Vierte industrielle Revolution (Fourth Industrial Revolution)

Die vierte industrielle Revolution, auch als 4IR, Industrie 4.0 oder Intelligenzzeitalter bezeichnet, bezeichnet einen zeitgenössischen Neologismus, der den beschleunigten technologischen Fortschritt im 21. Jahrhundert charakterisiert. Diese Ära folgt auf die Dritte Industrielle Revolution, die allgemein als „Informationszeitalter“ bekannt ist. Klaus Schwab, der Gründer und ehemalige geschäftsführende Vorsitzende des Weltwirtschaftsforums, hat diesen Begriff im Jahr 2016 maßgeblich populär gemacht, indem er postulierte, dass diese Fortschritte einen tiefgreifenden Wandel innerhalb des industriellen Kapitalismus bedeuten.

Die Vierte Industrielle Revolution, auch bekannt als 4IR, Industrie 4.0 oder Intelligenzzeitalter, ist ein Neologismus, der den schnellen technologischen Fortschritt im 21. Jahrhundert beschreibt. Es folgt auf die Dritte Industrielle Revolution (das „Informationszeitalter“). Der Begriff wurde 2016 von Klaus Schwab, dem Gründer und ehemaligen Vorstandsvorsitzenden des Weltwirtschaftsforums, populär gemacht, der behauptet, dass diese Entwicklungen einen bedeutenden Wandel im industriellen Kapitalismus darstellen.

Diese Phase der industriellen Transformation ist durch die Konvergenz von Technologien wie künstlicher Intelligenz, Genbearbeitung und fortschrittlicher Robotik gekennzeichnet, die die Unterscheidungen zwischen dem physischen, digitalen und biologischen Bereich zunehmend verschleiern.

Gleichzeitig durchlaufen die globalen Produktions- und Liefernetzwerke grundlegende Veränderungen angetrieben durch die kontinuierliche Automatisierung konventioneller Fertigungs- und Industrieprozesse. Dies wird durch den Einsatz moderner intelligenter Technologien, umfassender Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und des Internets der Dinge (IoT) erreicht. Eine solche Integration fördert eine stärkere Automatisierung, verbesserte Kommunikation, verbesserte Selbstüberwachungsfähigkeiten und den Einsatz intelligenter Maschinen, die in der Lage sind, Probleme autonom zu analysieren und zu diagnostizieren, wodurch die Notwendigkeit menschlicher Eingriffe verringert wird.

Darüber hinaus bedeutet diese Ära einen tiefgreifenden gesellschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Übergang vom digitalen Zeitalter der späten 1990er und frühen 2000er Jahre hin zu einer Epoche, die von allgegenwärtiger eingebetteter Konnektivität geprägt ist. Diese Allgegenwärtigkeit der Technologie verändert die menschliche Wahrnehmung und das Verständnis der umgebenden Welt grundlegend. Es schlägt die Entstehung einer erweiterten sozialen Realität vor, die die Grenzen natürlicher menschlicher Sinne und industrieller Fähigkeiten überschreitet. Gelegentlich wird erwartet, dass die vierte industrielle Revolution ein Zeitalter der Vorstellungskraft einleiten wird, in dem Kreativität und fantasievolles Denken als Hauptkatalysatoren für wirtschaftlichen Wert dienen.

Verlauf

Die Nomenklatur Vierte Industrielle Revolution wurde von einem wissenschaftlichen Team ins Leben gerufen, das die Aufgabe hatte, eine Hochtechnologiestrategie für die deutsche Regierung zu formulieren. Klaus Schwab, damals geschäftsführender Vorsitzender des Weltwirtschaftsforums (WEF), verbreitete den Begriff anschließend durch einen Artikel aus dem Jahr 2015 in Foreign Affairs einer breiteren Öffentlichkeit. Das Jahrestreffen des Weltwirtschaftsforums in Davos-Klosters, Schweiz, hat „Die Bewältigung der vierten industriellen Revolution“ im Jahr 2016 zum zentralen Thema gemacht.

Am 10. Oktober 2016 erklärte das Forum die Gründung seines Zentrums für die vierte industrielle Revolution in San Francisco. Dieses Thema bildete auch den Titel von Schwabs Publikation aus dem Jahr 2016. Schwabs Konzeptualisierung dieser vierten Ära umfasst Technologien, die Hardware, Software und biologische Komponenten integrieren und so cyber-physische Systeme bilden, während sie gleichzeitig Fortschritte in der Kommunikation und Konnektivität hervorhebt. Er geht davon aus, dass dieser Zeitraum von bedeutenden Durchbrüchen in verschiedenen aufstrebenden Technologiebereichen geprägt sein wird, darunter Robotik, künstliche Intelligenz, Nanotechnologie, Quantencomputer, Biotechnologie, das Internet der Dinge, das industrielle Internet der Dinge, dezentrale Konsensmechanismen, drahtlose Technologien der fünften Generation, 3D-Druck und vollständig autonome Fahrzeuge.

Im Vorschlag The Great Reset des Weltwirtschaftsforums (WEF) wird Die vierte industrielle Revolution als strategische Intelligenzkomponente identifiziert entscheidend für den nachhaltigen Wiederaufbau der Wirtschaft nach der COVID-19-Pandemie.

Erste industrielle Revolution

Die erste industrielle Revolution war durch einen grundlegenden Wandel von manuellen Produktionstechniken hin zu mechanisierten Prozessen gekennzeichnet, der vor allem durch die Nutzung von Dampf- und Wasserkraft ermöglicht wurde. Die schrittweise Einführung dieser neuartigen Technologien erstreckte sich etwa von 1760 bis 1820 und erstreckte sich in Europa und den Vereinigten Staaten bis 1840. Seine tiefgreifenden Auswirkungen zeigten sich in der Textilherstellung, die neben der Eisenindustrie, der Landwirtschaft und dem Bergbau Vorreiter dieser Transformationen war. Darüber hinaus hatte diese Ära erhebliche gesellschaftliche Auswirkungen und förderte insbesondere die Entstehung einer robusteren Mittelschicht.

Zweite industrielle Revolution

Die Zweite Industrielle Revolution, auch Technologische Revolution genannt, bezeichnet den Zeitraum zwischen 1871 und 1914. Diese Ära wurde durch die Errichtung ausgedehnter Eisenbahn- und Telegrafennetze vorangetrieben, die den Personen- und Informationsverkehr erheblich beschleunigten, sowie durch die weit verbreitete Einführung der Elektrizität. Die verbesserte Elektrifizierung ermöglichte es den Fabriken anschließend, moderne Produktionslinienmethoden zu implementieren.

Dritte Industrielle Revolution

Die Dritte Industrielle Revolution, auch als Digitale Revolution bekannt, entstand im späten 20. Jahrhundert. Diese Ära ist durch einen grundlegenden wirtschaftlichen Wandel hin zur Informationstechnologie gekennzeichnet, der durch das Aufkommen von Personalcomputern, dem Internet und der weit verbreiteten Digitalisierung von Kommunikation und industriellen Prozessen gekennzeichnet ist.

Jeremy Rifkins Publikation The Third Industrial Revolution aus dem Jahr 2011 untersuchte die Konvergenz von digitaler Kommunikationstechnologie und erneuerbarer Energie. Diese Arbeit wurde anschließend von Vice Media in einen Dokumentarfilm aus dem Jahr 2017 umgewandelt.

Merkmale

Grundsätzlich stellt die Vierte Industrielle Revolution einen allgegenwärtigen Trend zur Automatisierung und zum fortschrittlichen Datenaustausch innerhalb von Fertigungstechnologien und -prozessen dar. Dazu gehören Cyber-Physical Systems (CPS), das Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing, Cognitive Computing und künstliche Intelligenz.

Maschinen steigern die menschliche Effizienz durch die Automatisierung sich wiederholender Funktionen, während die Synergie von maschinellem Lernen und Rechenleistung es ihnen ermöglicht, immer komplexere Aufgaben auszuführen.

Die vierte industrielle Revolution wird durch technologische Fortschritte bei Cyber-Physical Systems definiert, die sich in Hochleistungskonnektivität und neuartiger Mensch-Maschine-Interaktion veranschaulichen Modi wie Touch-Interfaces und virtuelle Realität. Es umfasst auch Verbesserungen bei der Übersetzung digitaler Anweisungen in die physische Welt, einschließlich Robotik und 3D-Druck (additive Fertigung). Weitere Komponenten sind „Big Data“ und Cloud Computing sowie die verstärkte Entwicklung und Einführung netzunabhängiger erneuerbarer Energiequellen – Solar-, Wind-, Wellen- und Wasserkraft – und elektrischer Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Systeme für die Speicherung erneuerbarer Energien und Elektrofahrzeuge (EVs).

Ein Hauptaugenmerk liegt auf der dezentralen Entscheidungsfindung, die es cyber-physischen Systemen ermöglicht, autonom zu arbeiten und Aufgaben unabhängig auszuführen. Das Eingreifen auf höherer Ebene ist ausschließlich Ausnahmefällen, externen Eingriffen oder Zielkonflikten vorbehalten.

Distinctiveness

Befürworter der Vierten Industriellen Revolution behaupten, dass es sich dabei um eine eigenständige revolutionäre Phase und nicht nur um eine Erweiterung der Dritten Industriellen Revolution handelt. Diese Behauptung basiert auf den folgenden Merkmalen:

• Geschwindigkeit: Die exponentielle Geschwindigkeit, mit der etablierte Industrien beeinträchtigt und gestört werden.
• Umfang und Systemauswirkungen: Die große Bandbreite an Sektoren und Unternehmen, die sich im Wandel befinden.
• Paradigmenwechsel in der Technologiepolitik: Die Entstehung neuartiger Richtlinien, die speziell für die Bewältigung dieser neuen operativen Paradigmen entwickelt wurden. Singapur hat beispielsweise Industrie 4.0 offiziell in seine nationale Innovationspolitik integriert.

Umgekehrt wird das Konzept von Industrie 4.0 von Kritikern häufig als primäre Marketingstrategie abgetan. Sie argumentieren, dass zwar revolutionäre Veränderungen in bestimmten Sektoren erkennbar seien, ein umfassender systemischer Wandel jedoch noch nicht eingetreten sei. Darüber hinaus weisen die Akzeptanzrate von Industrie 4.0 und die damit verbundenen politischen Veränderungen erhebliche Unterschiede zwischen den Ländern auf, und eine standardisierte Definition für Industrie 4.0 ist nach wie vor schwer zu finden. Jeremy Rifkin, eine prominente Persönlichkeit in diesem Diskurs, „stimmt zu, dass die Digitalisierung das Markenzeichen und die definierende Technologie in der sogenannten Dritten Industriellen Revolution ist.“ Allerdings geht er davon aus, „dass die Evolution der Digitalisierung gerade erst begonnen hat und ihre neue Ausgestaltung in Form des Internets der Dinge die nächste Stufe ihrer Entwicklung darstellt.“

Komponenten

Die Umsetzung der Vierten Industriellen Revolution wird erleichtert durch:

• Mobile Geräte
• Standorterkennungstechnologien (elektronische Identifizierung)
• Erweiterte Mensch-Maschine-Schnittstellen
• Authentifizierung und Betrugserkennung
• Intelligente Sensoren
• Big-Data-Analysen und fortschrittliche Verarbeitungstechniken
• Mehrstufige Kundeninteraktion und Kundenprofilierung
• Augmented Reality/Wearables
• On-Demand-Verfügbarkeit von Computersystemressourcen
• Datenvisualisierung

Industrie 4.0 integriert eine Vielzahl neuer Technologien, um Mehrwert zu schaffen. Durch den Einsatz cyber-physischer Systeme, die physische Prozesse kontinuierlich überwachen, kann eine virtuelle Darstellung der physischen Welt erstellt werden. Ein charakteristisches Merkmal dieser cyber-physischen Systeme ist ihre Fähigkeit zur unabhängigen, dezentralen Entscheidungsfindung, wodurch ein erhebliches Maß an Autonomie erreicht wird.

Der Mehrwert von Industrie 4.0 zeigt sich insbesondere bei der elektronischen Identifikation, wo intelligente Fertigung die Integration spezifischer Technologien in Produktionsprozesse erfordert. Diese Integration ist von entscheidender Bedeutung, um den Betrieb als Teil des Entwicklungspfads von Industrie 4.0 zu klassifizieren und ihn von der bloßen Digitalisierung zu unterscheiden.

Trends

Intelligente Fabriken

Die vierte industrielle Revolution fördert die Entwicklung von „intelligenten Fabriken“, definiert als Produktionsumgebungen, in denen Betriebsanlagen und Logistiksysteme so strukturiert sind, dass nur minimale menschliche Eingriffe erforderlich sind.

Die technischen Grundlagen intelligenter Fabriken sind cyber-physische Systeme, die die Kommunikation über das Internet der Dinge (IoT) ermöglichen. Eine entscheidende Komponente dieses Rahmenwerks ist der Datenaustausch zwischen Produkten und der Produktionslinie, wodurch die Konnektivität der Lieferkette verbessert und die Organisationsstrukturen innerhalb der Fertigungsumgebungen optimiert werden.

In modularen Smart-Factory-Architekturen sind cyber-physische Systeme für die Überwachung physischer Prozesse, die Erstellung virtueller Darstellungen der physischen Umgebung und die Ausführung dezentraler Entscheidungen verantwortlich. Über das Internet der Dinge kommunizieren und kooperieren diese Systeme synchron miteinander und mit menschlichen Bedienern, sowohl intern als auch über die von den Teilnehmern der Wertschöpfungskette genutzten Organisationsdienste hinweg.

Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz (KI) zeigt eine umfassende Anwendbarkeit in verschiedenen Wirtschaftssektoren. Nach bedeutenden Fortschritten im Bereich Deep Learning in den 2010er Jahren steigerte sich seine Bedeutung. In den 2020er Jahren verstärkte sich sein Einfluss durch das Aufkommen der generativen KI weiter, eine Zeit, die häufig als „KI-Boom“ bezeichnet wird. Zeitgenössische Modelle wie GPT-4o sind in der Lage, neben der Bildanalyse auch verbale und textliche Diskurse durchzuführen.

KI dient als zentraler Katalysator für Industrie 4.0 und koordiniert Technologien wie Robotik, autonome Fahrzeuge und Echtzeit-Datenanalyse. Indem sie Maschinen in die Lage versetzt, komplizierte Aufgaben auszuführen, verändert KI die Produktionsmethoden grundlegend und minimiert die Umrüstzeiten. Darüber hinaus besitzt KI das Potenzial, Softwareentwicklungsprozesse erheblich zu beschleunigen oder sogar vollständig zu automatisieren.

Einige Experten gehen davon aus, dass KI allein eine transformative Wirkung haben könnte, die mit einer industriellen Revolution vergleichbar ist. Mehrere Unternehmen, darunter OpenAI und Meta, haben das Ziel formuliert, künstliche allgemeine Intelligenz (AGI) zu entwickeln, definiert als KI, die in der Lage ist, nahezu jede kognitive Aufgabe eines Menschen auszuführen. Dieses Ziel wird durch erhebliche Investitionen in Rechenzentren und GPUs unterstützt, um das Training fortschrittlicherer KI-Modelle zu erleichtern.

Robotics

Historisch gesehen zeigten humanoide Roboter nur einen begrenzten Nutzen, da sie aufgrund unzureichender Kontrolle und Koordination und mangelndem Verständnis ihrer Umgebung und physikalischen Prinzipien mit der grundlegenden Objektmanipulation zu kämpfen hatten. Ihr Betrieb beruhte oft auf expliziter Programmierung für bestimmte Aufgaben, was in neuartigen Szenarien zu Fehlern führte. Im Gegensatz dazu werden moderne humanoide Roboter überwiegend durch maschinelles Lernen, insbesondere Reinforcement Learning, entwickelt. Ab 2024 verzeichnen diese Roboter rasche Fortschritte in Bezug auf Flexibilität, Trainierbarkeit und allgemeine Vielseitigkeit.

Vorausschauende Wartung

Industrie 4.0 ermöglicht vorausschauende Wartung durch die Integration fortschrittlicher Technologien wie IoT-Sensoren. Dieser Ansatz ermöglicht die Echtzeiterkennung potenzieller Wartungsprobleme und versetzt Anlagenbesitzer in die Lage, kosteneffiziente Eingriffe durchzuführen, bevor es zu Maschinenausfällen oder -schäden kommt. Beispielsweise könnte ein Unternehmen mit Sitz in Los Angeles feststellen, ob ein Gerät in Singapur mit einer anormalen Geschwindigkeit oder Temperatur betrieben wird, und anschließend eine Reparaturentscheidung treffen.

3D-Druck

Die vierte industrielle Revolution zeichnet sich durch eine erhebliche Abhängigkeit von der 3D-Drucktechnologie aus. Industrielle Anwendungen des 3D-Drucks bieten mehrere Vorteile, darunter die Möglichkeit, komplexe geometrische Strukturen herzustellen und Produktdesign-Arbeitsabläufe zu optimieren. Darüber hinaus stellt es eine relativ umweltbewusste Herstellungsoption dar. Bei der Produktion geringer Stückzahlen können die Vorlaufzeiten und die Gesamtproduktionskosten verkürzt werden. Darüber hinaus erhöht der 3D-Druck die betriebliche Flexibilität, senkt die Lagerkosten und unterstützt Unternehmen bei der Einführung von Geschäftsmodellen für die Massenanpassung. Sein Nutzen erstreckt sich auf die lokale Produktion und Installation von Ersatzteilen, wodurch die Lieferantenabhängigkeit verringert und die Lieferzeiten verkürzt werden.

Intelligente Sensoren

Sensoren und Instrumente sind grundlegende Innovationstreiber und beeinflussen nicht nur Industrie 4.0, sondern auch verschiedene andere „intelligente“ Megatrends, darunter intelligente Produktion, intelligente Mobilität, intelligente Häuser, intelligente Städte und intelligente Fabriken.

Smarte Sensoren sind hochentwickelte Geräte, die Daten generieren und erweiterte Funktionen ermöglichen, die von der Selbstüberwachung und Selbstkonfiguration bis zur Zustandsüberwachung komplexer Prozesse reichen. Ihre drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten minimieren den Installationsaufwand erheblich und erleichtern den Einsatz umfangreicher Sensornetzwerke.

Die entscheidende Rolle von Sensoren, Messtechnik und intelligenter Auswertung innerhalb von Industrie 4.0 wird von Experten weithin anerkannt und gipfelt in der Aussage: „Industrie 4.0: Ohne Sensorsysteme geht nichts.“

Dennoch erschweren mehrere Herausforderungen die umfassende Implementierung dieser Systeme, darunter Zeitsynchronisationsfehler, Datenverlust und die Verwaltung großer Datenmengen. Darüber hinaus führen Beschränkungen der Batterieleistung zu zusätzlichen Einschränkungen der Funktionalität. Ein passendes Beispiel für die Integration intelligenter Sensoren in elektronische Geräte sind Smartwatches, bei denen Sensoren Bewegungsdaten des Benutzers erfassen, diese verarbeiten und den Benutzer anschließend über die tägliche Schrittzahl und den entsprechenden Kalorienverbrauch informieren.

Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie

Im Agrar- und Lebensmittelsektor befinden sich intelligente Sensoren noch in der Entwicklungsphase. Diese miteinander verbundenen Sensoren erfassen, interpretieren und übertragen kritische flächenspezifische Daten, darunter Parameter wie Blattfläche, Vegetationsindex, Chlorophyllgehalt, Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Wasserpotenzial und Strahlungsniveaus. Durch die Nutzung dieser wissenschaftlichen Daten besteht das Hauptziel darin, die Echtzeitüberwachung über Smartphones zu ermöglichen und umsetzbare Empfehlungen zur Optimierung der Parzellenverwaltung für höhere Erträge, kürzere Zeit und minimierte Kosten zu geben. Auf einzelnen landwirtschaftlichen Betrieben können diese Sensoren die Wachstumsstadien von Pflanzen genau identifizieren und zeitnahe Empfehlungen für Inputs und Behandlungen sowie eine präzise Bewässerungssteuerung ermöglichen.

Die Lebensmittelindustrie fordert zunehmend mehr Sicherheit und Transparenz und erfordert eine umfassende Dokumentation. Diese neue Technologie dient sowohl als Trackingsystem als auch als Mechanismus zur Erfassung menschlicher und produktbezogener Daten.

Beschleunigter Übergang zur wissensbasierten Wirtschaft

Eine Wissensökonomie ist ein wirtschaftlicher Rahmen, in dem Produktion und Dienstleistungen überwiegend auf wissensintensiven Aktivitäten basieren und einen beschleunigten technischen und wissenschaftlichen Fortschritt sowie eine schnelle Veralterung fördern. Industrie 4.0 erleichtert diesen Übergang, indem sie intellektuelle Fähigkeiten gegenüber physischen Inputs oder natürlichen Ressourcen in den Vordergrund stellt.

Herausforderungen

Herausforderungen bei der Umsetzung von Industrie 4.0:

Wirtschaft

• Hohe wirtschaftliche Kosten
• Anpassung des Geschäftsmodells
• Unklare wirtschaftliche Vorteile oder übermäßige Investitionen
• Bedeutende wirtschaftliche Veränderungen, die durch Automatisierung und technologischen Fortschritt vorangetrieben werden und sowohl zur Verlagerung von Arbeitsplätzen als auch zur Entstehung neuer Rollen führen, was eine umfassende Umschulung der Arbeitskräfte und systemische organisatorische Anpassungen erfordert.

Sozial

• Datenschutzbedenken
• Überwachung und Misstrauen
• Allgemeine Zurückhaltung der Stakeholder gegenüber Veränderungen
• Potenzielle Redundanz der IT-Abteilungen des Unternehmens
• Verdrängung von Arbeitsplätzen durch automatisierte und IT-gesteuerte Prozesse, insbesondere bei Arbeitern
• Erhöhtes Risiko geschlechtsspezifischer Ungleichheiten in Berufen, die sehr anfällig für KI-gesteuerte Stellenbesetzungen sind

Politisch

• Fehlen angemessener Vorschriften, Standards und Zertifizierungsrahmen
• Unklare rechtliche Rahmenbedingungen und Herausforderungen bei der Datensicherheit

Organisational

• Verschärfte IT-Sicherheitslücken, die sich aus der intrinsischen Anforderung ergeben, zuvor isolierte Produktionsumgebungen zu integrieren.
• Das Gebot der Zuverlässigkeit und Stabilität in der kritischen Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M), insbesondere im Hinblick auf extrem niedrige und konsistente Latenzzeiten.
• Die Notwendigkeit, die Integrität der Produktionsprozesse aufrechtzuerhalten
• Die dringende Notwendigkeit, IT-Störungen zu verhindern, die zu kostspieligen Produktionsausfällen führen könnten.
• Die Notwendigkeit, industrielles Know-how zu schützen, einschließlich geschützter Informationen, die in Steuerdateien für industrielle Automatisierungsgeräte eingebettet sind.
• Unzureichende Verfügbarkeit angemessener Fähigkeiten, um den Übergang zu Industrie 4.0 zu erleichtern.
• Begrenztes Engagement des Top-Managements
• Unzureichende Qualifikation der Mitarbeiter

Länderspezifische Implementierungen

Zahlreiche Nationen haben institutionelle Rahmenbedingungen geschaffen, um die Einführung von Industrie 4.0-Technologien zu fördern. Zum Beispiel:

Australien

Australien hat eine Digital Transformation Agency (gegründet 2015) und die Industry 4.0 Taskforce des Premierministers (gegründet 2016) gegründet, die beide die Zusammenarbeit mit Branchenorganisationen in Deutschland und den Vereinigten Staaten fördern.

Brasilien

Brasiliens Einführung von Industrie 4.0-Technologien war durch einen langsamen und uneinheitlichen Fortschritt gekennzeichnet. Erste Einschätzungen ergaben eindeutig ein erhebliches Defizit bei der digitalen Vorbereitung der Industrieunternehmen des Landes. Eine umfassende Umfrage des Nationalen Industrieverbandes ergab beunruhigende Statistiken: 42 % der brasilianischen Unternehmen waren sich der entscheidenden Bedeutung digitaler Technologien für die industrielle Wettbewerbsfähigkeit überhaupt nicht bewusst. Darüber hinaus nutzten beachtliche 46 % diese Technologien entweder nicht oder waren unsicher über deren praktische Anwendung. Diese Ergebnisse verdeutlichten insgesamt einen weit verbreiteten Mangel an Bewusstsein und Bereitschaft für die digitale Transformation im gesamten brasilianischen Industriesektor.

Deutschland

Der Begriff „Industrie 4.0“, oft auch als I4.0 oder I4 abgekürzt, entstand 2011 im Rahmen eines Hightech-Strategieprojekts der Bundesregierung. Diese Bezeichnung bezieht sich speziell auf diese politische Initiative und unterscheidet sie vom umfassenderen Konzept einer Vierten Industriellen Revolution (4IR), das im Allgemeinen die Computerisierung der Fertigung fördert. Der Begriff „Industrie 4.0“ wurde im selben Jahr auf der Hannover Messe öffentlich vorgestellt. Dem deutschen Professor Wolfgang Wahlster wird gelegentlich zugeschrieben, dass er den Begriff „Industrie 4.0“ geprägt hat. Im Oktober 2012 legte der Arbeitskreis Industrie 4.0 der Bundesregierung eine Reihe von Umsetzungsempfehlungen vor. Die Mitglieder und Partner dieser Arbeitsgruppe gelten als Gründungsfiguren und Haupttreiber von Industrie 4.0. Der Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0 wurde anschließend am 8. April 2013 auf der Hannover Messe vorgestellt. Diese Arbeitsgruppe wurde gemeinsam von Siegfried Dais von der Robert Bosch GmbH und Henning Kagermann von der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften geleitet.

Da die Prinzipien von Industrie 4.0 von verschiedenen Unternehmen übernommen wurden, erfuhren sie gelegentlich ein Rebranding. Beispielsweise hat Meggitt PLC, ein Hersteller von Luft- und Raumfahrtteilen, sein internes Industrie 4.0-Forschungsprojekt als M4 bezeichnet.

In Deutschland werden die Auswirkungen des Übergangs zu Industrie 4.0, insbesondere im Hinblick auf die Digitalisierung, auf den Arbeitsmarkt ausführlich unter der Rubrik „Arbeit 4.0“ diskutiert.

Die Bundesregierung spielt durch ihre Ministerien, insbesondere das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und, eine führende Rolle bei der Entwicklung der I4.0-Politik das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Durch die Formulierung konkreter Ziele und Ziele für Unternehmen versucht die Bundesregierung, die Richtung der digitalen Transformation zu bestimmen. Es besteht jedoch eine erkennbare Lücke zwischen den Kooperationsbemühungen deutscher Unternehmen und ihrem Verständnis dieser etablierten Richtlinien. Die größte Herausforderung für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in Deutschland bei der digitalen Transformation ihrer Fertigungsprozesse ist derzeit die Sicherstellung einer robusten IT- und Anwendungsinfrastruktur zur Unterstützung zukünftiger digitaler Transformationsinitiativen.

Die Industrie 4.0-Strategie der Bundesregierung zeichnet sich durch eine umfassende Produktindividualisierung im Rahmen einer hochflexiblen (Massen-)Produktion aus. Die erforderliche Automatisierungstechnik wird durch die Integration von Selbstoptimierung, Selbstkonfiguration, Selbstdiagnose, kognitiven Fähigkeiten und intelligenten Unterstützungssystemen für Arbeiter bei ihren immer komplexeren Aufgaben erweitert. Das größte Industrie 4.0-Projekt war mit Stand Juli 2013 der BMBF-Spitzencluster „Intelligente Technische Systeme Ostwestfalen-Lippe (its OWL)“. Weitere bedeutende Initiativen sind das BMBF-Projekt RES-COM und der Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“. Im Jahr 2015 startete die Europäische Kommission das internationale Horizon 2020-Forschungsprojekt CREMA (Cloud-based Rapid Elastic Manufacturing) als großes Vorhaben zur Weiterentwicklung der Industrie 4.0-Agenda.

Estland

In Estland begann die digitale Transformation, die Klaus Schwab und das Weltwirtschaftsforum 2015 als vierte industrielle Revolution bezeichneten, mit der Wiederherstellung der Unabhängigkeit im Jahr 1991. Obwohl Estland aufgrund der fünf Jahrzehnte sowjetischen Besatzung erst spät in die Informationsrevolution eingetreten ist, gelangte es schnell in das digitale Zeitalter und umging analoge Verbindungen weitgehend. Frühe politische Entscheidungen von Premierminister Mart Laar hinsichtlich der wirtschaftlichen Entwicklung des Landes führten zur Gründung dessen, was heute als e-Estland gilt, eines der digital fortschrittlichsten Länder der Welt.

Estlands Digitale Agenda 2030 skizziert zukünftige Ziele der digitalen Transformation, zu denen der Übergang zu ereignisbasierten und proaktiven Diensten sowohl für den Privat- als auch für den Unternehmenssektor sowie die Entwicklung einer umweltfreundlichen, KI-gestützten und menschenzentrierten digitalen Regierung gehört.

Indonesien

Ein weiteres Beispiel ist die indonesische Initiative „Making Indonesia 4.0“, die vor allem auf die Steigerung der industriellen Leistungsfähigkeit abzielt.

Indien

Indien, das sich durch eine expandierende Wirtschaft und einen umfangreichen Fertigungssektor auszeichnet, hat die digitale Revolution übernommen, was zu bemerkenswerten Fortschritten bei seinen Fertigungskapazitäten geführt hat. Das Industrie 4.0-Programm des Landes zielt darauf ab, Technologie zur Herstellung weltweit wettbewerbsfähiger Produkte zu wirtschaftlichen Preisen zu nutzen und gleichzeitig die neuesten technologischen Innovationen von Industrie 4.0 zu integrieren.

Japan

Gesellschaft 5.0 konzipiert ein Gesellschaftsmodell, das das Wohlergehen der Bürger in den Vordergrund stellt und durch ein hochintegriertes System, das sowohl digitale als auch physische Bereiche umfasst, ein Gleichgewicht zwischen wirtschaftlichem Fortschritt und der Lösung gesellschaftlicher Probleme erreicht. Dieser Rahmen wurde erstmals 2019 im Rahmen des 5. Wissenschafts- und Technologie-Grundplans der japanischen Regierung vorgestellt und diente als grundlegender Entwurf für zukünftige gesellschaftliche Strukturen.

Malaysia

Malaysias nationale Industrie-4.0-Politik mit der Bezeichnung Industry4WRD wurde 2018 eingeführt. Ihre Kerninitiativen umfassen die Verbesserung der digitalen Infrastruktur, die Förderung von Fähigkeiten der Vierten Industriellen Revolution (4IR) innerhalb der Belegschaft sowie die Förderung von Innovation und technologischer Integration in verschiedenen Industriesektoren.

Südafrika

Im Jahr 2019 richtete Südafrika eine Präsidialkommission zur vierten industriellen Revolution ein, die sich aus etwa 30 Interessenvertretern aus Wissenschaft, Industrie und Regierung zusammensetzte. Darüber hinaus wurde im Land ein interministerieller Ausschuss für Industrie 4.0 gebildet.

Eine umfassende landesweite Umfrage unter 577 Dozenten für technische Ingenieurwissenschaften an 52 Berufsbildungshochschulen in Südafrika ergab, dass 52,3 % der Befragten kein Bewusstsein für technologische Fortschritte hatten, die für ihre Spezialisierung relevant sind, und deren mögliche Auswirkungen auf die technische Ausbildung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass südafrikanische Berufsbildungsdozenten ein begrenztes Verständnis für den technologischen Fortschritt haben, der für ein effektives Engagement in der Ära der Vierten Industriellen Revolution (4IR) unerlässlich ist. Daher hat Blade Nzimande, der südafrikanische Minister für Hochschulbildung, der Verbesserung der 4IR-bezogenen Kompetenzen von Berufsbildungsdozenten Priorität im Rahmen der strategischen Ziele des Ministeriums eingeräumt.

Südkorea

Die Republik Korea richtete 2017 einen Präsidialausschuss zur vierten industriellen Revolution ein. Gleichzeitig legt die I-Korea-Strategie (2017) des Landes den Schwerpunkt auf aufstrebende Wachstumssektoren wie künstliche Intelligenz (KI), Drohnen und autonome Fahrzeuge und steht im Einklang mit der umfassenderen innovationsgetriebenen Wirtschaftsagenda der Regierung.

Uganda

Uganda hat im Oktober 2020 seine nationale 4IR-Strategie umgesetzt und dabei E-Governance, Stadtmanagement (Smart Cities), Gesundheitswesen, Bildung, Landwirtschaft und die digitale Wirtschaft priorisiert. Um inländische Unternehmen zu fördern, erwog die Regierung im Jahr 2020 die Einführung eines Gesetzentwurfs für lokale Start-ups, der die Rechnungsführer verpflichten würde, lokalen Marktlösungen Vorrang vor der internationalen Beschaffung digitaler Dienste zu geben.

Vereinigtes Königreich

Ein Strategiepapier des britischen Ministeriums für Wirtschaft, Energie und Energie aus dem Jahr 2019. Die Industriestrategie mit dem Titel „Regulierung für die vierte industrielle Revolution“ unterstrich die Notwendigkeit, bestehende Regulierungsrahmen anzupassen, um die Wettbewerbsfähigkeit inmitten der sich entwickelnden technologischen und gesellschaftlichen Landschaften aufrechtzuerhalten.

Vereinigte Staaten

Im Jahr 2019 veröffentlichte das Heimatschutzministerium eine Veröffentlichung mit dem Titel „Das industrielle Internet der Dinge (IIOT): Chancen, Risiken, Schadensbegrenzung“. Dieses Dokument hebt die zunehmende Digitalisierung kritischer Infrastrukturkomponenten zur Verbesserung der Konnektivität und Optimierung hervor und betont die Notwendigkeit einer sorgfältigen Planung und Sicherung während der IIOT-Implementierung, -Erweiterung und -Wartung. Das Papier geht umfassend auf die Anwendungen und inhärenten Risiken des IIOT ein und schlägt kritische Bereiche zur Risikominderung vor. Um eine verbesserte Zusammenarbeit zwischen öffentlichen, privaten, Strafverfolgungsbehörden, akademischen und anderen relevanten Interessengruppen zu fördern, richtete das DHS das National Cybersecurity and Communications Integration Center (NCCIC) ein.

Industrieanwendungen

In der Luft- und Raumfahrtbranche herrscht seit jeher die Auffassung, dass das Produktionsvolumen nicht ausreicht, um eine weitreichende Automatisierung zu rechtfertigen. Dennoch haben verschiedene Luft- und Raumfahrtunternehmen die Prinzipien von Industrie 4.0 erforscht, was zur Entwicklung von Technologien zur Steigerung der Produktivität in Szenarien geführt hat, in denen die Anfangsinvestition in die Automatisierung wirtschaftlich nicht rentabel ist. Ein anschauliches Beispiel ist das M4-Projekt des Luft- und Raumfahrtteileherstellers Meggitt PLC.

Innerhalb von Bosch und in ganz Deutschland wird die zunehmende Einführung des industriellen Internets der Dinge (IIoT) als Industrie 4.0 bezeichnet. Praktische Anwendungen umfassen Maschinen, die in der Lage sind, Fehlfunktionen vorherzusagen und autonome Wartungsmaßnahmen einzuleiten, sowie selbstorganisierende Koordinationssysteme, die sich an unvorhergesehene Produktionsänderungen anpassen. Im Jahr 2017 gründete Bosch Connectory, einen Innovationsinkubator mit Sitz in Chicago, Illinois, der sich den Technologien des Internets der Dinge (IoT) widmet, einschließlich solcher, die für Industrie 4.0 relevant sind.

Industrie 4.0 diente als Anstoß für Innovation 4.0, einen strategischen Wandel hin zur Digitalisierung in akademischen sowie Forschungs- und Entwicklungsbereichen. Im Jahr 2017 eröffnete die University of Liverpool die 81 Millionen Pfund teure Materials Innovation Factory (MIF) und etablierte sie als Drehscheibe für computergestützte Materialwissenschaft. Diese Einrichtung integriert Roboterformulierung, Datenerfassung und erweiterte Modellierung in ihre Entwicklungsmethoden.

Kritik

Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Automatisierung von Routineaufgaben hat dazu geführt, dass einige das Gegenteil von Automatisierung schätzen, bei dem handgefertigte Produkte höher geschätzt werden als solche, die durch automatisierte Prozesse hergestellt werden. Dieses Phänomen wird als IKEA-Effekt bezeichnet, ein Konzept, das von Michael I. Norton von der Harvard Business School, Daniel Mochon von Yale und Dan Ariely von Duke eingeführt wurde. Darüber hinaus wird mit der Ausweitung von Industrie 4.0 (IR4) eine zunehmende Besorgnis über die Zunahme psychischer Gesundheitsstörungen prognostiziert, eine anerkannte Herausforderung unter High-Tech-Betreibern. IR4 hat auch erhebliche Kritik an KI-Voreingenommenheit und ethischen Dilemmata geübt, da bei der Entscheidungsfindung eingesetzte Algorithmen häufig bestehende soziale Ungleichheiten verstärken, marginalisierte Bevölkerungsgruppen unverhältnismäßig stark beeinträchtigen und gleichzeitig Mängel bei Transparenz und Rechenschaftspflicht aufweisen.

Zukunft

Industrie 5.0

Industrie 5.0 wurde als strategischer Rahmen konzipiert, um einen Paradigmenwechsel innerhalb des Industriesektors einzuleiten. Sein Kerngedanke besteht darin, über bloße Effizienzgewinne hinauszugehen und stattdessen der Verbesserung des gesellschaftlichen Wohlergehens und der Nachhaltigkeit sowohl der Wirtschaft als auch der Industrieproduktion Vorrang einzuräumen. Dieser Übergang zu einem „menschenfreundlicheren“ Produktionsmodell wird erwartet, da Industrie 4.0 (gekennzeichnet durch reduzierte Arbeitskräfte, Anlagen und Materialien) hin zu kleineren, lokalisierten und flexiblen Just-In-Time-Fertigungsbetrieben (JIT) voranschreitet und dadurch die steigenden Kosten im Zusammenhang mit Transport und Vertrieb über große Entfernungen abmildert.

Referenzen

Dieser Artikel integriert Inhalte aus einem frei verfügbaren Werk. Der Text stammt aus dem UNESCO Science Report: The Race Against Time for Smarter Development., herausgegeben von Schneegans, S., T. Straza und J. Lewis, herausgegeben von der UNESCO.

•  Dieser Artikel enthält Text aus einer kostenlosen Inhaltsarbeit. Text entnommen aus UNESCO Science Report: the Race Against Time for Smarter Development., Schneegans, S., T. Straza und J. Lewis (Hrsg.), UNESCO.