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Nichts ist stetiger als der Wandel und dieser wird durch die ausgerufene Industrie 4.0 und der fortschreitenden Digitalisierung in der Industrie immer schneller. In jeder Branche und über alle Fertigungsarten hinweg gilt es, die Vernetzung von Maschine, Mensch und Computer weiterzuentwickeln. In den letzten Jahren befindet sich die Industrie in einer spannenden Phase, die vergleichbar mit einem strategischen und technologischen Umbruch ist, und somit eine neue Epoche einleitet. Dieser Grundlagenartikel wurde von mehreren Schulbüchern lizenziert und abgedruckt, da er komprimiert die wesentlichen Entwicklungsphasen der Industrialisierung wiedergibt.
Die Politik kam auf die Idee, die 4. Revolution der industriellen Entwicklung in Kurzform Industrie 4.0 zu nennen. Seither wird der stetige industrielle Umbruch von der Bundesregierung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) oder dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWI) begleitet. Viele Branchenverbände wie beispielsweise der VDMA , der ZVEI oder die bitkom, die der mittels Umsetzungsempfehlungen begleitet.
Von Industrie 1.0 bis Industrie 4.0
Vorab sei gesagt, dass man sich vor mehreren hundert Jahren keine Agenda gemacht hat, auf der Industrie 1.0, Industrie 2.0, Industrie 3.0 und jetzt Industrie 4.0 abzuhaken sind. In der Rückwärtsbetrachtung bietet es sich jedoch zur Vereinfachung an, die einzelnen Entwicklungsstufen vor der Industrie 4.0 zu versionieren. Somit lässt sich der industrielle Wandel in vier grob zu unterteilende Phasen gliedern – von der Industrie 1.0 bis zur Industrie 4.0. Welche Entwicklungsphase, welche Weiterentwicklung, welcher Fortschritt lässt sich der jeweiligen Version (Industrie 1.0, Industrie 2.0, Industrie 3.0 und Industrie 4.0) zuordnen?
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Entwicklung zur Industrie 1.0
Die erste Massenproduktion durch Maschinen – und damit die Industrie 1.0 – startete circa 1800. Die ersten Maschinen, z. B. Webstühle, wurden durch menschliche Kraft betrieben. Mechanische Produktionsanlagen wurden errichtet und Maschinen durch Wasser- und Dampfkraft angetrieben.
Die Wasserkraft war die erste Primärenergie. Danach kamen die Dampfmaschinen zum Einsatz. In dieser Entwicklungsphase gehörten zu den ersten Erfolgen der frühen Industrialisierung die ersten Eisenbahnen, der Kohleabbau, die Schwerindustrie, die Dampfschifffahrt, die Tuchherstellung, der Verkehr und Textildruck. Die Menschen erkannten früh, dass schon die erste industrielle Entwicklung neue Arbeitsplätze in den Fabrikhallen schaffte.
Fotoquelle: von Margaret Sarah Carpenter – Art Work Details page. Original upload was at English wikipedia at en:File:Ada_Lovelace.jpg, Gemeinfrei
Schon im 19. Jahrhundert wurden die ersten Grundlagen für die später folgende Industrie 3.0, die Computerarbeit, allerdings auf mechanischer Ebene entwickelt. Die britische Mathematikerin Ada Lovelace gilt, aufgrund ihres erstellten Programms für die Analytical Engine von Charles Babbage, als erste Programmiererin überhaupt. Für den nie fertig gestellten mechanischen Computer nahm ihre Arbeit wesentliche Aspekte späterer Programmiersprachen vorweg (z. B. Unterprogramm oder Verzweigung).
Leserservice: Unsere Berichte sind oft sehr ausführlich. Daher bieten wir mit der PDF „Industrie 1.0 bis 4.0 – Industrie im Wandel der Zeit“ eine Zusendung des Artikels im PDF-Format zur späteren Sichtung an. Nutzen Sie das Angebot um sich die Praxis-Impulse in Ruhe durchzulesen, Sie können hierfür auch einfach auf das PDF-Symbol klicken.
Die 2. industrielle Revolution – Akkord und Fließband
Die Einführung der Elektrizität als Antriebskraft zum Ende des 19. Jahrhunderts war der Startschuss für die 2. industrielle Revolution (Industrie 2.0). Mit den ersten Automobilen ab dem frühen 20. Jahrhundert wurde die Arbeit in den Produktionshallen stetig weiter automatisiert. Die Fabrikhallen produzierten in Rekordzeit am Fließband und Motoren nahmen weitere Arbeit ab.
In dieser Entwicklungsphase erfuhren auch die Büroarbeitsplätze eine Weiterentwicklung bei der Vernetzung und Kommunikation. Telefonate und Telegramme vereinfachten die Kommunikation, wodurch Arbeitsprozesse beschleunigt und vernetzt wurden. Doch die Bemühungen, den Schriftverkehr zu vereinfachen, begannen schon 1714 mit Henry Mills Beschreibung einer Schreibmaschine, wofür ein Patent erteilt wurde. Die erste Schreibmaschine war wohl ein im Jahr 1808 vom Italiener Pelligrino Turri hergestelltes Gerät, für die erblindete Gräfin Carolina Fantoni da Fivizzone. Vom Erfindergeist vorangetrieben folgten weitere Geräte wie das Schreibclavier von Karl Drais (1821) , die Schreibmaschinenmodelle aus Holz vom Tiroler Peter Mitterhofer (1864) oder die Schreibkugel von Malling Hansen (1865).
Erfolgsfaktoren in der zweiten Revolution waren die ersten Schritte der Globalisierung. Die Herstellung von Automobilen, Kleidung, Rohstoffe und Lebensmittel wurde automatisiert verarbeitet. Auch der Verkehr entwickelte sich weiter, indem erstmals über Kontinente hinweg transportiert wurde. Die Luftfahrt nahm ihren Betrieb auf und die Weltmeere konnten per Schiff überquert werden.
Industrie 3.0 – Computer arbeiten
Die dritte industrielle Revolution hatte seine Vordenker schon im 18. Jahrhundert. Charles Babbage gilt gemeinsam mit der bereits erwähnten Ada Lovelace mit seiner Analytical Engine als Vordenker des individuell programmierbaren Computers.
Den Entwicklungsarbeiten der Vordenker folgten die ersten funktionsfähigen Geräte. Der deutsche Bauingenieur Konrad Ernst Otto Zuse entwickelte mit dem Z3 im Jahr 1941 den ersten funktionsfähigen Computer der Welt – er war programmgesteuert, frei programmierbar und vollautomatisch. Mit der Vermietung des Z4 an die ETH in Zürich handelte es sich im Jahr 1950 bei diesem Modell der Zuse KG um den ersten kommerziellen Computer, dem noch weitere folgten. Eine rasante Entwicklung begann und die Entwicklungszyklen wurden immer kürzer.
Ab den 1970er Jahren startete die 3. industrielle Revolution. Hier standen die weitere Automatisierung und Vernetzung durch Elektronik und IT im Fokus. Nach den großen Rechenmaschinen begründete nun der Personal-Computer für Büro und Haushalt einen neuen Industriezweig.
Die Fabriken im Wandel – Industrie 4.0
Wir befinden uns in der Mitte der 4. industriellen Revolution, wenn es um die Theorien und Erkenntnisse greifbarer Weiterentwicklungen geht, eventuell sogar am Ende. In dieser Phase wird der Fokus auf die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung früherer analoger Techniken und die Integration cyber-physischer Systeme gesetzt. Längst wird in vielen Unternehmen nicht mehr auf Lager produziert, die Herstellung vieler Produkte erfolgt auf Nachfrage oder nach tatsächlichem Bedarf. Produktionsprozesse mit Just-in-Time-Strategien konnten Dank der stetigen Weiterentwicklung in der Informationsverarbeitung und -Technik umgesetzt werden. Neben der immer vernetzter und schneller werdenden Fertigung konnten auch Umbrüche im Bereich des Umwelt- und Arbeitsschutzes gemacht werden.
Industrie 4.0 lautet der Begriff für die moderne Technologie und Produktion im Zeitalter der digitalen Revolution und Vernetzung. Damit wird nicht nur die industrielle Entwicklung weiterer Technologien beschrieben, wie schon in den vergangenen zwei Jahrhunderten, sondern auch die geänderte Produktionsprozesse und Arbeitswelt im globalen Zeitalter.
Die „Informatisierung“ nimmt in der Industrie 4.0 konkretere Formen an. Klassische Industriezweige wie die Baubranche werden weiter digitalisiert, vernetzt und neue Kommunikationsformen geschaffen – selbst Gebrauchsgegenstände und Verpackungen sind durch Strichcodes ans Internet angeschlossen.
Auch auf Trends, Geschmäcker und Bedürfnisse des Absatzmarktes kann die Industrie 4.0 schneller und exakter reagieren. Eine größere Bandbreite an Modellen und Produktausführungen wird ebenso schnell hergestellt, wie auf die rapiden Entwicklungen des Marktes reagiert. Und neue digitale Fabriken produzieren bei Bedarf bezahlbare Einzelstücke ohne Einbußen.
Einführungsstrategie Industrie 4.0: Es gibt mehrere Möglichkeiten und Lösungsansätze auf den Weg zur vernetzten Produktion. Oft verwendet wird die Einführungsstrategie, bzw. die Simulation einer Fertigung mit der Loßgröße 1. Dieses Ziel stellt oft die gesamte Produktion auf den Kopf, zeigt Herausforderungen und Grenzen auf, anhand deren die einzelnen Produktionsprozesse effizienter und flexibler gestaltet werden können. Lösungsansätze sind auf unterschiedlichen Ebenen zu suchen und zu finden, auf den Ebenen Maschinen, Daten, Prozesse und auf der Mitarbeiterebene. Gleichzeitig ermöglicht die simulative Suche nach neuen Lösungsansätzen die Chance sowohl Risiken als auch Kostensenkungspotenziale der Prozessen zu entdecken.
Industrie der Zukunft
Wenige Wochen nachdem die Industrie 4.0 ausgerufen wurde, kursierte schon die Industrie 5.0 im Markt als weiterer Marketingbegriff. Dies lag vor allem daran, dass zu Beginn die Definition und die Idee der Industrie 4.0 nicht präzise genug kommuniziert wurde. Zwischenzeitlich wurde im Rahmen der Wirtschaftskommikation, u.a. durch die Verbände VDMA, ZVEI, bitkom und dem BMBF, viel Informationsarbeit durchgeführt, sodass der zwischenzeitlich aufgekommene neue Marketingbegriff, die Industrie 5.0, auch aufgrund der nicht vorhandenen Glaubwürdigkeit, verstummte.
Die Industrie 4.0 wird mittlerweile im Markt als Ökosystem verstanden, indem unterschiedliche Marktplayer, Dienstleister, Unternehmen, Bauteile, Komponenten, Technologien und Institutionen aufgrund der gemeinsamen Vision, die digitale Transformationen und somit die Digitalisierung in der Industrie vorantreiben. Strenggenommen handelt es sich dabei um mehrere Ökosysteme, die sich aufgrund der Marktdynamik zu immer komplexer werdenden Netzwerken entwickeln, wodurch aber auch Fortschritte und Innovationen für die Industrie entstehen.
Begleitend setzt sich das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit einer Forschungsagenda aktiv ein, um zukunftsweisende Projekte zu initiieren. Das Ziel des Bundesforschungsministeriums ist es, durch diese Förderung, die Souveränität und den Ruf Deutschlands in Forschung und Entwicklung aufrechtzuerhalten. Die Forschungsagenda des BMBF adressiert die Herausforderungen und Chancen der aktuellen und bevorstehenden digitalen Revolution, in welcher Technologien, Daten und Prozesse im Sinne einer vernetzten Produktion, in Einklang gebracht werden sollen.
Industrie 4.0 hat sich von einem anfänglichen Marketingbegriff, als Vision zu einer Agenda entwickelt. So sind seit der Bekanntmachung des Marketingbegriffs viele Umbrüche positiv beeinflusst worden. Im Bereich der Kommunikationstechnologien wurde als Mobilfunkstandard die 5G-Technologie vorangetrieben, um die Wirtschaftskommunikation und digitale Sicherheit auf ein neues Level zu bringen. Neue Geschäftsmodelle sind entstanden und werden z.B. im Bereich Predictive Maintenance schon vermarktet.
