust oder Verschleiß nachbestellt, produziert, ausgeliefert und bezahlt wird. Jetzt erinnern Sie sich daran

Entscheidung für D:

Sie ignorieren die Wäsche-App und trocknen die Hose klassisch über der Heizung. Der Wasserhahn tropft nicht, wenn Sie ihn aufdrehen, Sie haben nicht dazu beigetragen, dass irgendwo in der Welt eine Smart Factory (Bild 2) virtuell erstellt wird, sich dann real erschafft und ein Nachtkurier raus in die Kälte muss.

Industrie 4.0 ist kein Selbstzweck und auch nicht nur ein Förderthema

Solche Szenen des anstehenden industriellen Wandels werden derzeit auf verschiedenen Industriekongressen zum Thema 4.0 diskutiert. Einige Visionen des Industrie-4.0-Konzepts werden sicherlich Realität werden, vor allem wenn sie über staatliche Programme subventioniert sind.

In den Szenarien der Industrie 4.0 steht der Mensch stets als Schöpfer des automatisierten, selbst regulierenden und automatisierten Systems im Vordergrund. Am Ende dieser Entwicklung tritt er jedoch als Verbraucher und Anwender weniger selbstlenkend und entscheidend auf. Deshalb werden viele gute IT-Spezialisten, Ingenieure und Wissenschaftler benötigt, die diese Systeme entwickeln. Neben der technischen Qualifikation wie am besagten Wäschebeispiel wird deutlich, dass ein Weiterdenken über den Tellerrand des technischen Know-how unbedingt notwendig ist. Die Industrie 4.0 ist kein Selbstzweck und nicht nur als innovatives Förderthema zu betrachten.

Die Verantwortung der Techniker liegt darin, Sinn und Zweck dieser Entwicklung und Produkte zu berücksichtigen und dabei von sich selbst auszugehen, denn Sie sind auch Nutzer und Nutznießer. Das passiert durch die kritische Auseinandersetzung, wie im Buch „Das System“ von Karl Olsberg beschrieben. Dieser Autor und alle Beteiligten sind aber keineswegs Maschinenstürmer, wie sie die Industrie 1.0 hervorbrachte, sondern ein Teil der Industrie 4.0, ob als Macher oder Nutzer.

Welche Rolle hat aber der Mensch noch in dieser technischen Evolution? Diese Frage müssen wir uns stellen, damit es nicht wie bei Bill Joy, Gründer von Sun Microsystems und Erfinder der Programmiersprache Java, in dessen bekanntem Essay heißt: Warum die Zukunft uns nicht braucht. Techniker, Ingenieure und Wissenschaftler sollten deshalb schon in ihrer Ausbildung auch die philosophische Fragestellungen berücksichtigen. Dazu sollten große IT-Konzerne ebenso Quereinsteiger, Fragesteller und Philosophen integrieren und eine Chance geben.

* Herbert Beesten ist geschäftsführender Gesellschafter der Tarakos GmbH in 39106 Magdeburg

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