Industrie 4.0, auch bekannt als Vierte Industrielle Revolution oder 4IR, ist die nächste Phase der Digitalisierung des verarbeitenden Gewerbes, angetrieben durch disruptive Trends wie die Zunahme von Daten und Konnektivität, Analytik, Mensch-Maschine-Interaktion und Fortschritte in der Robotik.
Augmented Reality, Maschinenautomatisierung und mehr: Die industrielle Revolution des 21. Jahrhunderts ist digital. Industrie 4.0, die vierte industrielle Revolution und 4IR beziehen sich alle auf die aktuelle Ära der Konnektivität, der fortschrittlichen Analytik, der Automatisierung und der fortschrittlichen Fertigungstechnologie, die die globale Wirtschaft seit Jahrzehnten umgestaltet. Diese Welle des Wandels in der Fertigungsbranche begann Mitte der 2010er Jahre und stellt eine große Chance für den Betrieb und die Zukunft der Fertigung dar.
Was genau macht die vierte industrielle Revolution aus?
Die erste industrielle Revolution wurde durch Dampf angetrieben, die zweite durch Elektrizität, die dritte durch vorläufige Automatisierung und Maschinen und die vierte durch cyberphysische Systeme, auch bekannt als intelligente Computer.
Vor 2014 gab es den Google-Suchbegriff „Industrie 4.0“ so gut wie gar nicht. 2019 jedoch sehen 68 Prozent der Befragten einer weltweiten McKinsey-Umfrage Industrie 4.0 als eine der wichtigsten strategischen Prioritäten an. Siebzig Prozent der Befragten gaben an, dass ihre Unternehmen bereits neue Technologien erproben oder einsetzen.
Die vierte industrielle Revolution (oder 4IR) basiert auf den Innovationen der dritten industriellen Revolution (oder digitalen Revolution), die zwischen den 1950ern und den frühen 2000ern stattfand und uns Computer, andere Arten von Elektronik, das Internet und vieles mehr bescherte. Industrie 4.0 verschiebt die Grenzen des Möglichen mit vier grundlegenden Arten von disruptiven Technologien (Beispiele siehe unten), die in der gesamten Wertschöpfungskette eingesetzt werden können:
Cloud Computing, das Internet, die Blockchain und Sensoren sorgen für Konnektivität, Daten und Rechenkapazität.
Fortgeschrittene Analytik und Intelligenz: maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz
Interaktion zwischen Mensch und Maschine: virtuelle Realität (VR) und erweiterte Realität (AR), Robotik und Automatisierung, autonome Fahrzeuge
Additive Fertigung (wie 3-D-Druck), erneuerbare Energien und Nanopartikel sind Beispiele für Spitzentechnologie.
Die Technologie ist jedoch nur die Hälfte der Industrie 4.0-Gleichung. Um in der vierten industriellen Revolution erfolgreich zu sein, müssen Unternehmen dafür sorgen, dass ihre Mitarbeiter durch Up-Skilling und Reskilling angemessen qualifiziert sind und, falls erforderlich, neue Mitarbeiter einstellen. Upskilling ist der Prozess, bei dem Mitarbeiter neue Fähigkeiten erwerben, die sie in ihrer aktuellen Position unterstützen, wenn sich die erforderlichen Fähigkeiten weiterentwickeln. Die Umschulung ist die eigentliche Herausforderung: Arbeitnehmer werden mit neuen Fähigkeiten umgeschult, damit sie verschiedene Positionen in ihren Unternehmen besetzen können.
Dies wird immer wichtiger, da sich die Arbeitsanforderungen durch disruptive Technologien verändern, aber die regionalen Perspektiven zur Umschulung sind unterschiedlich. In Europa sind 94 Prozent der befragten Führungskräfte der Meinung, dass das Gleichgewicht zwischen Neueinstellungen und Umschulungen gleich sein oder in Richtung Umschulung tendieren sollte, während in den Vereinigten Staaten nur 62 Prozent der Führungskräfte dieser Meinung sind.
Die durchgängige Umwandlung einer Qualifikation besteht aus drei Phasen:
- scouten – Bewerten Sie die Fähigkeiten, die zum Erreichen der Unternehmensziele erforderlich sind.
- sculpt – Identifizieren Sie Talentlücken, die geschlossen werden müssen, und entwerfen Sie die entsprechende Programminfrastruktur.
- shift – entwickeln und implementieren Sie Inhalte und Vermittlungsmechanismen, um eine große Anzahl von Mitarbeitern zu schulen.
Ein Gespräch mit Francisco Betti (Leiter der Platform for Shaping the Future of Advanced Manufacturing and Production, die 2017 vom Weltwirtschaftsforum ins Leben gerufen wurde) und den CEOs von Flex, Protolabs und Western Digital bietet Perspektiven und praktische Einblicke in den Aufbau von Mitarbeiterkapazitäten und die Veränderung von Denkweisen für eine erfolgreiche digitale Transformation in der Fertigung. Die Vorteile können weit über die Geschäftsergebnisse hinausgehen. Der CEO von Western Digital, David Goeckeler, sagt: „Es geht nicht nur darum, dass unser Unternehmen besser wird und wir für die Zukunft gerüstet sind. Es geht darum, dass alle unsere Mitarbeiter für diese Zukunft gerüstet sind, dass sie im Mittelpunkt stehen, dass sie hoch engagiert sind, dass sie umgeschult werden und dass sie für die Zukunft begeistert werden.
Woraus besteht das Global Lighthouse Network?
In Zusammenarbeit mit McKinsey hat das Weltwirtschaftsforum 2018 das Global Lighthouse Network (GLN) gegründet, um Organisationen und Technologien zu identifizieren, die an der Spitze der vierten industriellen Revolution stehen. In diesem Zusammenhang ist ein Leuchtturm eine Produktionsstätte, die 4IR-Technologien in großem Maßstab und mit erheblichen betrieblichen Auswirkungen effektiv umgesetzt hat.
Das Ziel der Leuchttürme ist es, mehr als 80% des identifizierten Wertes ausgewählter Anwendungsfälle zu erfassen, d.h. derjenigen, die 4IR-Technologien einsetzen. Das ultimative Ziel ist, dass diese Standorte als Industrie 4.0-Benchmark für die Transformation anderer Standorte dienen. Dies mag dem Konzept einer digitalen Fabrik ähneln, und das ist auch gut so. Digitale Fabriken dienen als „Baustellen“ für Unternehmen, um 4IR-Technologien zu implementieren und neue Abläufe zu evaluieren, bevor sie die Innovationen in großem Maßstab umsetzen. Im Gegensatz dazu bezeichnet das GLN speziell Leuchttürme als erfolgreiche 4IR-Pioniere.
Bis heute wurden 103 Leuchttürme auf der ganzen Welt identifiziert, darunter das Tata Steel Werk in Kalinganagar, Indien, und ausgewählte Produktionsstandorte von Henkel Laundry & Home Care.
Kleine oder große Unternehmen, in Entwicklungs- oder Industrieländern, auf der grünen Wiese oder auf Brachland, können praktisch überall Leuchttürme errichten.
Erkenntnisse aus Leuchttürmen, die derzeit erfolgreich 4IR-Technologien einsetzen, können als Leitfaden für Organisationen dienen, die die Zukunft der Fertigung beeinflussen. Die digitale Transformation in großem Maßstab ist schwierig, aber eine verantwortungsvolle Produktion, die Produktivität, Nachhaltigkeit und aktive Beteiligung der Arbeitnehmer miteinander verbindet, ist machbar.
Sechs wichtige Voraussetzungen können die Erfolgswahrscheinlichkeit der 4IR-Transformation in Ihrem Unternehmen erhöhen:
Eine Methode mit schnellen Iterationen, schnellen Fehlern und kontinuierlichem Lernen, bei der Teams gebündelte Anwendungsfälle in Zyklen umwandeln, um Innovation und kontinuierliche Verfeinerungen voranzutreiben.
Agile digitale Studios können die effektive Zusammenarbeit erleichtern, indem sie einen bestimmten Raum bereitstellen, in dem Teammitglieder aus verschiedenen Funktionen gemeinsam kreativ sein können.
Der IIoT-Stack ermöglicht die nahtlose Integration der IIoT-Infrastruktur (sowohl bestehender als auch neuer), um eine stabile, anpassungsfähige technologische Grundlage zu schaffen. Durch die Nutzung bestehender Systeme und die effiziente Investition in eine neue Technologieplattform können die Kosten gesenkt werden.
Um die Arbeitskräfte weiterzubilden, wendet eine IIoT-Akademie bewährte Verfahren der Erwachsenenbildung an und bietet individuelle Lernprogramme, die auf die spezifischen Anforderungen jedes Einzelnen zugeschnitten sind.
Tech-Ökosysteme arbeiten mit Anbietern, Zulieferern, Kunden und verwandten Branchen zusammen, um die aktuellsten Fähigkeiten zu erhalten, bieten Zugang zu umfangreichen Datensätzen und fördern die Möglichkeiten für gemeinsame Innovationen.
Transformationsbüros können als Governance-Zentrum dienen, um den Start und die Expansion eines Leuchtturms zu unterstützen, indem sie Fortschritte und Prioritäten transparent machen, sicherstellen, dass der Wert kontinuierlich erfasst wird, und den Wandel beschleunigen.
Zwei dieser Faktoren sind besonders wichtig: eine agile Methodik und ein Transformationsbüro.
Jedes Unternehmen kann seine Industrie 4.0-Reise in kleinem Maßstab an einem einzigen Standort beginnen und dann schnell skalieren. Andernfalls könnte es zum „Pilot-Fegefeuer“ verdammt sein: Unternehmen testen (oder pilotieren) neue Technologien, schaffen es aber nicht, sie in großem Maßstab zu implementieren und verzögern so den Übergang zur Industrie 4.0. Ende 2020 gaben etwa 74 % der befragten Unternehmen an, dass sie sich im Pilot-Fegefeuer befinden.
Welche Vorteile bietet die vierte industrielle Revolution?
Entlang der gesamten Wertschöpfungskette könnte die vierte industrielle Revolution Produkte und Dienstleistungen für Unternehmen, Verbraucher und andere Stakeholder leichter zugänglich und übertragbar machen. Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass eine effektive Skalierung der 4IR-Technologie die Lieferketten effizienter und die Arbeitszeiten produktiver macht, die Verschwendung in den Fabriken reduziert und zahlreiche weitere Vorteile für Mitarbeiter, Interessengruppen und Verbraucher mit sich bringt.
Die Implementierung von Industrie 4.0-Technologie ist auch angesichts der Hindernisse der Pandemie besonders vorteilhaft. Tatsächlich hat COVID-19 den Übergang zur Industrie 4.0 beschleunigt, weil die räumliche Entfernung und die veränderten Anforderungen der Verbraucher die Unternehmen dazu gezwungen haben, die Digitalisierung und den kontaktlosen Betrieb zu übernehmen. Sechs Monate nach Beginn der Pandemie gaben 94 Prozent der Befragten einer McKinsey-Umfrage an, dass Industrie 4.0 ihren Unternehmen geholfen hat, den Betrieb aufrechtzuerhalten, und 56 Prozent hielten diese Technologien für wesentlich für die Reaktion.
Vor der Pandemie waren die Hauptantriebskräfte für die Digitalisierung der Unternehmen je nach Branche unterschiedlich. Im Jahr 2020 gab es jedoch drei Treiber, die von allen Branchen und Regionen geteilt wurden: Agilität, Flexibilität und Fertigungseffizienz. Unternehmen, die bereits vor COVID-19 in großem Umfang Industrie 4.0-Technologien eingeführt hatten, waren in einer stärkeren Position, um die entstandenen Herausforderungen zu bewältigen.
Ein asiatischer Hersteller von verpackten Konsumgütern erstellte einen digitalen Zwilling seiner Lieferkette, um verschiedene Szenarien zu simulieren. Während der Pandemie nutzte das Unternehmen diesen Simulator, um sich auf unerwartete Stillstände oder Lieferunterbrechungen vorzubereiten.
Eine Kaffeemaschinenfabrik in Treviso, Italien, verwandelte sich von einem nicht wettbewerbsfähigen Standort in ein Produktionskraftwerk, was zu einer Steigerung der Arbeitsproduktivität um 33 Prozent und einer Verkürzung der Durchlaufzeiten um 82 Prozent führte.
56 Prozent der befragten Unternehmen, die noch nicht mit der Implementierung von Industrie 4.0-Technologien begonnen hatten, fühlten sich in ihren Reaktionen auf die Herausforderungen der Pandemie eingeschränkt.
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Erläutern Sie die vierte industrielle Revolution, die Beteiligung der Arbeitskräfte und die Zukunft der Fertigung.
Das Engagement der Belegschaft ist entscheidend für den Erfolg einer 4IR-Transformation. Selbst ein Unternehmen, das über die besten Werkzeuge, die neueste Technologie und umfangreiche Ressourcen verfügt, kann die 4IR-Transformation nicht erfolgreich umsetzen, wenn die Belegschaft nicht engagiert ist. Ein konzertierter Fokus auf die Mitarbeiter hat Organisationen auch geholfen, Widerstandsfähigkeit zu schaffen, indem sie die Mitarbeiter bei der Entwicklung neuer Fähigkeiten unterstützt haben, so dass das Unternehmen mit größerer Agilität auf Veränderungen reagieren kann. In der Praxis kann es erforderlich sein, die Ausbildungs- und Qualifizierungswege zu überdenken und langfristige strukturelle Anpassungen vorzunehmen.
Hier sind fünf Bereiche, in denen Hersteller bereits ein hohes Maß an Mitarbeiterengagement fördern:
- Lernen und Entwicklung (z.B. durch die Erweiterung von Kompetenzen und Fähigkeiten durch die Kombination von harten, weichen und digitalen Fähigkeiten sowie durch die Ausbildung)
- Befähigung und Eigenverantwortung (z.B. durch ergebnisorientiertes Management oder durch die Ermutigung der Mitarbeiter, eigene Entscheidungen zu treffen)
- Zusammenarbeit und Verbindungen (z. B. durch die Zusammenarbeit mit funktionsübergreifenden und vielseitig qualifizierten Teams oder durch den Aufbau umfassender Netzwerke innerhalb und außerhalb des Unternehmens)
- Wirkung und Anerkennung (z.B. durch die Einführung von Rechenschaftspflicht für Erreichtes oder durch die Würdigung von Erfolgen)
die Stimme des Arbeitnehmers (z.B. durch die Nutzung digitaler Kanäle und Daten, um die Stimmen der Arbeitnehmer zu sammeln oder durch den Versuch, ihre unausgesprochenen Anforderungen zu verstehen)
Wie sieht es mit der Digitalisierung der Industrie 4.0 und den Chancen der Nachhaltigkeit aus?
Die vierte industrielle Revolution schafft Chancen für die Nachhaltigkeit, und diese Innovationen sind von Natur aus nachhaltiger als die derzeitigen Geschäftspraktiken. Manche Menschen glauben, dass produktiver Betrieb und Umweltverantwortung unvereinbar sind, aber nachhaltige Leuchttürme widerlegen diese Vorstellung: 4IR-Transformationen ermöglichen eine praktikable Art von Ökoeffizienz, die Nachhaltigkeit und Wettbewerbsvorteile in sich vereint.
Ökoeffizienz umfasst drei Facetten der digitalen Technologie:
- Ermöglichung einer datengesteuerten Produktion und breiter angelegter Maßnahmen in der gesamten Wertschöpfungskette
- Realisierung von Verbesserungen bei mehreren Leistungsindikatoren, einschließlich Kosten, Flexibilität, Komfort und Qualität
- Begrenzung von Verbrauch, Ressourcenverschwendung und Emissionen zur Förderung der Nachhaltigkeit
Betrachten Sie einige Beispiele dafür, wie Technologien der Industrie 4.0, die die Effizienz maximieren, auch die Verschwendung reduzieren:
In einer intelligenten Fabrik, die durch das industrielle Internet der Dinge (IIoT) unterstützt wird, hat ein Leuchtturm in Singapur seinen Ausschuss bei der Herstellung von Halbleitern um 22 Prozent reduziert. (Weitere Informationen finden Sie im zugehörigen Explainer, „Was ist das Internet der Dinge“).
Die intelligente Fabrik von Schneider Electric in Lexington, Kentucky, nutzte IoT-Konnektivität und prädiktive Analytik, um den Energieverbrauch um 26%, die CO2-Emissionen um 30% und den Wasserverbrauch um 20% zu senken.
Für sechzig Prozent der 103 Leuchttürme, die vom Global Lighthouse Network identifiziert wurden, gehört Nachhaltigkeit zu den fünf wichtigsten Anwendungsfällen der Vierten Industriellen Revolution.
Darüber hinaus zeigen die Leuchttürme, wie 4IR-Technologien ein langfristiges, verantwortungsvolles Wachstum ermöglichen können. Und wie? Indem sie sich auf drei Hauptbereiche konzentrieren:
Umweltschutz bedeutet, sich um den Planeten und seine Umgebung zu kümmern. Diese Kategorie von Leuchttürmen konzentriert sich unter anderem auf Energie, Wasser, Umweltverschmutzung, Treibhausgasemissionen und die Kreislaufwirtschaft.
Soziales: Stärkung der Arbeitskräfte und der Gemeinschaft. Schwerpunktbereiche für Leuchttürme könnten die Entwicklung des Humankapitals, die Mitsprache der Arbeitnehmer, Gesundheit und Sicherheit sowie Arbeitsnormen sein.
Steuerung: Die Einrichtung einer Reihe von Praktiken, Kontrollen und Verfahren, um zu lenken, Entscheidungen zu treffen und die Anforderungen der Stakeholder zu erfüllen. Dies kann Bereiche wie Eigentum, Rechenschaftspflicht, Unternehmensethik und Struktur der Unternehmensführung umfassen.
Welche Auswirkungen hat Industrie 4.0 auf die Wirtschaft?
Industrie 4.0 wird weiterhin erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben. Die am schnellsten agierenden Unternehmen werden den größten wirtschaftlichen Nutzen daraus ziehen.
Laut einer Studie des McKinsey Global Institute aus dem Jahr 2018 können die führenden Unternehmen der Industrie 4.0 – Unternehmen, die auf dem besten Weg sind, KI und andere fortschrittliche Technologien bis 2025 einzuführen – mit einem Anstieg des Cashflows um 122 Prozent rechnen. Unternehmen, die überhaupt keine KI einsetzen, müssen mit einem Rückgang von 23 Prozent rechnen, während Unternehmen, die KI nur teilweise einsetzen, mit einem Rückgang von 10 Prozent rechnen müssen.
Es wird erwartet, dass die Industrie 4.0 auch die Qualifikationen der Arbeitskräfte verändern wird, indem sie die Kriterien für begehrte Talente verändert. Da immer mehr Unternehmen im kommenden Jahrzehnt die Robotik einsetzen werden, wird sich Folgendes ergeben:
- Die Nachfrage nach körperlichen und manuellen Fähigkeiten bei sich wiederholenden Aufgaben, wie z.B. Fließbandarbeit, wird um fast 30 Prozent sinken.
- Die Nachfrage nach grundlegenden Lese-, Schreib- und Rechenkenntnissen wird um fast 20 Prozent zurückgehen.
- Die Nachfrage nach technologischen Fähigkeiten wie z.B. Codierung wird um über 50 Prozent steigen.
- Die Nachfrage nach komplexen kognitiven Fähigkeiten wird um etwa 33% steigen.
- Die Nachfrage nach überlegenen sozialen und emotionalen Fähigkeiten wird um über 30 Prozent steigen.
- Das Wertschöpfungspotenzial von Industrie 4.0 für Hersteller und Zulieferer wird bis 2025 voraussichtlich 3,7 Billionen Dollar erreichen.
Welche Branchen werden durch Industrie 4.0 verändert?
Während der Vierten Industriellen Revolution werden sich alle Branchen verändern, einige jedoch stärker als andere. Die Art des Übergangs zu Industrie 4.0 hängt von den spezifischen Technologien ab, die eingesetzt werden, sowie von der vorhandenen Infrastruktur und den Fähigkeiten eines Unternehmens. Die Transformation kann in drei Archetypen eingeteilt werden:
Beschleunigt. Bestimmte kostengünstige digitale, Augmented-Reality- und Automatisierungslösungen können ohne Übergangsschwierigkeiten sofort übernommen werden, unabhängig von der bestehenden technischen Infrastruktur des Unternehmens (fortgeschritten oder nicht vorhanden).
Unterschiedlich. Die vorhandene technologische Infrastruktur wirkt sich auf die Geschwindigkeit der Einführung bestimmter Technologien aus. Unternehmen mit unzureichender Informationstechnologie (IT), Betriebstechnologie und Dateninfrastruktur werden eine Übergangszeit benötigen. Unternehmen mit einem höheren technologischen Entwicklungsstand sind besser für eine schnelle Einführung gerüstet.
Verlangsamt oder verschoben. Selbst bei Unternehmen mit einer fortschrittlichen technologischen Infrastruktur wird die Einführung der modernsten Innovationen (wie z.B. End-to-End-Automatisierung) aufgrund des hohen Investitionsbedarfs und der fehlenden Klarheit über die langfristige Amortisation nur schleppend verlaufen.
Viele Unternehmen in betriebsintensiven Branchen wie der Fertigung, dem Transportwesen und dem Einzelhandel beschäftigen eine große Anzahl von Mitarbeitern für Tätigkeiten, die sich ideal für die Automatisierung oder Digitalisierung eignen. Daher werden diese Branchen den größten Wandel erleben. Betriebsintensive Branchen haben ein 1,3-mal höheres Automatisierungspotenzial als andere Branchen.
Eine Analyse von McKinsey zeigt, dass bis zu 58 Prozent der Arbeitstätigkeiten in diesen ablaufintensiven Industrien mit der vorhandenen Technologie automatisiert werden könnten. Das Bildungswesen hingegen wird sich durch Industrie 4.0 voraussichtlich am wenigsten verändern; nur 25 Prozent der Arbeit in diesem Sektor können automatisiert werden.