Industrie 4.0 – digital-vernetzte ...Evolution2Green Industrie 4.0 III Im Zuge der umfassenden Digitalisierung von immer mehr Produktionsbereichen sind künftig disruptive Veränderungen

Eine Kooperation von:

ARBEITSPAPIER

Industrie 4.0 – digital-vernetzte dezentrale Produktion

Transformationsfeldanalyse im Rahmen des Projekts Evolution2Green – Transformationspfade zu einer Green Economy

Jan Odenbach, Dr. Edgar Göll, Dr. Siegfried Behrendt (IZT)

Stand: Januar 2017

Evolution2Green Industrie 4.0 I

Projektleitung

adelphi research gemeinnützige GmbH

Alt-Moabit 91 T +49 (0)30-89 000 68-0 www.adelphi.de

14193 Berlin F +49 (0)30-89 000 68-10 [email protected]

Projektpartner

Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gemeinnützige GmbH

Clayallee 323 T: +49 (0)30 - 306 45 1000 www.borderstep.de

14169 Berlin [email protected]

IZT - Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung gemeinnützige GmbH

Schopenhauerstr. 26 T: +49 (0) 30 80 30 88-0 www.izt.de

14129 Berlin [email protected]

Abbildung Titel: © pixabay - 1869205_1920

evolution2green wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

© 2017 adelphi, Borderstep, IZT

http://www.adelphi.de/

mailto:[email protected]




Evolution2Green Industrie 4.0 II

In the course of massive digitalization of more and more sectors of industrial production dis-

ruptive changes can be expected. In the German discourse these are summarized with the

term »Industry 4.0« or: Cyber Physical Production Systems (CPPS) or Industrial Internet of

Things (IIot), and this stands for increasing network construction and production. In this

study it is intended to assess the potentials and chances with regards to more intense re-

source- and environmental protection, as well as bridging the trends towards a Green Econ-

omy – and how this can be influenced and even managed. A chance towards »Industry 4.0«

seems very likely. A path change in the direction of Green Economy can be imagined, but it

is uncertain and is depending on the specific design of new technologies as well their utiliza-

tion and actual usage. Therefore it also could lead towards increasing burdens for the envi-

ronment.

Strong path dependencies in this transformation field are existing mainly due to the high

investments in industrial equipment and infrastructure, and their longevity and high perfor-

mance, as well as for the high costs for a restructuring of the industrial system including new

infrastructure and production units. At the same time some kind of cost reductions can be

expected due to digitalization. The industrial sectors worldwide are in the middle of a search

and experimentation process. A major challenge today is, as was the case with other and

smaller examples (i.e. specific product types) the demand for standardization. This demand

has not been met yet, which is causing insecurities for the managers and their investment

decisions today. Within the realm of technologies there are rather little path dependencies,

but concerning the aspect of application possibilities these are existing, for example, in the

form of safety technologies in the human-machine relationship (safety and security).

With regard to the relevant players in the field, large companies and specialized SMEs have

been quite successful within the existing production system through permanent innovation

processes. The extent to which different companies are prepared to engage more closely

with other companies is still unclear. Again, there are risks and a corresponding degree of

caution in most companies. Estimates about the further development and the expected ef-

fects often come from actors with special interests in affected sectors. For instance, "industry

4.0" discourse is characterized by a company and technology perspective with an supply-

side oriented view as well as a "technology push" perspective (for example, by "Plattform

Industrie 4.0"). Demand-oriented aspects of users and customers remain largely in the back-

ground. Even if the fulfillment of individual customer requirements is considered as a tech-

nical solution in the concepts of flexible production processes (keyword "lot size 1"), the

deeper involvement of customers in emerging digital networked value chains is little repre-

sented in the "industry 4.0" discourse predominating in Germany . At the same time, the

objective of lot size 1 offers the possibility of avoiding waste and the reduction of transport

costs up to the approach to a circular economy – all these aspects have to be analyzed fur-

ther.

Executive Summary

Evolution2Green Industrie 4.0 III

Im Zuge der umfassenden Digitalisierung von immer mehr Produktionsbereichen sind künftig

disruptive Veränderungen zu erwarten. Diese Trends werden unter dem noch diffusen

Sammelbegriff »Industrie 4.0« gefasst, was die zunehmende Vernetzung in der Produktion

als wichtigen Aspekt beinhaltet. In dieser Studie wird auf Basis einschlägiger Dokumente

und Literatur versucht abzuschätzen, ob der als Entwicklungspfad eingeordnete Wandel zu

einer »Industrie 4.0« auch Potenziale und Chancen in Bezug auf verstärkten Ressourcen-

und Umweltschutz sowie als Brücke zu einer Green Economy verstanden und gestaltet bzw.

beeinflusst werden kann. Dabei ist zu berücksichtigen, dass viele Entwicklungen noch nicht

absehbar sind. Dennoch wird der Wandel in Richtung »Industrie 4.0« als sehr wahrschein-

lich angesehen. Ein Pfadwechsel in Richtung einer Green Economy ist unter bestimmten

Bedingungen und Voraussetzungen zwar denkbar, genauso sind aber auch je nach Gestal-

tung der Technologien und je nach ihrer Anwendung erhebliche zusätzliche Umweltbelas-

tungen möglich.

Wesentliche Pfadabhängigkeiten ergeben sich vor allem durch die bislang investierten Anla-

gen sowie deren Lebensdauer und Leistungsfähigkeit, und die insgesamt hohen Kosten

eines Umbaus des Industriesystems inklusive neuer Infrastrukturen und Produktionseinhei-

ten. Zugleich sind durch Digitalisierung diverse Kostensenkungen zu erwarten. Hier befindet

sich die Branche weltweit auf einem Such- und Experimentierprozess. Eine zentrale Heraus-

forderung stellen wie zuvor schon bei anderen kleineren Beispielen (z.B. für bestimmte Pro-

duktgruppen) die Standardisierungsanforderungen dar, die derzeit für große Unsicherheit bei

den Produzenten und ihren Investitionsentscheidungen führen. Im technologischen Bereich

bestehen geringfügige Pfadabhängigkeiten, doch bei den Anwendungsmöglichkeiten existie-

ren diese beispielsweise in Form von Sicherheitstechniken im Mensch-Maschine-Verhältnis

(Safety und Security).

In Bezug auf die relevanten Akteure sind Großunternehmen und spezialisierte KMU recht

erfolgreich mit dem bisherigen Produktionssystem gefahren, und es gab hierbei permanente

Innovationsprozesse. Inwiefern sich unterschiedliche Unternehmen noch mehr als bisher auf

eine engere Kollaboration mit anderen Unternehmen einzulassen bereit sind, bleibt offen.

Auch hier bestehen Risiken und ein entsprechendes Ausmaß an Vorsicht bei den meisten

Unternehmen. Einschätzungen über die weitere Entwicklung und über die zu erwartenden

Effekte stammen häufig von Akteuren mit besonderen Interessen aus den betroffenen Bran-

chen. So ist für den »Industrie 4.0«-Diskurs ein angebotsorientierter Blick aus einer Unter-

nehmens- und Technikperspektive sowie ein »technology push« kennzeichnend (z.B. durch

die »Plattform Industrie 4.0«). Nachfrageorientierte Aspekte von Nutzern und Kunden blei-

ben weitgehend im Hintergrund. Auch wenn die Erfüllung individueller Kundenwünsche als

technische Lösung in den Konzepten flexibilisierter Produktionsprozesse mitgedacht wird

(Stichwort „Losgröße 1“), ist die tiefere Einbindung der Kunden in neu entstehende digital-

vernetzte Wertschöpfungsketten bei dem in Deutschland vorherrschenden „Industrie 4.0“-

Diskurs wenig repräsentiert. Gleichwohl bietet bspw. das Ziel der Losgröße 1 die Möglichkeit

der Vermeidung von Abfall und der Reduktion von Transportaufwand bis hin zur Annäherung

an eine Kreislaufwirtschaft.

Zusammenfassung

Evolution2Green Industrie 4.0 IV

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis IV

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis V

Abkürzungsverzeichnis VI

1 Ziel und Methodik 7

2 Problem- bzw. Transformationsfeld 8

2.1 “Industrie 4.0” und “digital-vernetzte Produktion” 8

2.1.1 Dezentralisierung im digitalen Zeitalter 10

2.2 Akteure 11

2.2.1 Wirtschaft 12

2.2.2 Politik 13

2.2.3 Konsumenten und kollaborative Gemeinschaften 14

2.2.4 Wissenschaft 14

2.3 Historische Entwicklung 14

2.3.1 Stufen der industriellen Entwicklung 14

2.3.2 Ableitungen aus der Entwicklung des Web 2.0 auf die Potenziale von

Industrie 4.0 16

2.4 Umweltwirkungen 17

3 Pfadabhängigkeiten 20

3.1 Charakterisierung der Stärken des etablierten Pfades 20

3.2 Transformationshemmnisse und Pfadabhängigkeiten 20

3.2.1 Technologische Pfadabhängigkeiten 20

3.2.2 Ökonomische Pfadabhängigkeiten 22

3.2.3 Rechtliche Pfadabhängigkeiten 22

3.2.4 Organisationale Pfadabhängigkeiten 23

3.2.5 Nutzerbezogene Pfadabhängigkeiten 23

3.3 Angriffspunkte und Schwächen des etablierten Pfades 25

4 Transformationsansätze 26

4.1 Steigerung der Ressourceneffizienz 26

4.2 Dezentrale Produktion 27

4.3 Automatische Demontagefabriken (Smart Disassembly Factory) 29

4.4 Bewertung der Ansätze 30

5 Fazit und Möglichkeiten für einen Pfadwechsel 32

Evolution2Green Industrie 4.0 V

5.1 Pfadabhängigkeiten 32

5.2 Auswirkungen der Pfadabhängigkeiten auf die Transformationsansätze 34

5.3 Erste Handlungsempfehlungen 35

Experteninterviews 38

Literaturverzeichnis 39

Anhang A 43

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 1: Entwicklungsbereiche einer Industrie 4.0 10

Abbildung 2: Wahrscheinliche Merkmale der Fabrik der Zukunft 11

Abbildung 3: Im Fokus: das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 16

Tabelle 1: Gegenüberstellung Web 2.0 und Industrie 4.0 17

Tabelle 2: Übersicht Studien Energieeinsparpotenzial IuK-Technologien 18

Tabelle 3: Vor- und Nachteile des 3D-Drucks 19

Tabelle 4: Auswirkungen ausgewählter Pfadabhängigkeiten auf die beschriebenen

Transformationsansätze 35

Evolution2Green Industrie 4.0 VI

Abkürzungsverzeichnis

BDI

BITKOM

BMBF

BMWi

BWL

B2B

B2C

CPPS

CPS

DFKI

DIWO

DIY

FTTH

F&E

GESI

IIC

IIoT

IKT

IuK

ISI

OSS

PJ

VDMA

ZVEI

Bundesverband der Deutschen Industrie

Bitkom e. V. (Verband der deutschen Digitalindustrie)

Bundesministerium für Bildung und Forschung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Betriebswirtschaftslehre

Business to Business

Business to Consumer

Cyber Physical Production Systems

Cyber Physical Systems

Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz

Do it with others

Do it yourself

Fibre to the Home

Forschung und Entwicklung

Global E-Sustainability Initiative

Industrial Internet Consortium

Industrial Internet of Things

Informations- und Kommunikationstechnologie

Information und Kommunikation

Institut für System und Innovationsforschung

Open Source Software

Petajoule

Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.

Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.

Evolution2Green Industrie 4.0 7

1 Ziel und Methodik

Das Projekt Evolution2Green wird von adelphi gemeinsam mit dem Institut für Zukunftsstu-

dien und Technologiebewertung und dem Borderstep Institut durchgeführt. Gefördert vom

Bundesministerium für Bildung und Forschung thematisiert das Vorhaben Transformations-

pfade hin zu einer Green Economy und die Gestaltung von Pfadwechseln.

Im zweiten Arbeitspaket des Projektes erfolgt die Analyse von 15, durch signifikante Um-

weltauswirkungen und erhebliche Transformationshemmnisse geprägten, Transformations-

feldern in den Bereichen Mobilität, Energie, Ernährung/Landwirtschaft und Ressourcen.1

Diese Transformationsfelder werden anhand des im ersten Arbeitspaket entwickelten Mo-

dells der evolutorischen Ökonomik (Clausen; Fichter 2016) auf Pfadabhängigkeiten unter-

sucht, die einer Transformation zur Green Economy entgegenwirken. Weiter wird ein Über-

blick über die bekannten Transformationsansätze geschaffen und diese den drei Leistrate-

gien Effizienz, Konsistenz und Suffizienz zugeordnet (Behrendt et al. 2016).

Basis der Problemanalyse sind neben den Vorarbeiten der drei Institute in den jeweiligen

Feldern umfangreiche Analysen der Literatur und der verfügbaren Internetquellen. Interviews

mit 4 bis 6 ausgewählten Experten, die zum Ziel haben, die Pfadabhängigkeit und deren

Faktoren in den einzelnen Themenfeldern (Binnenlogik und -kultur) besser zu verstehen,

erweitern die Datengrundlage. Außerdem wird eruiert, ob und welche Transformations-

ansätze für einen wünschenswerten Pfadwechsel in Richtung einer Green Economy in Fra-

ge kommen.

Primäres Ergebnis je Problem- bzw. Transformationsfeld ist eine Beschreibung der Akteure,

Kräfte und Sektordynamiken mit ihren jeweiligen Pfadabhängigkeiten. Teil der Studie sind

auch die Analyse der bisher konzipierten und erprobten Transformationsansätze sowie erste

Hinweise auf politische Gestaltungsmöglichkeiten.

Das vorliegende Papier beschreibt das Transformationsfeld “Industrie 4.0 – digital-vernetzte

dezentrale Produktion“.

1 In die Auswahl der Problemfelder sind sowohl die aus den Indikatoren der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie (Bundesregierung 2012) ersichtlichen Problemdrücke, als auch Bemühungen zur Herstellung eines Gleichgewichts zwischen verschiedenen Handlungsbereichen, sowie Bezügen zu den Zukunftsherausforderungen Globalisierung und Digitalisierung eingeflossen.


2 Problem- bzw. Transformationsfeld

Im Zuge der anhaltenden Digitalisierung in der Industrieproduktion eröffnet die zunehmende

Vernetzung „intelligenter“ Maschinen und die daraus resultierenden Möglichkeiten zur Schaf-

fung neuer Produktions- und Wertschöpfungsketten ein besonderes Problemfeld. Aufgrund

der Tatsache, dass industrielle Produktion einen wesentlichen Faktor für den Verbrauch von

Rohstoffen und Ressourcen darstellt, muss aufgrund der sich abzeichnenden Entwicklungen

genauer betrachtet werden, ob und welche Veränderungen sich vor allem bezüglich des

Umweltverbrauchs ergeben könnten. Dies untersucht die vorliegende Fallstudie. For-

schungsgegenstand sind Pfadabhängigkeiten und Potenziale für Pfadwechsel, die sich im

Zuge neuer „intelligent“ vernetzter Wertschöpfungsketten ergeben. Anschließend werden

Ansätze für eine Transformation in Richtung einer Green Economy aufgezeigt und bewertet.

2.1 “Industrie 4.0” und “digital-vernetzte Produktion”

Unter dem Stichwort »Industrie 4.0« wird diese neue Entwicklungsphase der Industriepro-

duktion in weiten Kreisen auch der deutschen Wirtschaft, Wissenschaft, Forschung und Poli-

tik vornehmlich als die vierte industrielle Revolution diskutiert. Grundlage hierfür ist der tech-

nologische Fortschritt im Maschinenbau, in der Automatisierung, in der Mess- und Regel-

technik als auch in den IuK-Technologien. Neueste Entwicklungen in der Robotik, 3D-

Drucktechnik, Sensorik, selbstlernende Algorithmen, Big Data und Cloud Computing sollen

durch die Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen die relevanten Infor-

mationen umfassend in Echtzeit verfüg- und steuerbar machen. So können durch die Ver-

bindungen von Menschen, Objekten und Systemen dynamische, echtzeitoptimierte und sich

selbst organisierende unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke entstehen

(vgl. Plattform Industrie 4.0 et al. 2015). Diese lassen sich dann – so die Vermutung – nach

unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch opti-

mieren.

In Bezug auf die den im angloamerikanischen Bereich häufiger verwendeten Begriff der „Cy-

ber Physical Systems“ (CPS) wird eine vergleichbare Umschreibung vorgeschlagen. Techni-

scher Kern und zugleich wesentliche Innovationstreiber von CPS sind: „Software-intensive,

auf moderner Informationstechnik basierende, eingebettete, mechatronische Systeme. Der

Begriff CPS beschreibt keine einzelne Primärtechnologie, sondern das informationsbasierte

Zusammenspiel mehrerer Techniken und Methoden in einem systemischen Verbund.“

(Zweck et al. 2015, S. 173) Dies läuft auf die Digitalisierung der gesamten Wertschöpfung

bzw. die Kopplung von digitalen mit physischen Prozessen hinaus. Damit wird das Ziel ver-

folgt, „eine sich autonom organisierende Automatisierung der Prozesssteuerung ganzer und

gegebenenfalls global verteilter Wertschöpfungsnetzwerke zu ermöglichen. Dazu müssen

CPS sämtliche technischen Elemente des Produktionssystems sowie die in ihm bewegten

oder in irgendeiner Art manipulierten Objekte als sogenannte Smart Objects befähigen, sich

weitgehend eigenständig zu organisieren, optimieren, konfigurieren und sich veränderten

Bedingungen flexibel anzupassen.“ (Zweck et al. 2015, S. 173)

»Industrie 4.0« oder auch »CPS« beschreiben eine neue Stufe der Organisation und Steue-

rung in der Industrieproduktion über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg. Diese soll

sich auch an zunehmend individualisierten Kundenwünschen orientieren und über den ge-

samten Lebenszyklus des Produkts erstrecken. Im Idealfall geht es hier also um einen holis-

tischen Steuerungsansatz, der von der Idee über den Auftrag sowie die Entwicklung, Ferti-

gung und Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling reicht –

einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen.

Allerdings sind die Einschätzungen über die weitere Entwicklung in diesem Bereich und über

die verschiedenen zu erwartenden Effekte oftmals vage und unsicher, sie stammen häufig


von Akteuren mit besonderen Interessen aus den betroffenen Branchen. So ist für den »In-

dustrie 4.0«-Diskurs ein angebotsorientierter Blick aus einer Unternehmens- und Technik-

perspektive kennzeichnend. Dies lässt sich mit der Dominanz der industriepolitischen Per-

spektive, die von den unter dem Dach der »Plattform Industrie 4.0« versammelten Akteure

aus Wirtschaft und Politik ausgeht, erklären. Nachfrageorientierte Aspekte aus der Nutzer-

und Kundenperspektive bleiben hier weitgehend im Hintergrund. Auch wenn die Erfüllung

individueller Kundenwünsche als technische Lösung in den Konzepten flexibilisierter Produk-

tionsprozesse mitgedacht wird (Stichwort „Losgröße 1“), ist die tiefere Einbindung der Kun-

den in neu entstehende digital-vernetzte Wertschöpfungsketten bei dem in Deutschland

vorherrschenden „Industrie 4.0“-Diskurs wenig repräsentiert.

Die Erfahrungen aus zehn Jahren Web 2.0 und der damit einhergehenden disruptiven Ver-

änderungen in weiten Teilen der Kultur-, Medien- und Unterhaltungsindustrie lassen aber

auch auf Annahmen schließen, die im Umfeld digital-vernetzter Produktionsprozesse nicht

nur von einer Optimierung und Flexibilisierung zentral geplanter Produktionsabläufe ausge-

hen, sondern auch Dezentralisierungstrends und ihre Ambivalenz (vgl. Kap. 1.1.1) in den

Blick zu bekommen versuchen. So wird digital-vernetzte Produktion in den USA unter dem

Begriff »Industrial Internet« aus der Sicht datengetriebener Dienstleistungen betrachtet. Die-

ser Blick richtet sich auf die Schaffung innovativer Services, die einen Mehrwert für den

Kunden generieren. Themen wie »Internet of Things« oder disruptive Geschäftsmodelle

stehen hier im Vordergrund (vgl. Gausemeier; Klocke 2016 S.14). Die großen Unternehmen

der Internet-Industrie wie Apple, Microsoft, Facebook, Amazon und nicht zuletzt Google ver-

danken ihren Erfolg der Fähigkeit, innovative Services zu etablieren, und dank der Generie-

rung von Netzwerkeffekten sowie der Kontrolle von technischen Standards in der Internet-

kommunikation marktbeherrschende Stellungen einzunehmen. Auch im Feld der unter dem

Begriff »Industrial Internet« zusammengefassten Bestrebungen, die Vernetzung der industri-

ellen Produktion voranzutreiben, sind einige dieser Unternehmen bestrebt eine führende

Rolle einzunehmen2. Sie verfügen über enorme Ressourcen für F&E und sie können aus

einem Umfeld hochkreativer Entwickler und Gründer sowie risikofreudiger Kapitalgeber rund

um das Silicon Valley schöpfen. In diesem Rahmen ist auch das Entstehen neuer privatwirt-

schaftlich organisierter Plattform- und Serviceanbieter denkbar, die auf Basis disruptiver

Geschäftsmodelle und ausgestattet mit milliardenschwerem Risikokapital die etablierten

Wertschöpfungsmodelle in der industriellen Produktion ablösen könnten.3 Um also eine

umfassendere Sichtweise, welche die Transformationspotenziale und die Chancen für eine

Green Economy im hier behandelten Problemfeld hinreichend fundiert beschreiben kann, zu

erlangen, soll der Diskurs zu »Industrie 4.0«, der „häufig zu technisch und national zentriert“4

geführt wird, um Aspekte datengetriebener Services und dezentraler Produktion ergänzt

werden. Das nun als »Industrie 4.0 – digital vernetzte (dezentrale) Produktion« bezeichnete

Transformationsfeld zeichnet sich durch folgende Schlüsselelemente aus:

auf Informations- und Kommunikationstechnik beruhende Geschäfts- und Wertschöp-

fungsprozesse

flexible Produktionsabläufe und individuelle Produktlösungen auf Grundlage intelligen-

ter, teils selbstlernender Systeme

2 Hier sei auf Google mit seinen Entwicklungen im Bereich selbstfahrender Autos hingewiesen und seinen Zukäufen im Feld der Automatisierungstechnik und Robotik. Oder man betrachte die hohen Sicherheitsstandards bei Apples neuesten iOS, welche durchaus Potenziale zur Anwendung im sicherheitsrelevanten Umfeld hat.

3 Man stelle sich z. B. »Uber« im Jahr 2040 als führenden Dienstleister auf dem Gebiet großstädtischer Mobilität vor. Mit Hilfe automatisierter und vernetzter Fahrzeuge und milliardenschwerer Investitionen könnte »Uber« einen einzigartigen Service schaffen, der auf Basis von Netzwerkeffekten und durch die Schaffung von proprietärer Standards (Sicherheit, Bezahlung etc.) marktbeherrschend wäre.

4 Pfeiffer 2015 S.2


kommunikative Einbindung von Kunden/Nutzern in die Wertschöpfung auf Basis soft-

warebasierter Services, welche Mass-Personalization und CoCreation bis hin zur bot-

tom-up gesteuerten kollaborativen Produktion in commons-basierten Communities er-

möglichen.

2.1.1 Dezentralisierung im digitalen Zeitalter

„Das digitale Zeitalter ist durch ein eigentümliches Spannungsverhältnis von Dezentralität

und Zentralität ausgezeichnet. Technologien, die potenziell eine Dezentralität befördern

können, ermöglichen sogleich Zentralisierungstendenzen – dies lässt sich an der Heraus-

bildung von großen marktbeherrschenden Unternehmen im IT- und Social-Media-Bereich

ablesen. Dies bedeutet (…), dass es um Erschließung von Möglichkeitsräumen geht: zwi-

schen der Weiterverfolgung des bestehenden eher zentralisierten Pfades oder einem alter-

nativen Pfad, der die technologisch prinzipiell möglichen Dezentralisierungspotentiale sozial

und ökonomisch ausreizt“ (Petschow et al. S.13). Dezentralisierung lässt sich dabei als

Trend beschreiben, der sich sowohl hinsichtlich räumlicher Strukturen, als auch bezogen auf

die Öffnung für Individuen und Communities vollzieht. Individuen können sich aufgrund neu-

er technischer Möglichkeiten zunehmend über netzbasierte Plattformen und ihre Services

koordinieren und dort Werte generieren. Die Vernetzung zwischen Akteuren und Technolo-

gie bildet dabei eine Schlüsselfunktion. Netzwerke werden auch im Kontext von Konsum

wichtiger – dies bezieht sich nicht nur auf die Beziehungen zwischen Nutzern und Unter-

nehmen, sondern auch auf die Herausbildung gemeinschaftlicher Strukturen, die neuartige

Muster kollaborativen Konsums etablieren. Zugleich eröffnen sich für Organisationen neue

Möglichkeiten, auf Ideen und Arbeitskraft zuzugreifen und beispielsweise die Praxis des

Crowdsourcing in ihre Wertschöpfung einzubeziehen. Unternehmen werden, wenn sie er-

folgreich bleiben wollen, ihre Strukturen und Prozesse weiter flexibilisieren und öffnen müs-

sen und neue Verbindungen zu ihren Umwelten etablieren um sich in die Lage zu versetzen,

eine Vielfalt an Ressourcen und Perspektiven außerhalb ihrer eigenen Grenzen integrieren

zu können. Hieraus lassen sich verschiedene Entwicklungsbereiche ableiten.

Abbildung 1: Entwicklungsbereiche einer Industrie 4.0

Quelle: Eigene Darstellung.

Die Pfade differenzieren sich in ihren jeweiligen Ausprägungen von einer angebotsgetriebe-

nen (top-down) bis hin zu einer nachfragegetriebenen (bottom-up) Steuerung aus, wobei die

Übergänge fließend sind. Ihre Ausprägungen variieren generell von geschlossenen zu offe-

Vernetzte Produktion

intelligente Vernetzung aller an der Produktion beteiligten Instanzen – auch

unternehmensübergreifend

Digital Services

systemische Einbindung der Kundenbedürfnisse in die

Produktionsabläufe

Kollaborative Produktion

Nutzer treten im Rahmen von commons-basierten Netzwerken selbst

als Produzenten in Erscheinung


neren Systemen und von zentralisierten zu dezentralisierten Einheiten. Im Sinne einer

Transformation zu einer Green Economy ist es von Bedeutung, inwieweit sich Annahmen

bestätigen lassen, dass sie sich auch von einer Kostenorientierung hin zu breiteren Ansät-

zen der Bedarfsdeckung, aber auch zu einer stärkeren Orientierung auf die Ressourceneffi-

zienz und Nachhaltigkeit ausdifferenzieren lassen. Die unten stehende Abbildung beschreibt

die Entwicklungsdynamiken der Dezentralisierung in acht Kategorien, die verschiedene ma-

terielle und immaterielle Aspekte zukünftiger Produktionssysteme abbilden (vgl.: Petschow

et al. 2014 S.17).

Abbildung 2: Wahrscheinliche Merkmale der Fabrik der Zukunft

Quelle: Foresight 2013, S.22.

2.2 Akteure

Die sich im Transformationsfeld „digital-vernetzte dezentrale Produktion“ voraussichtlich

herausbildenden Akteurskonstellationen werden durch ökonomische, technische, politische

und zivilgesellschaftliche Strukturen beeinflusst und geformt. Zu ihnen zählen die Unterneh-

men und ihre Verbandsorganisationen aus den Geschäftsfeldern B2B, B2C und der Digital-


wirtschaft mit ihren Plattformen und Diensten sowie die Mitglieder der Zivilgesellschaft in

ihren verschiedenen Rollen als Marktteilnehmer (Konsumenten, Prosumenten), Aktivisten

(Datenschutz, Verbraucherschutz, Umweltschutz) und als kollaborative Gemeinschaften.

Schließlich sind die Akteure im Bereich des Staates und der Politik zu nennen, die an der

Gestaltung eines gesellschaftspolitischen Ordnungsrahmens mitwirken und hier als Treiber

zu fungieren vermögen, und nicht zuletzt Akteure aus dem Bereich von Wissenschaft und

Forschung, deren Expertise bei den verschiedenen anderen Akteuren relevant ist und sein

wird.

2.2.1 Wirtschaft

B2B

Am Industriestandort Deutschland mit seinem stark entwickelten Maschinen- und Anlagen-

bau, seiner IT-Kompetenz, dem Know-how bei »Eingebetteten Systemen« (Embedded Sys-

tems) und in der Automatisierungstechnik bieten sich erhebliche ökonomische Entwick-

lungschancen in der Vertiefung der digitalen Vernetzung. Die fortschreitende Digitalisierung

ermöglicht aber auch disruptive Veränderungen in den Wertschöpfungsketten. Hier könnten

neue Player vor allem aus der digitalen Wirtschaft Schlüsselpositionen besetzen und Stan-

dards festlegen, die zu einer Verschiebung der Marktmacht führen. Nicht zuletzt deshalb hat

sich in jüngster Zeit unter dem Label »Plattform Industrie 4.0« ein Bündnis zwischen deut-

schen Maschinenbauern (VDMA), Elektroindustrie (ZVEI), Softwareindustrie (BITKOM) und

Politik (BMWi und BMBF) formiert, um sich innerhalb der turbulenten und nur schwer abseh-

baren Marktdynamik zu positionieren.

B2C

Während sich die »Plattform Industrie 4.0« den Herausforderungen der Digitalisierung eher

aus einer Angebotsperspektive nähert, spielen für das B2C-Geschäft Ansätze aus der Nach-

frage- bzw. Nutzerperspektive eine besondere Rolle. Endkunden treten zunehmend als (mo-

bile) Internetnutzer in Interaktion mit den Anbietern von Gütern. Außerdem können sie im

Rahmen einer sich ausweitenden räumlichen Verteilung von Produktionsstätten (Dezentrali-

sierung) in einen immer engeren Kontakt mit den physischen Produktionsmitteln treten – bis

hin zu der Vision, dass mittelfristig 3D-Drucker in den Haushalten die Vorort-Produktion von

individuellen, personalisierten Konsumgütern oder einzelnen Produkt-elementen erlauben.

Dies lässt neue Formen der Kollaboration im Rahmen radikal veränderter Wertschöpfungs-

ketten erahnen, in der sich die Beziehungen der produzierenden Unternehmen zu ihren

Kunden grundlegend ändern könnten.

Plattformen und Services

Eine wichtige Rolle in der Interaktion zwischen Produktion und Nutzung im Rahmen von

»Industrie 4.0« werden Internet-Plattformen und Services spielen, welche in der Lage sind

vernetzten und dezentralisierten Wertschöpfungsketten eine zentralisierende,

ko¬ordinierende und damit ordnende Komponente hinzuzufügen. Vor allem die Silicon-

Valley-Unternehmen könnten, neben asiatischen Firmen, eine Schlüsselfunktion in der digi-

talen Wirtschaft übernehmen. Der wirtschaftliche Aufstieg der meist aus den USA stam-

menden Internetwirtschaft mit ihren weltweit verbreiteten Plattformen (Facebook, Amazon),

Services (Google) sowie Soft- und Hardware (Microsoft, Apple) und seine Auswirkung auf

die Geschäftsfelder der Kultur- und Medienindustrie (Nachrichten, Film, Musik, Literatur)

geben eine Vorstellung davon, welche disruptiven Veränderungen in den Wertschöpfungs-

ketten bei der Produktion physischer Güter künftig möglich sind.

Netzbetreiber

Als ehemaliger staatlicher Monopolist im deutschen Telefonnetz hat die deutsche Telekom

mit einem Anteil von 41% immer noch eine Schlüsselstellung bei der Bereitstellung von

Netzkapazitäten inne (insbesondere beim Betrieb der „letzten Meile“ – offiziell als Teilneh-


meranschlussleitung »TAL« bezeichnet). Welche Entwicklungsmöglichkeiten damit verbun-

den sind, und dass dies eine durchaus problematische Konstellation ist, wird in Kap. 3.2.1

weiter erläutert.

2.2.2 Politik

Ministerien

BMWi und BMBF fördern Forschung und Entwicklung im Bereich »Industrie 4.0« mit dreistel-

ligen Millionenbeträgen im Rahmen diverser Programme. »Industrie 4.0« wurde erst 2011

als Zukunftsprojekt im Rahmen der Hightech-Strategie konzipiert. Die Acatech – Deutsche

Akademie der Technikwissenschaften – hat 2013 eine Forschungsagenda und Umset-

zungsempfehlungen vorgestellt, die auf Betreiben des Bundesforschungsministeriums

(BMBF) ausgearbeitet wurde. Sie baute auf der „Nationalen Roadmap Embedded Systems"

auf. Die Bundesregierung hat Vorschläge aus diesem Expertenkreis schon vorab aufgegrif-

fen und setzt seither die Forschungsagenda »Industrie 4.0« um. Das BMBF hat für diese

Forschungsarbeiten bislang Fördermittel in Höhe von über 120 Millionen Euro bewilligt. Die

Forschungsarbeiten werden in Themenfeldern verfolgt, zu denen bisher sieben Förderbe-

kanntmachungen veröffentlicht wurden (Stand Sommer 2016). Das Bundes-

wirtschaftsministerium engagiert sich zudem ebenfalls in der Forschungsförderung mit För-

dermitteln bis zu 80 Millionen Euro. Parallel dazu hat sich das Bundeswirtschafts-ministerium

im Rahmen der »Plattform Industrie 4.0« insbesondere auf den Schwerpunkt Standardisie-

rung und Regulierung konzentriert. Zwei der Förderschwerpunkte sind:

Standardisierung der Prozesse

Eine Vernetzung der Produktion setzt voraus, dass sich alle Maschinen und Bauteile, die

miteinander kommunizieren, auch „verstehen“. Derzeit mangelt es noch an einer normierten

Maschinensprache. Die Entwicklung eigener Schnittstellenstandards soll gefördert werden

und deren Regulierung (auch auf internationaler Ebene) muss politisch umgesetzt werden.

Cyber Security

Hierbei geht es um die Sicherheit sensibler Daten und den Schutz vor Hacker-Attacken.

Auch der Umgang mit gewaltigen Datenmengen (Big Data) gehört zu den neuen Herausfor-

derungen. Und nicht zuletzt braucht man die nötigen rechtlichen Voraussetzungen für etwai-

ge Regulierungen. Von diesen Zielen hat die »Plattform Industrie 4.0« bisher kaum etwas

erreicht. Die Verbände beließen es bei Empfehlungen. Doch das ist offensichtlich unzu-

reichend. „Deutschland muss die neuen Entwicklungen nicht nur für sich nutzen, wir müssen

den Anspruch haben, die digitale Revolution auch zu gestalten.“ betonte beispielsweise For-

schungsministerin Wanka.

Gesetzgeber

Die Gesetzgebung ist zu Fragen des Urheberrechts, Patentschutz, Datenschutz, Gewähr-

leistung sowie Produkthaftung, die sich aus neuen Wertschöpfungsmodellen ergeben, in

besonderem Maße gefordert. Hier sind Neuregelungen nicht nur im nationalen Rahmen er-

forderlich, sondern auch internationale Regeln müssen gefunden werden.

Bundesnetzagentur

Die Regulierung des Wettbewerbs der Netzanbieter ist Aufgabe der Bundesnetzagentur. Sie

soll sicherstellen, dass ein flächendeckender Ausbau des deutschen Breitbandnetzes in

einem marktwirtschaftlichen Wettbewerb vorangetrieben wird. Kritiker sehen aber in vielen

Entscheidungen eine Bevorzugung der Telekom in der Sicherung ihrer marktbeherrschen-

den Stellung.

Internationale Initiativen:

1. Industrial Internet Consortium (IIC) (USA)


Das Industrial Internet Consortium (IIC), gegründet von AT & T, Cisco, General Electric, IBM

und Intel im März 2014, ist eine offene Mitgliederorganisation, mit zur Zeit 237 Mitgliedern

(Stand: 2. Februar 2016). Ihr Ziel ist die Förderung der Entwicklung, Einführung und Verbrei-

tung von vernetzten Produktionssystemen und intelligenten Analysewerkzeugen für das

»Industrial Internet«.

2. Alliance Industrie du Futur (Frankreich)

Die Alliance Industrie du Futur, gegründet im Juli 2015, soll Industrie, den digitalen Sektor

und wissenschaftliche Einrichtungen zusammenbringen. Die Alliance Industrie du Futur hat

den Auftrag, das nationale »Industry of the Future«-Projekt, das von der französischen Re-

gierung im April 2015 vorgestellt wurde, im Rahmen der Restrukturierungsmaßnahmen des

„New Face of Industry in France“ umzusetzen.

Beide Initiativen verfolgen ähnliche Ziele wie die „Plattform Industrie 4.0“ und kooperieren

mit ihr.

2.2.3 Konsumenten und kollaborative Gemeinschaften

Häufig wird Konsumenten als „passive Empfänger von Angeboten“ keine besondere Rolle in

Innovationsprozessen zugesprochen. Abgesehen von der Selbstverständlichkeit, dass sie

als Kunden mit ihren Kaufentscheidungen über den Erfolg von Innovationen

(mit)entscheiden, nehmen sie aber, betrachtet man ihr Nutzungsverhalten unter soziokultu-

rellen Gesichtspunkten, eine deutlich aktivere Rolle ein (vgl. u. a. Lamla 2013). Im Rahmen

der nun unter »Industrie 4.0« zur Verfügung stehenden Innovationen kann sich ihre Rolle

abermals in Richtung einer noch aktiveren Teilnahme als »Prosumenten« oder »kollaborati-

ve Gemeinschaften« verschieben. So eignen sich Nutzer in sogenannten »Maker Move-

ments« neue Technologien an und erschließen sich alternative Modi dezentraler und perso-

nalisierter Produktion. Es etablieren sich Herstellungsparadigmen des »Do-it-yourself« (DIY)

bzw. »Do-it-with-others« (DIWO). Als übergreifendes Konzept für die skizzierten Phänomene

hat sich die Bezeichnung der »Peer Production« etabliert, welche sich zunächst auf die ge-

meinschaftliche Entwicklung von Open Source Software bezog. Nun zeichnet sich durch den

niedrigschwelligen Zugang zu Designsoftware (Google SketchUp, Blender etc.) sowie Pro-

duktionshardware (u. a. generative Fertigung wie 3D-Drucken) aktuell auch im Kontext der

Entwicklung und Herstellung physischer Produkte die zunehmende Relevanz der beschrie-

benen Konzepte ab (Petschow et al. 2014).

2.2.4 Wissenschaft

In diesem Bereich gibt es eine Vielzahl an Projekten, Forschungscluster, -kooperationen und

Demonstrationsfabriken sowie Initiativen aus den Bundesländern. Siehe hierzu die Einzel-

darstellungen und Informationen in Anhang A.

2.3 Historische Entwicklung

2.3.1 Stufen der industriellen Entwicklung

Aus den Diskursen über die Entwicklungsprozesse der Industrialisierung in ihren vielfältigen,

letztlich auch regionalen Unterschieden, hat sich in den letzten Jahren eine eingängige und

sehr vereinfachende Einteilung ergeben: „Industrie 4.0“. Mit ihr wird versucht, die sehr diver-

sen Phänomene und Trends im Bereich der industriellen Innovationen zu erfassen. Folgt

man dieser Phaseneinteilung für wirtschaftliche und insbesondere industrielle Entwicklung,

lassen sich folgende vier Entwicklungsstufen unterscheiden.


Demnach begann die erste industrielle Revolution zum Ende des 18. Jahrhunderts in Staa-

ten wie England mit der Einführung mechanischer Produktionsanlagen, wie dem mechani-

schen Webstuhl in der Warenfertigung. Mit dem Einzug der arbeitsteiligen Massenproduktion

mittels elektrisch betriebener Maschinen realisierte sich mit der Wende ins 20. Jahrhundert

die zweite industrielle Entwicklungsstufe. Die dritte industrielle Entwicklungsstufe wurde

dann ab den 1970er Jahren erreicht. Sie baut insbesondere auf den Einsatz von Elektronik

und Informationstechnologien zur Automatisierung der Produktionsprozesse. Dabei wurden

große Teile der vormals mit der Hand verrichteten Arbeitsschritte, aber auch einige der kog-

nitiven/intellektuellen Arbeitsschritte von den Maschinen übernommen. Die vierte industrielle

Entwicklungsstufe, kurz Industrie 4.0, soll sich nun im kommenden Jahrzehnt in der Vernet-

zung der Produktionsprozesse auf Basis Cyber-Physical-Systems realisieren. Dabei verbin-

den sich mit dem Begriff Industrie 4.0 in der politischen Diskussion ebenso wichtige wie abs-

trakte Ziele.

So geht es den Promotoren5 des Themas zum einen darum, Deutschlands internationale

Wettbewerbsfähigkeit zu sichern bzw. zu stärken. Zum anderen sollen mit Industrie 4.0 aber

auch, so manche Aussagen und Einschätzungen, die vorrangigen globalen Herausforderun-

gen (z.B. Verbrauch erneuerbarer und nicht-erneuerbarer Ressourcen) wie spezifische nati-

onale Herausforderungen (z.B. das sich mit dem demografischen Wandel ändernde Arbeits-

angebot) angegangen werden. „Gerade angesichts des demografischen Wandels ermögli-

chen es intelligente Assistenzsysteme wie Lasten- und Serviceroboter älteren Menschen,

länger im Berufsleben zu bleiben. Zugleich können Abläufe flexibler gestaltet und an den

Bedürfnissen der Belegschaft ausgerichtet werden – für eine bessere Work-Life-Balance.“ 6

5 allen voran die in VDMA, BITKOM und ZVEI organisierten wirtschaftlichen Akteure gemeinsam mit politischen Akteuren aus dem BMWi und BMBF sowie die mit ihnen verbundenen Forschungseinrichtungen und einer Reihe von Akteuren aus dem Bereich der Unternehmensberatung

6 http://www.plattform-i40.de/I40/Navigation/DE/Industrie40/ChancenIndustrie40/chancen-durch-industrie-40.html


Abbildung 3: Im Fokus: das Zukunftsprojekt Industrie 4.0

Quelle: DFKI 2011.

2.3.2 Ableitungen aus der Entwicklung des Web 2.0 auf die

Potenziale von Industrie 4.0

Aus den bisherigen Erfahrungen und Effekten der Web 2.0-Nutzung im B2C-Bereich, lassen

sich erste Hypothesen über die Auswirkungen der unter dem Begriff »Industrie 4.0« sub-

summierten informations- und kommunikationstechnischen Neuerungen auch im B2B-

Bereich ableiten. In der folgenden Gegenüberstellung werden etwaige analoge Veränderun-

gen skizziert. Es handelt sich nicht um Prognosen sondern um Plausibilitätsschlüsse, die zur

Diskussion anregen können.


Tabelle 1: Gegenüberstellung Web 2.0 und Industrie 4.0

Web 2.0 Industrie 4.0

1. Die gesellschaftliche Kommunikation hat sich in

den letzten Jahren in nie zuvor gekannter Ge-

schwindigkeit vernetzt und verdichtet – und zwar in

weltweiter Dimension. Man kann also getrost von

einer äußerst dynamischen Entwicklung getrieben

durch machtvolle ökonomische und kommunikati-

onstechnische Treiber sprechen. Dies ist ein Pro-

zess, der im B2C-Bereich tiefgreifenden Einfluss

auf die Wertschöpfungs- und Geschäftsmodelle in

den meisten Branchen hatte und weiterhin haben

dürfte.

Da dieselben technologischen Treiber (der vernetzten

digitalen Kommunikation) auch im B2B-Bereich wirk-

sam sind, erscheinen disruptive Innovationen (wie

aus dem Web 2.0 bekannt) im Bereich der industriel-

len Produktion möglich. Zwar laufen Entwicklungen

im B2B-Bereich tendenziell langsamer als im B2C-

Bereich ab. Die unter dem Begriff »Industrie 4.0«

subsummierten technologischen Neuerungen lassen

aber auch hier tiefgreifende Änderungen in den Wert-

schöpfungsketten für die nächsten 10-20 Jahre er-

warten.

2. Mit der computergestützten Vernetzung der

menschlichen Kommunikation sind neue Branchen-

führer (Oligopole oder gar Monopole) in erstaunlich

kurzer Zeit entstanden. Mit Facebook, Google und

Microsoft haben Anbieter von Algorithmen markt-

beherrschende Positionen erobert, während die

Hersteller von Hardware an Bedeutung verloren

haben. Diese Dynamik lässt sich von politisch-

administrativen Instanzen nur mehr ex-post und mit

zeitlichem Verzug und jeweils nur sehr „vorläufig“

regeln oder steuern.

Der Einzug der IKT in den Maschinenbau und die

zunehmende Vernetzung in der industriellen Produk-

tion eröffnen softwarebasierten Unternehmen neue

Marktchancen im Bereich Maschinenbau und Elektro-

industrie. Die traditionell mittelständischen Unterneh-

men in diesem Bereich können hierbei, ähnlich wie

diejenigen im Konsumentenbereich (B2C) ins Hinter-

treffen geraten.

3. Ein besonderer Fall findet sich im Aufstieg von

Apple. Hier ist es einem Hardwarehersteller gelun-

gen, seine Marktmacht auszubauen, indem er es

verstanden hat, aus Hardware und Software Pro-

dukte zu kombinieren, die für spezifische eigene

Plattformanbindungen optimiert sind. So gelingt es

Apple ein Gesamtpaket zu schnüren, das im Zu-

sammenspiel von Hard- und Software ein einzigar-

tiges und breites Angebot zur medialen Vernetzung

unter Einhaltung hoher Sicherheitsanforderungen

bereitstellt. Dem neuesten IOS 9 wird aufgrund

seiner aus einer Hand stammenden Architektur von

IT-Fachleuten ein beachtlich hohes Sicherheitsni-

veau bei gleichzeitig leistungsfähiger Schnittstel-

lenfunktionalität attestiert.

Für die Vernetzungstechnologien im Feld der Indust-

rie 4.0 Systeme ist eine Plattformarchitektur notwen-

dig, welche durch ihre Konzeption einheitliche Stan-

dards und Schnittstellenprotokolle anbietet. Vor die-

sem Hintergrund kann man die „Plattform Industrie

4.0“ unter der Schirmherrschaft des BMWi als Ver-

such ansehen, in einer konzertierten nationalen

Initiative der hiesigen Industrie die Möglichkeit zu

schaffen, auf Basis einer »Open Plattform« selbst die

Standards für die Vernetzung der Produktion zu

setzen, bevor sie Gefahr läuft lediglich zu auswech-

selbaren Zulieferern von globalen Branchenführern

der Internetindustrie zu werden, die über die Kontrolle

eigener Plattformen Monopol-Positionen erringen

können.


2.4 Umweltwirkungen

Potenziale zur Nachhaltigkeit sind in den traditionellen Pfaden der Industrieproduktion

durchaus angelegt. So gehen beispielsweise verschiedene Studien von Potenzialen zur

Energieeinsparung zwischen 15% und 30% durch den Einsatz von IuK-Technologien aus

(siehe Tabelle 2).


Tabelle 2: Übersicht Studien Energieeinsparpotenzial IuK-Technologien

Studie Energieeinsparpotenzial

GESI 2010 15% Einsparungen für alle Sektoren möglich in 2020, Industrie anteil (produzierendes Gewerbe) beträgt dabei 2%-Punkte

ZVEI 2010b 10–25% Energieersparnis durch Einsatz von IKT i.d. Produktion

Fraunhofer ISI 2009a 15% Energieersparnis möglich, 48% aller Produzierenden Be-triebe nutzen bereits IKT

Fraunhofer ISI 2009b 25–30% Energieersparnis im Produktionssektor möglich

Deutliche Energieeinsparungen durch Nutzung von Recycling metallen oder Reduzierung von Abfällen

VDMA und Prognos 2009

Brennstoffenergieintensität um 1/3 gesunken, Stromintensität um 10%

VDMA & Roland Berger 2009r

Durch neue Anlagen und Maschinen können bis 2020 jährlich 1169 PJ Endenergie eingespart werden

bio Intelligence Ser-vice et al. 2008

Energieeinsparpotential in der EU durch Ersatz alter Motoren bis zu 10%

Quelle: Behrendt et al. 2011, S.145.

Studien zur Verbesserung der Materialeffizienz durch IuK-Technologien sind dagegen eher

selten, aber auch hier konnten Potenziale zur Ressourceneinsparung identifiziert werden. Im

„Umwelttechnologieatlas“ kommt das BMBF auf Basis einer Einschätzung der Deutschen

Akademie der Technikwissenschaften (acatech) und anderer Experten zur Auffassung, In-

dustrie 4.0 könne einen wichtigen Beitrag für die Verbesserung der Energieeffizienz leisten:

„Unternehmen können durch die effiziente Nutzung und Steuerung ihrer Produktionsanlagen

ihren Energiebedarf senken. Ein wichtiger Hebel dafür ist, dass Produktionsanlagen nur

dann laufen, wenn sie tatsächlich genutzt werden. In der Praxis laufen sie jedoch häufig

auch an Freischichten auf vollen Touren, um das lange Anfahren zu vermeiden. Intelligente

Steuerungskonzepte stoppen solche Energieverschwendung, sie schalten in produktions-

freien Zeiten in den Stand-by-Modus.“ (2014, S.65)

In Bezug auf generative Fertigungsverfahren mithilfe von 3D-Druckern, die absehbar immer

leistungsfähiger und kostengünstiger werden, wird prognostiziert, dass dies quasi keinen

Abfall generieren, da nur das tatsächlich benötigte Rohmaterial verarbeitet wird – unter der

Voraussetzung, dass sie nicht nachgearbeitet werden müssen. Zudem können in dreidimen-

sionalen Produktionsprozessen besonders komplexe Leichtbaustrukturen realisiert werden.

Allerdings kann der Einsatz von 3D-Druckern zu erhöhtem Energiebedarf führen. Zudem ist

die Recycelbarkeit der verwendeten Materialien noch unklar. Nicht zuletzt kann die relativ

einfache Herstellung zu Mehrproduktion und insbesondere zu gesteigerte Fehlproduktion

und »Crapjects« führen. Die Bestandsaufnahme der aktuellen technologischen Entwick-

lungspotenziale – unabhängig von möglichen umfassenden Vernetzungsszenarios, wie sie

dem »Industrie 4.0« Diskurs zugrunde liegen – zeigt, dass der Einsatz von IuK-Technologien

schon seit geraumer Zeit Effizienzgewinne erzielen kann, und dass sich dieser Trend robust

fortsetzt. Allerdings lehren die Erfahrungen aus der Vergangenheit, dass Effizienzgewinne

häufig weniger zur Verbesserung der Ökobilanz beitragen als erhofft. Oft werden sie in der

gesamtwirtschaftlichen Rechnung durch gesteigerten Konsum nivelliert, oder ihr Mehrwert

wird in die Beschleunigung von Produktions- und Logistikketten investiert. So konnten bei-

spielsweise durch logistikorientierte, dezentrale Organisations- und Steuerungskonzepte wie


»Just-in-time Production« deutlich effizientere Produktions- und Liefermethoden etabliert

werden, diese führten aber zu zusätzlichen Belastungen durch vermehrte LKW-Transporte.

Die Unternehmen hatten ihre „Lagerhäuser auf die Straße verlegt“7, wodurch sie Lager-

kosten sparten und Geschwindigkeitsgewinne erzielten. In der ökologischen Gesamtrech-

nung ergaben sich allerdings erhebliche Immissions- und Lärmbelastungen.

Tabelle 3: Vor- und Nachteile des 3D-Drucks

Quelle: Petschow et al. 2014, S. 27.

Um sich dem Erkenntnisziel dieser Studie anzunähern, gilt es ergänzend zur Untersuchung

der Möglichkeiten zur Vernetzung von Akteuren und technischen Entitäten in der Produktion

auch zu ermitteln, ob und wenn ja welche Ressourceneinsparungen und Nachhaltig-

keitsgewinne möglich sein könnten. Hierzu sind Ansätze zur ganzheitlichen Ressourcen-

effizienz (Hänggi 2016) als auch Potenziale zur erfolgreichen Umsetzung von Konsistenz-

und Suffizienzstrategien zu identifizieren und abzuschätzen. Dies macht es erforderlich, den

Vernetzungsgedanken umfassender zu artikulieren und den gesamten Produktlebenszyklus

einschließlich der Entwicklung, der Nutzung sowie des Up- und Recyclings der Produkte in

den Blick zu nehmen. Hierzu müssen die „Netzwerke des Konsums“ (vgl. u. a. Lamla 2013;

Petschow et al. 2014) und sich daraus ableitende Kollaborations- und Innovationsnetzwerke

mit betrachtet werden.

7 Just-in-Time Production basiert auf kurzen Lieferfrequenzen, welche nicht mehr über den Güterverkehr der Bahn gewährleistet werden können. Auch statt großen LKW-Zügen werden mehr kleinere LKWs benötigt, wodurch das LKW-Aufkommen insgesamt steigt.


3 Pfadabhängigkeiten

3.1 Charakterisierung der Stärken des etablierten Pfades

Die industriell-kapitalistischen Modi von Massenproduktion und Massenkonsum (Fordismus)

spielen nach wie vor eine bedeutende Rolle bei Angebot und Nachfrage im Zusammenspiel

von Markt, Technik und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen. Auch wenn in den westli-

chen Konsumgesellschaften schon seit längerem eine Verschiebung von angebotsgetriebe-

nen Märkten hin zu nachfragegetriebenen Märkten zu konstatieren ist (Postfordismus), und

damit – angesichts eines permanenten Überangebotes – die Kundenbeziehungen mehr und

mehr in den Blickpunkt unternehmerischen Handelns gerückt sind, bestimmen aufgrund von

Preisdruck und Überproduktion weiterhin Skaleneffekte die Konsumgüterproduktion in vielen

Bereichen. Andererseits führen die technologischen Möglichkeiten der individuellen Pro-

duktanpassung in Teilbereichen wie Mode, Design im Allgemeinen, IT etc. zu einer zuneh-

menden Flexibilisierung der Angebote. Die Weiterentwicklung der Kommunikations-, Produk-

tions- und Logistiksysteme ermöglicht den Unternehmen die effiziente Umsetzung von Stra-

tegien zur »Mass Customization« und »Mass Personalization«. Dies lässt sie auch breitere

Märkte erschließen, in denen nicht hohe Stückzahlen und geringe Produktionskosten son-

dern der gezielte Zuschnitt der Angebote auf die individuellen Kundenwünsche die entschei-

denden Erfolgsfaktoren sind. Strategien wie „Mass Customization“ und „Mass Personalizati-

on“, welche die Verwertungslogik von Massenproduktion und -konsum unter Nutzung neuer

Technologien an die Anforderungen adaptiver, flexibler und personalisierter Märkte anpas-

sen, scheinen aber auch hier jene Informatisierungs- und Automatisierungstendenzen fort-

zuschreiben, die sich im Kontext postfordistischer Produktion seit Jahrzehnten etabliert ha-

ben. Aspekte der Nachhaltigkeit spielen hier in der aktuellen politischen und wissenschaftli-

chen Diskussion eher eine marginale Rolle, die bislang vor allem in den Dimensionen der

Effizienzsteigerung (Energie, Material) diskutiert wird. (Petschow et al. 2014)

3.2 Transformationshemmnisse und Pfadabhängigkeiten

Die Entwicklung einer digital-vernetzten Produktion – einschließlich der damit einhergehen-

den Dezentralisierungstrends – ist weitgehend noch eine Vision eines (r)evolutionären Pro-

zesses, der erst in den kommenden Dekaden wirklich realisiert und spürbar werden wird.

Inwieweit mit den unter dem Begriff »Industrie 4.0« subsummierten technologischen Ent-

wicklungen tatsächlich disruptive Veränderungen einhergehen, oder inwieweit bereits beste-

hende Pfade weitergeführt bzw. variiert werden, lässt sich zum jetzigen Zeitpunkt nur äu-

ßerst vage vermuten. Der andauernde Prozess ist schließlich mit großen Unsicherheiten

verbunden, d.h. die Unternehmen und politisch-administrative Akteure treffen ihre Entschei-

dungen unter extrem unklaren, riskanten Bedingungen.

3.2.1 Technologische Pfadabhängigkeiten

Die Entwicklung von digital-vernetzten dezentralen Produktionsumgebungen mit all ihren

verschiedenen Komponenten und ihren komplexen Wirkzusammenhängen bedeutet in vie-

len Bereichen technologisches Neuland zu betreten. Die beteiligten Wirtschaftsakteure be-

finden sich dabei in einem kontinuierlichen Such- und Innovationsprozess. Demgegenüber

verfügen gerade die deutschen Anlagen- und Maschinenbauer bereits jetzt schon über aus-

gereifte und leistungsfähige Angebote zur Errichtung von Produktionsketten, die weltweit

führend sind. Inwieweit ihre Partner und Kunden bereit sind, in neue vernetzte Produktion-


sumgebungen zu investieren, ist fraglich. Es besteht noch eine große Unsicherheit, wann

Investitionen in »Industrie 4.0« tatsächlich lohnend sind (s. Kap. 3.2.2).

Hohe Neuinvestitionen dürften gerade bei Anbietern und Nutzern, die bereits über hochent-

wickelte Produktionsketten verfügen, durch starke Vermeidungsinteressen gehemmt wer-

den. Es zeichnen sich zwar in einigen Bereichen erfolgversprechende Lösungen in der Ver-

netzung intelligenter Maschinen ab. Sie sind aber auf spezifische Felder beschränkt und

eher als Insellösungen zu betrachten. Grundsätzlich scheint die Entwicklungsrichtung »In-

dustrie 4.0«, wie sie auch durch die »Plattform Industrie 4.0« vertreten wird, eher auf eine

Variation des bekannten Pfades intelligenter Industrieproduktion hinzudeuten, erweitert

durch verbesserte Automation, Robotik und vernetzter Interaktion. Ein Pfadwechsel in Rich-

tung einer durchgängigen und umfassenden Vernetzung über den gesamten Produktzyklus

bis hin zum Kunden (einschließlich-Up und Recycling und Entsorgung) ist noch in weiter

Ferne.

Vor allen Dingen fehlen noch anerkannte technische Standards zur übergreifenden interope-

rablen Nutzung von Produktions- und Serviceeinheiten in der gesamten Wertschöpfungsket-

te. Erst weltweit etablierte interoperable Standards machen eine erfolgreiche Implementie-

rung von »Industrie 4.0« möglich. Damit Investitionen in intelligente und vernetzte Produkti-

onsketten zukunftssicher sind, bedarf es zudem Standards, welche die Upgrade-Fähigkeit

von Komponenten und Software sicherstellen. Eine wichtige Frage, die noch weitgehend

ungeklärt ist, stellt sich im Rahmen der Eigentumsverhältnisse solcher Standards. „Start-ups

und KMU können die Implementierung von Industrie 4.0 vorantreiben und zu vielfältigen

Lösungen beitragen, aber erst offene, interoperable Standards öffnen ihnen den Markt“

(Gausemeier; Klocke 2016 S.43). Dem stehen zahlreiche proprietäre Standards als Hemm-

nis innovativer Entwicklungen entgegen. Denkbar wäre aber auch, dass sich bereits existie-

rende Standards aus der Internet- und Softwareindustrie in Bereichen der digital-vernetzten

dezentralen Produktion etablieren. Dies wäre aber häufig mit erheblichen Sicherheitsprob-

lemen verbunden8.

Die ungeklärten Fragen bezüglich der »Industrial Security« sind als das bedeutendste

Hemmnis für die Vernetzung von Geräten und Maschinen sowie die Einbindung in externe

Netzwerke zu sehen, für das bislang noch keine umfassenden Lösungen gefunden wurden.

Im hiesigen »Industrie 4.0« Diskurs wird daher auf zweistufige Vernetzungsstrategien ge-

setzt, „die zunächst den Datenaustausch in einem abgeschlossenen Netz ohne Anbindung

an das Internet vorsehen (zum Beispiel innerhalb einer Fabrik) und erst im zweiten Schritt

die Vernetzung mit externen Partnern“ (Gausemeier; Klocke 2016 S. 43).

Ein weiteres Transformationshemmnis – besonders im Hinblick auf unternehmens-

übergreifende Vernetzung und Kundeneinbindung – bilden nach Ansicht vieler Experten

(Gausemeier; Klocke 2016, Heng 2014) die Defizite der digitalen Infrastruktur in Deutsch-

land. Besonders der schleppende Ausbau des Glasfasernetzes wird in diesem Zusammen-

hang häufig thematisiert. Ein offensiver Ausbau bis in die Haushalte (bzw. in die Büros und

Fertigungsstätten) ist notwendige Voraussetzung für die komplexen Anforderungen an eine

digital-vernetzte dezentrale Produktion. Mit einer Reichweite von knapp über einem Prozent

liegt Deutschland im weltweiten Vergleich auf den hintersten Rängen. Spitzenreiter Südko-

rea bspw. erreicht eine Durchdringung von über 70%. Obgleich die Glasfaser im Daten-

durchsatz dem von der Telekom vorwiegend genutztem Kupferkabel überlegen ist, setzt

8 Allerdings könnten Anbieter und Kunden in der Produktion 4.0 aufgrund der Markmacht von Plattformen und Diensten gezwungen sein, mit teilweise unsicheren Standards und Protokollen zu operieren um nicht ausgeschlossen zu werden. Das heutige Internet liefert ein Reihe von Beispielen von unzuverlässigen Anwendun-gen (Javascript, Flash, Windows etc.) an denen immer wieder „herumgedoktert“ wird, die aber weiterhin genutzt werden. Ein anderes Beispiel ist der Umgang mit personenbezogenen Daten auf Facebook. Häufig wird Facebook dafür kritisiert, aber die Nutzerinnen und Nutzer kehren dem Netzwerk dennoch nicht den Rücken, weil es für des-sen Funktionen (und Verbreitung) kaum ersetzbar ist (i.S. eines Quasi-Monopols).


diese mittelfristig auf die Weiterentwicklung der Kupferkabelverbindungen durch „Vectoring“.

Experten fordern demgegenüber den Ausbau von Glasfasernetzen in Deutschland, die eine

deutlich höhere Internetgeschwindigkeit erlauben. Einige Stadtwerke wie Netcologne in Köln

und M-Net in München haben auch bereits solche Netze aufgebaut. Beobachter befürchten

aber, dass es in „Vectoring-Gebieten“ keine Investitionen mehr in die noch schnelleren Net-

ze gibt, weil die Telekom ihre Anschlüsse auf Grundlage bereits abgeschriebener Kupferlei-

tungen günstiger anbieten kann. Dass Glasfaser die bessere Technologie ist, bezweifelt

auch die Telekom nicht. "Auf dem Weg in die Gigabit-Gesellschaft werden wir am Ende bei

der Glasfaser landen." sagt Telekom-Chef Höttges. Die Frage ist nur, wann das sein wird. Je

nach Schätzung kostet ein flächendeckender Glasfaserausbau, bei dem die Leitungen bis in

die Haushalte gehen, bis zu 100 Milliarden Euro. Weder die Telekom noch ihre Konkurren-

ten sind in der Lage, so viel aufzubringen.9

3.2.2 Ökonomische Pfadabhängigkeiten

Die Entwicklung digital-vernetzter dezentraler Produktionstechnologien ist kostenintensiv

und Investitionen in diesem Bereich sind riskant. Deshalb nehmen in Deutschland zum einen

finanzstarke Großunternehmen wie Daimler, Volkswagen und Siemens aus dem Fahrzeug-

und Maschinenbau sowie IT-Unternehmen wie HP und SAP bei der Entwicklung von »In-

dustrie 4.0«-Technologien eine führende Rolle ein (vgl. Heng 2014 S.1). Zum anderen gibt

es eine Reihe von Entwicklungen aus dem Mittelstand (s. Anhang A), die oft in Kooperation

mit öffentlichen Forschungseinrichtungen durchgeführt werden. Demgegenüber stehen be-

reits getätigte Milliardeninvestitionen in zentrale Produktionsstätten der Massenproduktion,

die auch mittelfristig aufgrund von Skaleneffekten ökonomische Vorteile bietet. Diese soll

zwar im Rahmen von »Industrie 4.0« evolutionär weiterentwickelt werden. Im Großen und

Ganzen wird aber deutlich, dass die Entwicklungspolitik der deutschen Großindustrie sowie

die der mittelständischen Maschinenbau- und Elektroindustrie weiterhin dem klassischen

Paradigma eines angebotsgetriebenen Gütermarkts folgt.

So bleibt ein Pfadwechsel in Richtung einer Green Economy, die in ihrer Nachhaltigkeit über

den bereits jetzt bestehenden Trend zur Steigerung von Energie- und Ressourceneffizienz

hinausgeht, fraglich. Schließlich ist mit zunehmender Vernetzung auch mit zahlreichen und

zurzeit unabsehbaren Reboundeffekten zu rechnen. Zudem dürfte die digital vernetzte Pro-

duktion in unterschiedlichen Branchen auf spezifische ökonomische Transformations-

hemmnisse treffen. So gibt es im Bereich »Mobilität und Logistik in Ballungsräumen« eine

Reihe vielversprechender Konzepte, die unter dem Stichwort »Shared Economy« die Idee

einer (geteilten) Nutzung und nicht des Besitzes eines Produktes in den Mittelpunkt stellen.

Dadurch wird ein schonender Umgang mit Ressourcen denkbar. Andererseits zeigt sich im

Transformationsfeld Automobilität, dass nach wie vor tief verankerte traditionelle ökonomi-

sche Denkmuster einem Pfadwechsel entgegenstehen, weil der Besitz eines Automobils

emotional aufgeladen ist.

3.2.3 Rechtliche Pfadabhängigkeiten

Je weiter sich die Unternehmen in einem digital-vernetzten dezentralen Produktionsumfeld nach „außen“ öffnen, umso mehr stehen den sich dabei möglich werdenden neuen Wert-schöpfungsmodellen eine Reihe rechtlicher Regelungsbedarfe und Vorbehalte entgegen. Bestehende Regelungen im Urheberrecht, Patentschutz, Datenschutz sowie Fragen der Gewährleistung und Produkthaftung müssten zum Teil tiefgreifend reformiert werden. Für unternehmensübergreifende Standardisierung und Produktentwicklungen oder bottom-up generierte Wertschöpfung ist der Umgang mit bestehenden Patentrechten und propieträren

9 Vgl.: http://www.welt.de/wirtschaft/webwelt/article151703882/Der-Kupfer-Schmu-der-Deutschen-Telekom.html


technischen Standards außerordentlich schwierig. Zwar gibt es bereits in der Welt der Open Source Software oder auch in Medien und Kunst Lizenzmodelle, die als Vorbild dienen könn-ten. Es werden aber bei der Fertigung physischer Produkte größere rechtliche Probleme zu erwarten sein, als bei immateriellen Gütern. Dies liegt zum einen daran, dass sich beispiels-weise Softwareproduktion im Open Source-Modell schon seit längerem etabliert hat. Ein anderer Grund ist die Kapitalgebundenheit von Open Source Hardware (vgl. Grames et al. 2011). Dadurch, dass in laufende Projekte immer auch Investitionen getätigt werden müs-sen, treten automatisch Ansprüche von Urheberrechtsinhabern auf. Technologien, wie z.B. USB oder Bluetooth – für viele Open Source Hardware-Projekte grundlegend wichtig – sind lizenzrechtlich geschützt. Dies erschwert die Nutzung dieser Technologien in eigenen Pro-jekten. Hinzu komme die Produktpolitik vieler Lieferanten von Open Source Hardware-Unternehmen. Einige Halbleiterhersteller beispielsweise, die Teile von Computer-Mainboards für Open Source Hardware-Projekte liefern, schützen ihre Produkte mit Non-Disclosure Agreements, bevor sie ihre technischen Unterlagen herausgeben.

10

3.2.4 Organisationale Pfadabhängigkeiten

Die Fertigungstiefe vieler Unternehmen hat in den letzten Jahren abgenommen. In der Folge

werden immer mehr Vorprodukte von Zulieferern aus dem In- und Ausland bezogen, was zu

komplexeren Wertschöpfungsketten geführt hat und das Güterverkehrsaufkommen in die

Höhe treibt. Eine zunehmende digital-vernetzte Dezentralisierung dürfte diesen Trend zu-

mindest in Teilen verstärken. Allerdings stellt sich die Frage, ob dieser Trend unumkehrbar

ist, oder ob die Fertigungstiefe in den Unternehmen wieder erhöht werden kann mit entspre-

chenden Anreizen bzw. neuen Technologien – insbesondere vor dem Hintergrund von Ent-

wicklungen im 3-D-Druck und den durch die Automatisierung denkbaren Offshoring-

Tendenzen (vgl. Forschungsagenda Green Economy BMBF 2014 S. 32). Eine Öffnung der

Unternehmen gegenüber dezentralen Netzwerken dürften verschiedene organisationale

Pfadabhängigkeiten entgegenstehen. Vor allem müssten Anbieter ihr althergebrachtes Ge-

schäftsmodell auf den Prüfstand stellen. In etlichen Bereichen würde die bislang übliche Vor-

Ort-Bereitstellung von Diensten, Software und Hardware abgelöst werden. Mit solchen neu-

en Angeboten werden sich die Vertriebswege, Wertschöpfungsketten und damit auch die

Margen deutlich verändern. Dies dürfte organisationsintern auf Widerstände stoßen. Inner-

halb der Organisationen dürften Befürchtungen – vom Arbeitsplatzverlust bis zur Kompe-

tenzbeschneidung – auf erhebliche Ressentiments stoßen. Widerstände auf der Manage-

mentebene aber auch auf der Seite von Arbeitnehmervertretungen sind zu erwarten. Nicht

zuletzt stehen Bedenken bezüglich der Wahrung von Betriebsgeheimnissen, Sicherheitsas-

pekten im IT-Bereich und der Schutz von firmeninternen Knowhow als Konkurrenzvorteil

einer Öffnung der Strukturen und Prozesse gegenüber der Außenwelt entgegen.

3.2.5 Nutzerbezogene Pfadabhängigkeiten

Der Massenkonsum wird immer noch durch Unternehmensmodelle bedient, die auf den Fak-

toren Kapitalkonzentration, Zentralisierung und Skaleneffekte basieren, auch wenn sie sich

in einigen Bereichen durch inkrementelle Innovationen dezentralisieren und flexibilisieren.

Die Frage wäre also, welchen Mehrwert die Kundschaft beispielsweise bei einer ökologisch

wünschenswerten dezentralen regionalisierten Produktion vor Ort gegenüber den bestehen-

den Produktions- und Vertriebsketten erhielte, oder ein Online-Anbieter wie z.B. Amazon

(ggf. mit Auslieferung per Drohne) bereitstellte. Zudem erweisen sich Massenproduktion und

globale Logistik in ihrer Nachhaltigkeits-Bilanz als nicht unbedingt unterlegen gegenüber der

Vorort-Fertigung, was aber noch genauer zu überprüfen wäre. (vgl. u.a. Petschow et al.

10

Grames, P; Redlich, T.; Wulfsberg, J. P.: Open Source Hardware - Wie interaktive Wertschöpfung traditionelle

Produktionssysteme revolutioniert. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb ZWF 5/2011, S. 314 – 320 (S. 14)


2014) Auch der Wandel von Konsumenten zu Prosumenten bleibt in vielen Bereichen als

Massenphänomen fraglich. Prinzipien des kollaborativen Produzierens der Do-it-Yourself-

und Makerbewegung sind zurzeit eher als Nischenphänomen zu betrachten, und sind sicher-

lich nicht für alle Produkt-, Service- sowie Konsumentensegmente in gleichem Maße rele-

vant. Ein niedriger Kaufpreis anstatt hoher Investition in haltbarere Produkte – oft bedingt

dadurch, dass viele Produkte ohnehin schnell technologisch veralten bzw. „aus der Mode

kommen“, scheint nach wie vor ein entscheidender Konsumanreiz zu sein. Und nicht zuletzt

dürfte die Bereitschaft unterschiedlicher Nutzergruppen, in Fragen der Produkthaftung und

der Gewährleistung als Prosumenten höhere Risiken zu übernehmen, schwierig einzuschät-

zen sein.


3.3 Angriffspunkte und Schwächen des etablierten Pfades

Im Falle der zunehmenden Digitalisierung in Produktionsbereichen hin zu einer »Industrie

4.0« wird hier auf die digital-vernetzte dezentrale Produktion abgehoben, und dabei handelt

es sich um einen erst im Entstehen begriffenen Pfad, der auf den bisherigen (erfolgreichen)

Produktionsprozessen in gerade auch der deutschen Industrie aufbaut und daran anknüpft.

Aufgrund der derzeitigen frühen Prägungsphase des sich abzeichnenden Pfades besteht die

prinzipielle Möglichkeit, diese konstitutive Phase und teilweise auch die Richtung des Pfades

gezielt im Hinblick auf verstärkten Ressourcen- und Umweltschutz sowie als Brücke zu einer

Green Economy mitzugestalten und zu beeinflussen.

Hierfür kann wohl von einer gewissen Aufgeschlossenheit sowohl von Teilen der traditionel-

len Industrie als auch der sich womöglich stärker einbringenden IuKT-Unternehmen in diese

Branchen gegenüber ökologischen Belangen ausgegangen werden. Sehr stark in der Dis-

kussion sind im Vergleich zu umweltbezogenen Herausforderungen und Möglichkeiten die

sozialen Aspekte wie vor allem die künftigen Quantitäten und Qualitäten der Arbeitsplätze in

den betroffenen Branchen. Hierzu äußern Arbeitnehmervertretungen, Gewerkschaften und

gewerkschaftsnahe Institutionen große Bedenken und gehen von teilweise immensen Ar-

beitsplatzverlusten aus. Die Befürworter und treibenden Akteure für die Entwicklung von

»Industrie 4.0« hingegen vertreten die Ansicht, dass dies ein langsamer Prozess werden

und zusätzlich generierte Erwerbslosigkeit nicht so hoch wie befürchtet ausfallen wird. Hier

knüpfen Diskussion um diverse Formen von Grundeinkommen an, so dass die „grüne“ The-

matik von interessierten Akteuren gezielt und verstärkt eingebracht werden muss, und wo-

möglich neue gesellschaftliche Koalitionen zu diesem Zwecke entstehen könnten.

Derzeitige Schwächen des Pfades »Industrie 4.0« bestehen darin, dass seine Realisierung

und Sicherung sehr voraussetzungsvoll sind, vor allem abhängig von der sich bereits zei-

genden internationalen Wettbewerbsdynamik und den daraus sich ergebenden Herausforde-

rungen und Handlungsoptionen. Der Ausbau von digitaler Infrastruktur, die Standardsetzun-

gen, Sicherheitsvorkehrungen, die Gewährleistung von qualifiziertem Personal, u.v.a.m. sind

Faktoren, deren Entwicklung und Ausformung noch nicht absehbar sind. Zudem sind man-

che Basistechnologien erst noch in der Entwicklung, so dass erst im Laufe der nächsten

Jahrzehnts mit genaueren Bedingungen gerechnet werden kann (siehe Zweck et al. 2015,

hierzu speziell S. 174).


4 Transformationsansätze

Eine Weiterentwicklung bestehender Wertschöpfungsmuster in Richtung vernetzter und

flexibler Produktionssysteme, die zumindest auch teilweise Dezentralisierungstrends folgt, ist

im Rahmen der zunehmenden Digitalisierung wahrscheinlich. Auch besteht die Möglichkeit

disruptiver Veränderungen, die durch ressourcenschonende Geschäftsmodelle (z.B. Ser-

vices) und entsprechend neue Wertschöpfungsmodelle ausgelöst werden dürften. Als weite-

re Möglichkeit künftigen Wandels wird die Vision automatisierter Demontagefabriken disku-

tiert. Alle drei Varianten digital-vernetzter Produktion weisen per se noch keine zwangsläufi-

gen Entwicklungslinien in Richtung umweltschonender Effekte und Qualitäten einer Green

Economy auf. Mit Blick auf ihre Transformationspotenziale zu einer nachhaltigen Entwick-

lung und die Nutzung und Fruchtbarmachung ihrer Innovationspotenziale in Richtung einer

Green Economy – also Reduzierung von Energie- und Materialeinsatz sowie Immissionen –

sollen in diesem Kapitel erste sich abzeichnende, mögliche Transformationsansätze skizziert

werden.

4.1 Steigerung der Ressourceneffizienz

Folgt man dem Narrativ der „vierten industriellen Revolution“, so soll »Industrie 4.0« das

„Internet der Dinge und Dienste“ in die Fabriken bringen. Fabriken sollen sich zu „Smart

Factories“ entwickeln, in denen online vernetzte Maschinen und Logistiksysteme als „Cyber-

Physical Systems“ (CPS) dezentrale, autarke und selbstoptimierende Produktionsprozesse

ermöglichen. Durch die Vernetzung aller relevanten Informationen werden Geschwindig-

keitsgewinne und die Steigerung der Ressourcen- und Energieeffizienz in den Produktions-

abläufen erwartet11

.

Besonders im Bereich der Energieeffizienzsteigerung sind die Erwartungen hoch. Hier wer-

den Einsparpotenziale von bis zu 30 % in der industriellen Fertigung prognostiziert12

. Die

technischen Lösungen dafür sind zwar heute bereits vorhanden, doch „das Problem ist die

Kleinteiligkeit, der große Wurf fehlt...“.13

Hier kann die zunehmende Vernetzung der Produk-

tion neue Lösungspotenziale eröffnen. Ein Beispiel wäre Vernetzung von »Industrie 4.0«-

Instanzen mit intelligenten Stromnetzen und Speichern. Dies würde ein aktives Lastma-

nagement in Echtzeit ermöglichen und damit auch einen Beitrag zur Stabilisierung des ge-

samten Stromversorgungssystems leisten14

. Zudem wird angesichts aktueller Automatisie-

rungs- und Informatisierungstrends eine Rückverlagerung (Reshoring) der Produktionsstan-

dorte in Richtung der Konsumentenmärkte denkbar (siehe: Adidas Speedfactory)15

. Vor dem

11

Siehe hierzu aus grundsätzlicher, theoretischer Perspektive: Manuel Castells „Der Aufstieg der Netzwerkgesell-schaft“, Leske + Budrich Verlag, Opladen 2001. Ähnlich BMBF 2014 sowie Zweck et al. 2015. 12

vgl.: Bauernhansl, T. et al. (2014): Energieeffizienz in Deutschland - eine Metastudie : Analyse und Empfeh-lungen. Berlin; Heidelberg: Springer. 13

Dürr, H. in der Zeitung DENEFF bulletin#16 S.28

14 „Auf den ersten Blick scheint dies ein Widerspruch, denn ein solches System sieht sich mit doppelten Flexibi-

litätsanforderungen konfrontiert. Produktion ‚on demand’ und gleichzeitig Abschaltung ‚on demand’, das sind zwei Visionen, die sich scheinbar nur schwer vereinbaren lassen. Doch schaffen erst die Entwicklungen der Industrie 4.0 auch die Voraussetzungen für die Integration von Unternehmen in ein intelligentes Stromnetz. Netzdienliches Last-management wird zu einer möglichen Komponente in der vernetzten Fabrik der Zukunft.“ (DENEFF bulletin#16 S.24).

15 „Speedfactory ist ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt unter der Schirmherrschaft der deutschen Bundesre-gierung mit der Zielsetzung, die »Future of Manufacturing« mitzugestalten und innovative Produkte sowie neue Produktionstechnologien zu entwickeln. Gleichzeitig werden dabei Konsumentenbedürfnisse, Geschwindigkeit, Flexibilität, Effizienz und Nachhaltigkeit berücksichtigt“ (http://www.fortiss.org/forschung/projekte/speedfactory/).


Hintergrund der Verschiebung der industriebezogenen Welthandelsanteile im ostasiatischen

Raum, die sich in den vergangenen Jahrzehnten insbesondere für die traditionellen Indust-

rienationen Europas und Nordamerikas als problematisch dargestellt hat, lässt sich die

übergreifende Vision digital-vernetzter Produktionssysteme jedoch nicht nur in der Sicherung

der aktuellen Situation, sondern auch in einer Reindustrialisierung dieser Regionen vermu-

ten. Auf der einen Seite lassen die (auch zeitlich) verkürzten Lieferwege der Endprodukte zu

den Endkunden erhebliche Einsparungen bei Logistik, Transport und Lagerhaltung erwarten.

Andererseits führen veränderte Lieferwege der Rohstoffe und Vorprodukte zu mitunter logis-

tisch komplexeren Systemen.

Die Nachhaltigkeitsbilanz und der Ressourceneinsatz variieren damit je nach spezifischem

Anwendungsfall. Der Wandel zu einer »Industrie 4.0« folgt einer produktionsorientierten

Sichtweise, die aus der Interessenlage und Perspektive von Unternehmen und Ingenieuren

artikuliert wird – siehe u. a. „Engineering Excellence“ (Gausemeier; Klocke 2016 S. 33). Un-

ter der Prämisse „des Ausbaus vorhandener starker Technologiefelder“ (ebd. S. 35) werden

im Prinzip die traditionellen Logiken bestehender Wertschöpfungsmuster bislang aus einer

top-down-Perspektive fortgeschrieben. Es kann erwartet werden, dass damit vor allem einer

Effizienzstrategie gefolgt wird. Zwar sind auch Nachhaltigkeitsgewinne im Sinne einer Kon-

sistenzstrategie dank intelligenter Up- und Recyclingkreisläufe und Optimierung in der Logis-

tik denkbar (siehe dazu 4.3). Dazu liegen aber noch keine empirisch fundierten Abschätzun-

gen vor. Der »Industrie 4.0« Ansatz in Deutschland operiert ausgehend von der Zielsetzung,

Ingenieursexpertise in die digitale Welt zu transferieren, auf der Basis von Prozessoptimie-

rung in geschlossenen Systemen.

4.2 Dezentrale Produktion

Ein wichtiger Gesichtspunkt im Blick auf die Nachhaltigkeit im Sinne einer Green Economy

im Rahmen von Industrie 4.0 ist aber nicht nur eine ganzheitliche Ressourceneffizienz bzw.

„Effizienz im Nutzungszusammenhang“ (Hänggi 2016)16

, sondern auch die Frage der Mög-

lichkeiten und Effekte einer Dezentralisierung der Produktion. Das Whitepaper der »Platt-

form Industrie 4.0« formuliert die Vision eines umfassenden Produktionssystems, welches

durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen dynamische, echtzeitoptimier-

te und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke ent-

stehen lässt, „die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und

Ressourcenverbrauch optimieren lassen.“ (Plattform Industrie 4.0 et al. 2015 S.1) Es postu-

liert also intelligente Wertschöpfungsnetzwerke, die Stellschrauben zur Reduzierung von

schädlichen Emissionen und Schadstoffeinträgen, Senkung des Ressourcenverbrauchs,

effiziente Energienutzung sowie intelligente und ganzheitliche Lösungen für Re- und Upcyc-

ling-Kreisläufe bereithält. Solch umfassende Wertschöpfungsnetzwerke verbunden mit holis-

tischen „Steuerungsfantasien“ lassen sich aber nur denken wenn man die oben erwähnten

Einschränkungen einer produktionsorientierten Sichtweise verlässt und Geschäftsmodelle

entwickelt, die neue Ansätze zur Gestaltung der Beziehungen zwischen Entwicklung, Pro-

Erst kürzlich hat Adidas seine erste „Speedfactory“ im mittelfränkischen Ansbach vorgestellt. In nur fünf Stunden soll hier – in einem automatisierten Verfahren – aus Garn, vier verschiedenen Kunststoffkügelchen und einem Paar Schnürsenkel ein Adidas-Laufschuhe nach individuellen Kundenwünschen gefertigt werden können – der traditio-nelle Produktionszyklus mit Fertigung in Asien dauert ca. 3 Monate. (vgl.: http://www.welt.de/wirtschaft/article155658067/Die-Speedfactory-ist-fuer-Adidas-eine-Revolution.html)

16 Steigerung der Energieeffizienz bedeutet nicht zwangsläufig weniger Energieverbrauch. Im Nutzungszusammen-hang lassen sich häufig Effekte beobachten, welche die erwartete Senkung des Energieverbrauchs durch Effi-zienzmaßnahmen abschwächen oder ihn sogar steigern (Reboundeffekte). Siehe u.a. Hänggi 2016.


duktion, Logistik, Marketing, Kunden/Nutzer – also dem gesamten Wirtschaftsgeschehen –

ermöglicht.

Angesichts der Komplexität der Gegenwart und der Unsicherheit der Zukunft von »Industrie

4.0« sind die Unternehmen geradezu genötigt, eine Vielfalt an Ressourcen und Perspektiven

außerhalb ihrer eigenen Grenzen zu integrieren. „Wertschöpfung 2.0 ist vernetzte Wert-

schöpfung“ (Petschow et al. 2014 S.53). Hier könnten sich Tendenzen in Richtung eines

neuartigen »Plattformkapitalismus«17

herausbilden, wie er bereits jetzt in Teilen der Internet-

industrie erkennbar sind. Obgleich unklar ist, ob sich auf softwarebasierten Services aufge-

setzte Geschäftsmodelle auch im Feld »Industrie 4.0« langfristig etablieren und den Markt

dominieren können, haben sie in der Ausgestaltung der Wechselbeziehungen zwischen

Produzenten und Nutzern – die zwar prinzipiell kontingent ist – Transformationspotenziale,

die über die bereits beim »Industrie 4.0 Pfad« identifizierten hinausgehen. Die Frage wäre,

wie Nachhaltigkeitsaspekte als Kundenbedürfnisse zum Ausdruck kommen, und politisch-

administrativ unterstützt und gestärkt werden können. Langlebige Produkte, konsumenten-

freundliche Re- und Upcycling-Kreisläufe oder Wissens-Communities, die den Nutzern wert-

volle Informationen zu Nutzung, Wartung, Modifikation und Reparatur von Produkten zur

Verfügung stellen, könnten hierbei wichtige Funktionen erfüllen.18

Schlussendlich ermögli-

chen über datenbasierten Services vernetzte Produktions- und Logistikketten eine zuneh-

mende Dezentralisierung der Produktion – zumindest in Teilbereichen in denen dadurch ein

Mehrwert generiert werden kann. Im Rahmen dezentralisierter Produktionsprozesse kann

der Aufwand für Transport und Logistik deutlich gemindert werden. Hier können sich per-

spektivisch viele Möglichkeiten und Potenziale zur flexiblen und schnellen Umsetzung in-

dustrieller Fertigung ergeben: so entstehen durch generative Fertigungsverfahren (wie z.B.

3D-Druck) Möglichkeiten, individualisierte Produkte in stetig wachsender Bandbreite kosten-

günstig auch in sehr kleinen Stückzahlen und dezentral herzustellen. Wird diese dazu auch

noch individuell auf die Nachfrage der Konsumenten vor Ort ausgerichtet kann auch die

Gefahr der Überproduktion eingedämmt werden. Allerdings sind die Vorrausetzungen für

eine nachhaltigere dezentralisierte Produktion sehr umfangreich (Petschow et al. 2014).

Hieran anknüpfend lässt sich schließlich auch noch die sich abzeichnende Entwicklung der

»kollaborativen Produktion« erwähnen, die sich aus der Perspektive von durch Nutzerge-

meinschaften »bottom-up« gestalteten Fertigungsabläufe ergeben soll. Es handelt sich hier

um ein Wertschöpfungsmodell, wie es in der Vision bottom-up-koordinierter »Peer Commu-

nities«, die Produktionsprozesse außerhalb etablierter Wertschöpfungsketten umsetzen,

zum Ausdruck kommt. Die Dynamik dieses Wertschöpfungsmodells bezieht sich aus Netz-

werkeffekten, die sich aus emergierenden Prosumenten-Communities ergeben sollen, und

mit der Verfügbarmachung dezentraler Produktionsmittel wie dem 3D-Drucker ihre Wirkung

entfalten könnten/sollen. Tatsächlich lässt sich die disruptive Kraft von Netzwerken in vielen

Bereichen des Web 2.0 sehr gut beobachten, wo beispielsweise die klassischen Geschäfts-

modelle der Medien- und Kulturindustrie unter gewaltigen Druck geraten sind. Die technolo-

gische Entwicklung von bedienungsfreundlichen, dezentralen und vor allen Dingen bezahl-

baren Produktionsmitteln ist aber noch weit entfernt, weshalb hier ein Zeithorizont von min-

destens 20 Jahren in Betracht gezogen werden sollte.

17

Mit dem Begriff »Plattformkapitalismus« wird versucht den großen Erfolg digitaler Unternehmen aus wirtschaftssoziologischer Perspektive zu erklären. Da dieser in einem deutlichen Widerspruch zur großen Unsi-cherheit steht, mit dem Anbieter und Kunden auf digitalen Märkten im Internet konfrontiert sind, wird angenommen, dass eine neue Logik des »Plattformkapitalismus« (Plattformlogik) digitale Unternehmen als Quasi-Monopolisten in die Position der Profiteure des Marktes rückt, sodass diese letztlich dem übrigen Wettbewerb enthoben werden. (Vgl. u.a. http://www.spiegel.de/netzwelt/netzpolitik/sascha-lobo-sharing-economy-wie-bei-uber-ist-plattform-kapitalismus-a-989584.html)

18 Dies wurde von Ulrich Petschow per Interview skizziert. Neben den gestaltenden Akteuren im Produktionsbereich hängt die Erzeugung von positiven umweltbezogenen Effekten auch sehr vom Produktdesign sowie dem Konsum- und Nutzungsverhalten der KonsumentInnen ab (z.B. Steigerung der Produktnutzungsdauer).


Die drei Schlüsselfelder, die für eine Pfadentwicklung in Richtung einer kollaborativen Pro-

duktion entscheidend sind, lauten:

Räumliche Nähe der Produktionsstätten zu den Nutzern

Schulungen, Qualifikation, Wissenstransfer

Intuitiv bedienbare Maschinen

Allerdings sind die Vorrausetzungen für eine nachhaltigere dezentralisierte Produktion an-

spruchsvoll. Entscheidend für die letztliche Realisierung von möglichst umwelt- und ressour-

censchonenden Varianten bis hin zu einem Pfadwechsel ist die sozialökologische Einbet-

tung und die politische Regulierung der zu erwartenden vielfältigen Fertigungsweisen. Wirk-

mächtig können kollaborative Produktionsformen zudem nur werden, wenn sie aus ihrem

gegenwärtigen Nischendasein in Deutschland heraustreten und sich in der gesellschaftli-

chen Breite verankern lassen. Die Etablierung wirtschaftlich erfolgreicher Geschäftsmodelle

dezentraler Produktion und kollaborativen Produzierens ist dafür eine notwendige Bedin-

gung, die zu erwirken allerdings äußerst voraussetzungsvoll ist (vgl. Petschow et al. 2014).

4.3 Automatische Demontagefabriken (Smart Disassembly Factory)

Industrie 4.0 hat das Potential, das Recycling von komplexen Altprodukten erheblich zu ver-

bessern. Im Vergleich zur Montage von Produkten ist die Demontage bislang noch wenig

entwickelt. So überwiegt bei der Demontage oft noch die Handarbeit, die zu zerlegenden

Produkte sind quasi Einzelstücke. Größere Lose lassen sich vielfach erst auf unteren Kom-

ponentenebenen realisieren, wenn überhaupt. Vielfach dominiert das Schreddern von Pro-

dukten, mit der Folge, dass lediglich Massenströme (mehr oder weniger hochwertig) zurück-

gewonnen werden können, Technologiemetalle, die geringen Konzentrationen in Produkten

vorkommen, aber kaum. Ihnen droht ein Totalverlust.

Im Sinne eines Pfadwechsels wäre es deshalb notwendig, der Produktion nach der Nutzung

der Produkte eine ebenso hocheffiziente Demontage folgen zu lassen, die ihrerseits mit der

Produktion vernetzt ist. Dieser Ansatz ist nicht neu. Bereits in den 90er Jahren hat die TU

Berlin im Rahmen eines Sonderforschungsbereiches der Deutschen Forschungsgemein-

schaft (DFG) das Ziel verfolgt, Demontagefabriken zu entwickeln. Prototypen, die damals

konstruiert wurden, konnten sich allerdings nicht durchsetzen. Gründe hierfür sind hohe Kos-

ten und die damit verbundene lange Amortisierungszeit, niedrige Stückzahlen, schnelle Pro-

duktwechsel und Weiterentwicklungen sowie Volumenschwankungen.

Angesichts des heute erreichten technologischen Niveaus haben sich die Voraussetzungen

für eine automatisierte Demontage grundlegend verändert. So sind beispielweise Demonta-

gekonzepte erfolgreich für Haushaltsgeräte, Leiterplatten oder Telefone erprobt worden. Als

Grundvoraussetzung für den wirtschaftlichen Erfolg einer Automatisierung wird die hohe

Flexibilität des Demontagesystems bei niedrigen Investitions- und Instandhaltungskosten

angesehen. Hohe Priorität haben sowohl die Steigerung der Geschwindigkeit der Anlagen,

als auch die Erweiterung der Möglichkeiten der Sortierung.

Trends und Anforderungen sind dabei:

Sensorik zur Identifikation kleinster Teile,

High speed Verarbeitung von Informationen,

Präzise Steuerung mittels gezielter Druckluftstöße,

Spezifisches Anlagendesign zur Maximierung der Sortiereffizienz.

Die Herausforderung liegt dabei in der intelligenten und wirtschaftlichen Auswahl und Anord-

nung der einzelnen Technologien und Teilsysteme, um ein Optimum aus Performance und

Kosten der Sortierung zu erreichen. Als Form der Institutionalisierung sind hier automatisier-

te Demontagezellen oder –fabriken vorstellbar und absehbar. Grundvoraussetzung für den


wirtschaftlichen Erfolg einer Automatisierung dürfte die hohe Flexibilität bzw. Adaptivität des

Demontagesystems bei niedrigen Investitions- und Instandhaltungskosten darstellen. Erst

dann würde sich eine automatisierte Zerlegung rentieren. Wichtige Elemente solcher Syste-

me sind:

Flexible Robotersysteme

Für eine Automatisierung der Demontage eignen sich vor allem flexible Robotersysteme.

Flexible Greifer können mit adaptierbaren Demontagewerkzeugen ausgestattet werden, die

sich z.B. neue Wirkflächen kerben und so verschiedene, möglicherweise verschlissene

Schraubverbindungen lösen können.

Demontagedatenbank

Demontagedatenbanken könnten eine Vielzahl an Daten bereitstellen. Dadurch kann der

sensorische, steuerungs- und programmiertechnische Aufwand erheblich gesenkt werden.

Sensorik

Die Erkennung von Materialbestandteilen mittels Sensorik wird wegen deutlich zunehmender

Auflösung immer schneller und genauer. Fortschritte sind bei der Signalauswertung (etwa in

der Bildverarbeitung oder der Mustererkennung) nötig. Zudem müssen für eine höhere Sor-

tiertiefe und ein besseres Sortierergebnis mehrere Sensoren in Kombination eingesetzt wer-

den. Dies würde die Analyse von Stoffverbunden und die Wahl eines geeigneten Weiterver-

arbeitungsverfahrens ermöglichen. Verbesserungen in der Genauigkeit und Geschwindigkeit

der Sensorik und Aktorik würden zudem die Effektivität von Demontageanlagen steigern.

Intelligente Prozesssteuerung

Es wird eine intelligente Prozesssteuerung benötigt, die in der Lage ist, selbstständig das

Objekt zu erfassen, geeignete Demontageschritte zu berechnen und auszuführen. Dazu

liefern Sensoren die notwendigen Informationen an den Leitrechner oder untergeordnete

Steuerungseinheiten, wo sie mit der Demontagedatenbank abgeglichen und in entsprechen-

de Arbeitsschritte übersetzt werden.

Funktionsfähige Pilot-Demontagesysteme gibt es bereits. Es ist aber noch nicht abzusehen,

wann solche Anlagen im industriellen Maßstab („scale up“) eingeführt werden.

4.4 Bewertung der Ansätze

Die derzeit beobachtbaren, vielfältigen Schritte verschiedener Unternehmen und For-

schungsinstitutionen zu einer Weiterentwicklung bestehender Wertschöpfungsmuster in

Richtung vernetzter und flexibler Produktionssysteme ermöglichen voraussichtlich Schritte

zu einer Green Economy, zumindest ermöglichen Beiträge in diese Richtung. Dazu gehören

Möglichkeiten einer Dezentralisierung von Produktion, die in Folge der Digitalisierung tech-

nisch denkbar sind. Auch lassen sich teilweise Möglichkeiten zur Ressourcenschonung mit-

tels neuer Geschäftsmodelle (z.B. Services) absehen. Um die intensivere Vernetzung und

Modernisierung der Produktionsprozesse sinnvoll zu ergänzen und in Richtung einer Green

Economy zu unterstützen sind hier auch Möglichkeiten automatisierter Demontagefabriken

thematisiert und diskutiert worden.

Alle drei Transformationsansätze im Bereich Industrie 4.0 und digital-vernetzter Produktion

weisen per se noch keine zwangsläufigen Entwicklungslinien in Richtung umweltschonender

Effekte und Qualitäten einer Green Economy auf. Sie bieten aber unterschiedliche Optionen,

diese zu stärken. Von einigen Protagonisten dieser industriellen Innovationen wird eine Re-

duzierung von Energie- und Materialeinsatz sowie von Immissionen angekündigt. Doch wie

in früheren Industrialisierungsphasen sind Rahmensetzungen erforderlich, zumal eine Viel-


zahl sehr unterschiedlicher Akteure und Institutionen, mit teilweise konfliktreichen Beziehun-

gen miteinander bzw. aufeinander abgestimmt agieren müssten.

Die intensivierte Digitalisierung vieler Wirtschaftsbereiche bietet prinzipiell die Chance einer

Dematerialisierung bestimmter Produktionsphasen (insb. Transporte), doch setzt dies nicht

nur die üblichen betriebswirtschaftlich orientierten Einspar- und Effizienzsteigerungsziele

voraus, sondern auch gesamtgesellschaftliche Ziele wie Reduktion von

Ressourcenverbrauch und Emissionen. Effizienzsteigerungen können als wesentlicher

Aspekt der Unternehmensentwicklung prinzipiell weiterhin erwartet werden, doch die

schrittweise Durchsetzung eines Umbaus von Anlagen, Infrastrukturen und Logistik – sowie

die Entwicklung der dazu erforderlichen Qualifikationen, muss sicherlich von politischer,

staatlich-administrativer Seite angemessen und frühzeitig gefördert werden. Hierzu gehören

auch die Standardisierung und Normung, die für verschiedene Bereiche erzielt werden

muss, was auf supranationaler Ebene durch entsprechende Fachverbände und

internationale Organisationen erreicht werden müsste. In besonderem Maß dürfte dies, wie

bei früheren Versuchen der Annäherung an eine Kreislaufwirtschaft für den

Transformationsansatz automatisierter Demontagezellen bzw. -fabriken erforderlich sein, da

es hier um eine Vernetzung zahlreicher unterschiedlicher Akteure und umfangreicher Ak-

teurskonstellationen geht, für die die Eigeninteressen und Vernetzungsmotivationen der

einzelnen Unternehmen eher hemmend sein dürften.

Konflikte sind vor allem in Bezug auf die Entwicklung der Arbeitsplätze zu erwarten, wo un-

terschiedliche Interessen sowie sehr unterschiedliche Einschätzungen und Prognosen vor-

liegen. Umweltschutzbelange dürften dabei wiederum eine untergeordnete Rolle spielen, so

dass Politik, Behörden, NGOs sowie Wissenschaft und Forschung gefordert sind, diese As-

pekte frühzeitig und angemessen zu thematisieren, zu untersuchen und einzubringen.

Zu den Hauptakteuren hinsichtlich der Realisierung dieser drei Transformationsansätze ge-

hören vor allem die verschiedenen ökonomischen Akteure und Institutionen, also die traditi-

onellen Produktionsunternehmen, zugleich aber auch die im Bereich der IuK-Industrien akti-

ven Unternehmen und multinationalen Konzerne. Auch für den Bereich der Forschung und

Innovation wären Impulse für eine Ausrichtung auf eine Green Economy erforderlich. Für die

Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen sowie Investitions- und Finanzierungsmöglich-

keiten sind vorerst wohl Landes- und Bundesministerien sowie auch die EU-Kommission von

besonderer Bedeutung.


5 Fazit und Möglichkeiten für einen Pfadwechsel

Die Digitalisierung der modernen Gesellschaften zeitigt inzwischen und sicherlich auch in

Zukunft immense Veränderungen in immer mehr Produktionsbereichen (siehe Brecher et al.

2016). Unter dem Sammelbegriff »Industrie 4.0« werden entsprechende Phänomene ge-

fasst. Dabei geht es vor allem um die zunehmende Vernetzung in der Produktion. Im Rah-

men dieser kurzen Studie wurde vor diesem Hintergrund versucht abzuschätzen, ob der als

Entwicklungspfad eingeordnete Wandel zu einer »Industrie 4.0« auch Potenziale und Chan-

cen in Bezug auf verstärkten Ressourcen- und Umweltschutz sowie als Brücke zu einer

Green Economy verstanden und gestaltet bzw. beeinflusst werden kann. Ein Pfadwechsel

von der zentralistischen, auf wachsenden Massenkonsum ausgerichteten Güterproduktion

hin zu einer Green Economy ist unter bestimmten Bedingungen und Voraussetzungen zwar

denkbar, doch bedarf es entsprechender Maßnahmen. Andererseits kann die Entwicklung

aber auch je nach Gestaltung der Technologien und je nach ihrer Anwendung zu neuen

erheblichen Umweltbelastungen und höherem Rohstoffverbrauch führen.

5.1 Pfadabhängigkeiten

Der Trend hin zu einem industriellen Produktionssystem, das als „Industrie 4.0“ bezeichnet

werden kann, ist noch nicht etabliert und in seinen Konturen präzise beschreibbar. Einige

Entwicklungslinien können allerdings auf Basis bisheriger Ansätze skizziert werden – das

wurde in der vorliegenden Studie vorgenommen. Eine gewisse Pfadabhängigkeit ergibt sich

offenbar dadurch, dass bisherige dominante Produzentengruppen auch bis auf Weiteres die

Entwicklung prägen und gemäß ihrer Erfahrungen und Interessen zu gestalten suchen dürf-

ten. Inwiefern neue Akteure im Bereich der Produktion aufsteigen werden (bspw. IuK-

Unternehmen), ist jenseits der oben erwähnten Möglichkeiten schwer absehbar.

Für die weitere Entwicklung von dezentraler Produktion im Rahmen von Industrie 4.0 wären

desweiteren auch offene Fragen der Qualitätssicherung sowie der Einhaltung von Sicher-

heitsstandards und Normen zu klären. Beispielsweise für komplexe Produktbereiche wie

Produktion von Automobilen in dezentralen Mikrofabriken ist zu erwarten, dass erfahrene

oder auch große und international agierende Unternehmen wie Volkswagen, Daimler und

BMW aufgrund ihrer Größe und Erfahrung viele betriebswirtschaftliche Vorteile von Industrie

4.0 vergleichsweise einfach erschließen können, während dies für kleine und neue Unter-

nehmen schwer sein dürfte.

Insgesamt schreitet die weitere Vernetzung in der Industrieproduktion voran. Im vorange-

gangen Kapitel wurde der Versuch unternommen, diesen Prozess mit verschiedenen Trends

darzustellen. Im Ergebnis ergibt sich ein Wandel zu »Industrie 4.0« mit hoher Eintrittswahr-

scheinlichkeit, bei dem aber unklar bleibt wie umfassend die Vernetzung vorangetrieben

werden kann, und damit auch wie tiefgreifend sich Energie- und Ressourceneffizienzstrate-

gien als Treiber für eine nachhaltige Wirtschaft auswirken. Was die allgemeine Einbettung

neuer Technologien in sich verändernde bzw. neu emergierende Wertschöpfungsmuster

betrifft, lassen sich Trends wie die dezentrale Produktion oder die kollaborative Produktion

zwar diverse Nachhaltigkeitspotenziale zuschreiben (Einsparung von Transportwegen, Ent-

frachtung der Stoffströme usw.), allerdings ist bisher mangels empirischer Befunde und Ab-

schätzungen weitgehend offen, inwiefern diese Potentiale bzw. Versprechen tatsächlich

eingelöst und realisiert werden können, bzw. welche Voraussetzungen und Rahmenbedin-

gungen dafür erforderlich sind (vgl. Dickel et al. 2014).

1. Allgemeingültige Standards und offene Schnittstellen

Anerkannte allgemeingültige und zugleich offene technische Standards und Schnittstellen

sind für die übergreifende interoperable Nutzung von Möglichkeiten bzw. Angeboten aus


dem »Industrie 4.0«-Portfolio sowie für die Entwicklung innovativer Services und Geschäftsi-

deen und ihre Marktdurchdringung notwendig; dies gilt umso mehr, als sich etliche potenziel-

le Anwender mit wesentlichen Investitionen derzeit noch verunsichert zurückhalten. Bei die-

sen Interessenten kursiert insbesondere die Angst, mit erheblichen Ressourcen in ein Ange-

bot zu investieren, welches dem sich später durchsetzenden Standard nicht entsprechen

könnte. Die Einigung auf allgemeingültige Standards ist allerdings aus verschiedenen Grün-

den schwierig. Zum einen sind bei dem fachübergreifenden Thema zwischen den Unter-

nehmen aus den Bereichen Maschinenbau, Elektrotechnik und IT durchaus auch kulturelle

Unterschiede zu berücksichtigen; insbesondere auch hinsichtlich des Weges zur Standardi-

sierung. Zudem gilt es hier genauer zu erforschen, inwiefern Standardisierungen auch einen

Beitrag zu Ressourceneffizienz zu leisten in der Lage wären.

2. Breitbandausbau

Die Entwicklung zu einer Industrie 4.0 bringt ein extrem hohes Datenaufkommen mit sich.

Hierfür bedarf es einer angemessenen, möglichst flächendeckenden Infrastruktur, mit der

das „Internet der Dinge“ funktionieren kann. In vielen größeren Unternehmen sowie man-

chen Regionen existieren bereits hinreichende Infrastrukturen, doch ist der weitere Ausbau

eine Aufgabe. Letztlich könnte ein flächendeckender Breitbandausbau sowohl Logistik ent-

lasten als auch Transporte reduzieren helfen.

3. Rechtliche Änderungen

Bisherige rechtliche Regelungen im Bereich industrieller Produktion reichen in Bezug auf

Industrie 4.0 nicht aus, um eine möglichst konflikt- und reibungsfreie Produktion zu gewähr-

leisten. Im Kontext von den erwähnten erforderlichen Standardisierungen etc. sind auch

Lücken im Datenschutz, in Sicherheit und Qualitätssicherung für die absehbaren Bedarfe

festzustellen. Bislang sind für zahlreiche neue Herausforderungen und Fragen keine adä-

quaten Lösungen gefunden bzw. noch nicht verbindlich geregelt. Dies führt dann auch dazu,

dass Investoren risikoreiche Abwägungen betreiben und unter großer Unsicherheit Ent-

scheidungen treffen, oder aber diese verschieben.

4. Hybride Wertschöpfungsmodelle

Hybride Wertschöpfungsmodelle sowie entsprechende Akteurskonstellationen beschreiben

das Ineinandergreifen von top-down und bottom-up konzipierten Koordinationsformen. In der

ökonomischen Realität sind in der Tat bereits komplexe Wechselbeziehungen zwischen

Unternehmen und dezentralen Gemeinschaften von Nutzern und Co-Entwicklern zu be-

obachten. Ein gelungenes Beispiel ist Local Motors, dem es mit einem relativ kleinen Stab

an Entwicklern (etwa 20) gelungen ist, durch Community-Building und Crowdsourcing inner-

halb von 2 Jahren ein eigenes Auto zu entwickeln, während vergleichbare Entwicklungen in

der Industrie ca. 5 Jahre dauern.19

Hybride Wertschöpfungsketten enthalten – wie das Bei-

spiel Local Motors zeigt – enorme Transformationspotenziale in etablierten und als enorm

stabil geltenden großindustriellen Strukturen (wie dem Automobilbau) einzugreifen.

5. Rahmenbedingungen für dezentrale und kollaborative Produktion

Kollaborative Produktion, wie es zum Beispiel bei der Entwicklung von Open Source Soft-

ware (OSS) praktiziert wurde und wird, setzt flexible rechtliche Rahmenbedingungen voraus

und entsprechende Mechanismen (z.B. bottom-up und top-down). Dies zeichnet sich vor

allem beim 3-D-Druck ab. Die Verbreitung von Multimaterial-Druck ist absehbar und dürfte in

manchen Bereichen einen massiven Wandel einleiten. Hierdurch kann sich sowohl eine

19

Zurzeit planen sie eine Mikrofabrik in Berlin zur Herstellung eines selbstfahrenden Kleinbusses durch 3D-Drucker und haben ein beträchtliches Investment von Airbus erhalten. Die Vision ist eine weltweite Verbreitung von hun-derten Mikrofabriken. Quelle: http://www.handelsblatt.com/unternehmen/it-medien/local-motors-selbstfahrender-minibus-aus-dem-3d-drucker/13751530.html. Dies wurde auch von Ulrich Petschow (Interview) hervorgehoben.


nachhaltigere Gestaltung von Stoffströmen ergeben, wie aber auch die vermehrte Herstel-

lung einfacher Wegwerfgüter. Zudem ergeben sich durch die immer häufiger genutzten Ver-

bundmaterialien immense Probleme und Herausforderungen für das Recycling. Auch hier

müssen die üblichen Rahmensetzungen ergänzt oder abgelöst werden durch neue Rah-

mensetzungen, die den Akteuren, die sich im Bereich kollaborativer Produktion zu engagie-

ren und zu etablieren beabsichtigen, angemessen sind und Planungssicherheit bieten.

Hinsichtlich maßgeblicher Akteure lässt sich noch keine deutliche Veränderung gegenüber

bisherigen Konstellationen und Strategien im Produktionsbereich absehen. Weiterhin ist mit

immer wieder neuen und bislang ökonomisch erfolgreichen Versuchen zu rechnen, in die-

sem Bereich mit Innovationen zu punkten und Erfolge zu erzielen. Womöglich kommt es zu

neuen Kooperationen zwischen verschiedenen Organisationen und Akteuren im Produkti-

onsbereich. Eine Vermutung lautet, dass künftig für unwahrscheinlich gehaltene Konstellati-

onen möglich werden könnten, beispielsweise noch mehr und punktuelle, also projektbezo-

gene Kooperationen zwischen Unternehmen und umweltpolitischen NGOs.20

5.2 Auswirkungen der Pfadabhängigkeiten auf die Transformations-

ansätze

Aufgrund des noch unzureichend konturierten Pfades hin zu einer »Industrie 4.0« können

etwaige Auswirkungen der verschiedenen Arten von Pfadabhängigkeiten in jenem künftigen

Pfad auf die Transformationsansätze noch nicht hinreichend sicher abgeschätzt werden.

Aufgrund der relativen großen Erfolgsgeschichte der deutschen Industrieproduktion in zahl-

reichen Branchen sowie des damit zusammenhängenden Innovationsgeschehens ist kaum

mit einer umfassenden, sprunghaften Entwicklung zu rechnen. Das wird auch bei Betrach-

tung der einzelnen Pfadabhängigkeiten und ihrer voraussichtlichen Wirkungen auf Transfor-

mationsansätze deutlich. Dabei dominiert in den drei Transformationsansätzen durchweg die

Effizienzstrategie. Sowohl bei der dezentralen Produktion als auch der automatischen De-

montagefabrik lassen sich in einem geringen Maße Konsistenzstrategien vermuten.

Demnach sind vor allem die ungelösten Sicherheitsaspekte sowie die unzureichend ausge-

baute Netzinfrastruktur einflussreiche Pfadabhängigkeiten und stellen Hemmnisse für einen

Pfadwechsel dar. Deutlich wird zudem, dass der Bereich des Recycling noch völlig unzu-

reichend entwickelt ist, was aber aufgrund der ökologischen Bedarfe und Notwendigkeiten

einerseits, und der technisch prinzipiell möglich erscheinenden Optionen andererseits im

Zuge der weiteren Digitalisierung und Vernetzung dringend geboten erscheint. Hier deuten

sich Ansatzpunkte ab.

20

Dies ist eine Einschätzung von Ulrich Petschow (Interview).


Tabelle 4: Auswirkungen ausgewählter Pfadabhängigkeiten auf die beschriebenen Transforma-

tionsansätze

Transformationsansatz

Leitstrategie

Pfadabhängigkeit

Steigerung der Res-

sourceneffizienz

Effizienz

Dezentrale Produk-

tion

Effizienz

Automatische De-

montagefabrik

Effizienz

Kapitalbindung in her-

kömmlicher Industrie-

produktion

mittel mittel Hoch

Industrial Security mittel hoch Niedrig

Technische Infrastruktur

(Netze)

mittel hoch Mittel

Dominanz von Massen-

produktion (Skalenerträ-

ge)

niedrig mittel Niedrig

Produktkomplexität (inkl.

Verbundstoffe) und In-

novationstempo

niedrig niedrig Hoch


5.3 Erste Handlungsempfehlungen

Ein Pfadwechsel in Richtung einer Green Economy beinhaltet mehr als nur die oben skiz-

zierten Eintrittsvoraussetzungen und -wahrscheinlichkeiten benannter Pfade zu beschreiben

und abzuwägen. Vielmehr geht es in diesem Vorhaben und dieser Studie darum, ihre Trans-

formationspotenziale für ein nachhaltiges Wirtschaften zu identifizieren und einzuordnen.

Umso schwieriger wird dieses Vorhaben, wenn man bedenkt, dass der Übergang zwischen

ihnen fließend ist und sich in den Produktionsketten und Wertschöpfungsmodellen der Zu-

kunft vermutlich Elemente aller drei Pfade wiederfinden werden. Letztlich erfordert es norma-

tive Entscheidungen darüber, inwieweit ökologische Standards die Produktion regulieren,

inwieweit Innovationen, die mehr Nachhaltigkeit versprechen, ermöglicht und gefördert wer-

den, und inwieweit sich ein Kundenbedürfnis nach nachhaltig produzierten Güter im Markt-

geschehen mehr Geltung zu schaffen vermag. Die Schlüsselfrage dabei bleibt die nach den

geeigneten Maßnahmen zur Implementierung solcher normativen Strategien.

1. Ökodesign und Standardisierung

Die Einigung auf allgemeingültige Standards ist für die Akteure im Bereich der sich entwi-

ckelnden dezentralen Produktion von großer Bedeutung, um Planungssicherheit zu erlan-

gen. Standardsetzungen sind hier allerdings aus verschiedenen Gründen schwierig und

voraussetzungsvoll. Neben diesen allgemeinen Voraussetzungen für eine dezentralisierte

Produktion sind zur Verbesserung des Umweltschutzes und der Reduzierung des Ressour-

cenverbrauchs gezielte Maßnahmen erforderlich. Hier wird eine intensivierte Forschung an

Ökodesign notwendig. Und in diesem Zusammenhang wäre die weitere Entwicklung und

Stärkung der Ökodesign-Richtlinie wichtig, zumal die oben genannten Veränderungen im


Materialbereich (z.B. beschleunigte Innovation der Materialien, häufige Verbundwerkstoffe)

es dringlich erscheinen lassen, hier sinnvolle Weichenstellungen und Handlungsoptionen zu

einer Green Economy zu ermöglichen.

2. Hybride Wertschöpfungsmodelle

Hybride Wertschöpfungsmodelle sowie entsprechende Akteurskonstellationen beschreiben

das Ineinandergreifen von top-down und bottom-up konzipierten Koordinationsformen. In der

ökonomischen Realität sind in der Tat bereits komplexe Wechselbeziehungen zwischen

Unternehmen und dezentralen Gemeinschaften von Nutzern und Co-Entwicklern zu be-

obachten. Ein gelungenes Beispiel ist Local Motors, dem es mit einem relativ kleinen Stab

an Entwicklern (etwa 20) gelungen ist, durch Community-Building und Crowdsourcing inner-

halb von 2 Jahren ein eigenes Auto zu entwickeln, während vergleichbare Entwicklungen in

der Industrie ca. 5 Jahre dauern.21

Hybride Wertschöpfungsketten enthalten – wie das Bei-

spiel Local Motors zeigt – enorme Transformationspotenziale in etablierten und als enorm

stabil geltenden großindustriellen Strukturen (wie dem Automobilbau) einzugreifen. Hier

müsste genauer untersucht werden, welche Ressourceneffizienzpotenziale hier absehbar

sind und durch politische Maßnahmen generiert und ausgeschöpft werden könnten.

3. Förderung von dezentraler und kollaborativer Produktion

Die sich in manchen Bereichen abzeichnende Dezentralisierung von Produktion könnte ähn-

lich wie die hybride Produktion gezielter unterstützt werden, um umweltschonende und res-

sourceneffiziente Entwicklungen zu stärken. Hier lässt sich die Verbreitung von Open Source

Software (OSS) als mögliches Vorbild für die Entwicklung von kollaborativer Produktion be-

greifen, denn zunächst wurde OSS in der Wirtschaft als nutzlose Spielerei angesehen.

Heutzutage spielt sie in der Softwareentwicklung eine Schlüsselrolle, und die sich dabei

vollziehende Wertschöpfung gehorcht offenbar anderen Regeln, als sie in weiten Teilen der

BWL immer noch gelehrt werden. Ähnliche künftige Entwicklungen können auch im Bereich

der kollaborativen Produktion angenommen werden. Eine Schlüsselrolle wird dabei der 3D-

Druck einnehmen. Die Verbreitung von Multimaterial-Druck ist absehbar und dürfte in man-

chen Bereichen einen massiven Wandel einleiten. Um transformative Kraft zu entfalten,

müssen diejenigen Prinzipien dezentralen und kollaborativen Produzierens, die sich als öko-

logisch nachhaltig erwiesen haben oder einschätzen lassen, noch stärker als bislang aus

dem Labor der Offenen Werkstatt hinausgetragen und mit der Welt der Nutzer/innen und

Unternehmen verknüpft werden. Die zentrale Herausforderung besteht voraussichtlich darin,

dass die Einsparungen bspw. je Produkteinheit durch eine Zunahme der Nutzung bzw. des

Konsums (Rebound Effekt) vielfach wieder in Frage gestellt werden könnten. Dies gilt es

genauer zu analysieren.

4. Demontagezellen und Demontagefabriken

Die Konzipierung und der Bau von Demontagezellen beziehungsweise Demontagefabriken

sind bis dato noch kein Schwerpunkt von Forschung und Entwicklung. Angesichts des gro-

ßen Beitrags, den Industrie 4.0 zur Verbesserung der Kreislaufwirtschaft leisten könnte, soll-

ten die Aktivitäten im Rahmen von Industrie 4.0 auf die intelligente Verwertung und insbe-

sondere die automatisierte Demontage („Smart Disassembly Factory“) ausgeweitet werden

(ZVEI 2015). Für die Verwertung geht es im einfachsten Fall um die automatisierte Sortense-

lektion und den damit verbundenen Einstieg in die Recyclingkette. Im Falle der automatisier-

ten Demontage geht es um die Vernetzung von autonomen, sich situativ selbst steuernden,

selbst konfigurierenden, wissensbasierten, sensorgestützten und räumlich verteilten Demon-

21

Zurzeit planen sie eine Mikrofabrik in Berlin zur Herstellung eines selbstfahrenden Kleinbusses durch 3D-Drucker und haben ein beträchtliches Investment von Airbus erhalten. Die Vision ist eine weltweite Verbreitung von hun-derten Mikrofabriken. Quelle: http://www.handelsblatt.com/unternehmen/it-medien/local-motors-selbstfahrender-minibus-aus-dem-3d-drucker/13751530.html. Dies wurde auch von Ulrich Petschow (Interview) hervorgehoben.


tage- und Aufbereitungsprozessen zur Rückgewinnung von Wertstoffen aus Altprodukten.

Zugleich könnten toxische Stoffe gezielt ausgesondert, und damit ein Beitrag zu Konsistenz

geleistet werden.


Experteninterviews

Semi-strukturierte Interviews wurden im Zeitraum vom 24.06.2016 – 22.11.2016 geführt mit:

Dr. Sascha Dickel, Post-Doc am Friedrich Schiedel-Stiftungslehrstuhl für Wissen-

schaftssoziologie an der Technischen Universität München

Adjunct Prof. Dr.-Ing. Yves-Simon Gloy, Member of the Management Board, Director

- Textile Machinery / Production Technologies am Institut für Textiltechnik der RWTH

Aachen University

Ulrich Petschow, Senior Researcher am IÖW Berlin

Dr.-Ing Tobias Redlich, Wissenschaftlicher Laborleiter im Laboratorium Fertigungs-

technik, Helmut-Schmidt-Universität Hamburg


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http://www.welt.de/wirtschaft/article155658067/Die-Speedfactory-ist-fuer-Adidas-eine-Revolution.html

Zeitungen

interaktiv 2|2015 | Das Kundenmagazin des Fraunhofer IPA


DENEFF bulletin#16


Anhang A

Projekte und Initiativen der Plattform Industrie 4.0

Im Folgenden werden Projekte und Initiativen, die das Thema Industrie 4.0 für den Mittel-

stand aufbereiten und Unterstützungsangebote bieten, aufgeführt.

Initiativen der Bundesländer

Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg

Der Aufbau der Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg soll wesentliche Akteurinnen und

Akteure der Industrie 4.0 vernetzten und Maßnahmen bündeln. Der Lenkungskreis der Alli-

anz entwickelte neben einer Allianzvereinbarung mit den Zielen und der Strategie der Grup-

pe einen „Masterplan“ für die Einführung von Industrie 4.0 und initiierte Arbeitsgruppen, die

konkrete Projekte vorbereiten werden. Vorsitzender des Lenkungskreises und Sprecher der

Allianz ist Manfred Wittenstein, ehemaliger VDMA-Präsident und heutiger Aufsichtsratsvor-

sitzender der Wittenstein AG. Beim VDMA Baden-Württemberg wird derzeit eine Koordinie-

rungsstelle für die Allianz eingerichtet.

In den drei Themensäulen „Cyber-physische Systeme“, „IT-Systeme, Vernetzung und Ge-

schäftsmodelle“, sowie „Produktionsplanung und -steuerung“ sollen gezielt praxisrelevante

Fragestellungen in enger Zusammenarbeit mit den Unternehmen vorangetrieben werden.

Das Ministerium stellt für Industrie-4.0-Projekte in den kommenden beiden Jahren mindes-

tens 8,5 Millionen Euro zur Verfügung, die auf bis zu 14.5 Millionen Euro aufgestockt werden

könnten.

Bayern Digital

Mit der Strategie BAYERN DIGITAL will Bayern Leitregion beim digitalen Aufbruch in

Deutschland werden. Die zentralen Handlungsfelder der Strategie sind der Infrastrukturaus-

bau (Breitbandversorgung), die IT-Sicherheit, der gezielte Ausbau von Forschung, Techno-

logietransfer und Qualifizierung sowie die Unterstützung von Existenzgründern in der digita-

len Wirtschaft. Kristallisationspunkt und Nukleus für die Initiative BAYERN DIGITAL ist das

„Zentrum Digitalisierung.Bayern“. Dies bündelt die Aktivitäten von Hochschulen, außeruni-

versitären Forschungseinrichtungen und Unternehmen auf dem Gebiet der Digitalisierung

und bildet damit eine bayernweite Forschungs-, Kooperations- und Gründungsplattform mit

einem räumlichen Zentrum in Garching.

Mehr Informationen unter: http://www.stmwi.bayern.de/digitalisierung-medien/bayern-digital/

Forum Digitale Wirtschaft Thüringen

Um Softwareunternehmen mit Anwendern zusammenzubringen, Schnittstellen zwischen den

Branchen zu öffnen und neue Innovationspotenziale zu erschließen, installiert das Land

Thüringen ein regelmäßiges „Forum Digitale Wirtschaft“. In Verbindung mit diesem Forum

entsteht Mitte September außerdem das „Kompetenzzentrum 4.0“, das Anlaufstelle für den

Mittelstand sein soll und verschiedene Angebote zu digitalen Technologien, aber auch zur

Datensicherheit bieten wird. Thüringens Wirtschaftsminister Wolfgang Tiefensee kündigte

zudem bis zu zehn Modellprojekte zur Digitalisierung an, die in der zweiten Hälfte 2015 be-

ginnen sollen.

Regionale Cluster- und Wirtschaftsinitiativen

http://www.stmwi.bayern.de/digitalisierung-medien/bayern-digital/


Baden-Württemberg Stiftung

Mit ihrem Forschungsprogramm „Industrie 4.0: Gestaltungspotentiale für den Mittelstand in

Baden-Württemberg erforschen und nutzen“ möchte die Baden-Württemberg Stiftung gezielt

die Erforschung und Entwicklung neuer Konzepte sowie soziotechnischer Lösungsansätze

unterstützen, die dazu beitragen können, dem industrienahen Mittelstand in Baden-

Württemberg den Weg in die sich verändernde digital vernetzte Wertschöpfung zu erleich-

tern.

Initiative Industrie 4.0 für den Mittelstand

Ziel dieser von der IHK Nürnberg, dem VDI Bayern Nordost und dem VDE Nordbayern ins

Leben gerufenen Initiative ist, den Mittelstand mit den Entwicklungen und Möglichkeiten der

Industrie 4.0 vertrauter zu machen. So werden mittelständische Unternehmen aktiv dabei

unterstützt, Industrie 4.0 Geschäftsmodelle zu entwickeln und diese im Nachhinein auch

umzusetzen.

Die wissenschaftliche Unterstützung erhält die Initiative von der Friedrich-Alexander-

Universität Erlangen, deren Forschungsfokus auf der pilotierenden Innovationsforschung

liegt.

Spitzencluster it's OWL

Im Technologie-Netzwerk Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe haben sich

insgesamt 174 Clusterpartner zusammen gefunden. Weltmarkt- und Technologieführer ent-

wickeln gemeinsam mit Forschungseinrichtungen in 46 Forschungsprojekten von einem

Gesamtvolumen von ca. 100 Mio. Euro intelligente Produkte und Produktionsverfahren. Das

Spitzencluster it's OWL gilt in Deutschland als das größte und konkreteste Projekt im Kon-

text Industrie 4.0.

Mehr Informationen: http://www.its-owl.de/

Demonstrationsfabriken, Forschungskooperationen

Effiziente Fabrik 4.0

Informations- und Kommunikationstechnologien bieten umfassende Möglichkeiten und

Chancen die Effizienz in der Produktion zu steigern. Diese Technologien sollen in der Effi-

zienten Fabrik 4.0 analysiert, entwickelt und implementiert werden, um so eine ressourcenef-

fiziente Lernfabrik aufzubauen. In dieser sollen den Anwender- und Ausrüsterunternehmen

sowie Arbeitnehmer- und Unternehmensverbänden die Potenziale, welche durch die Lö-

sungsansätze der Industrie 4.0 geboten werden, aufgezeigt und erlebbar veranschaulicht

werden. Die Besonderheit liegt darin, dass kein neues Produktionsumfeld erschaffen wird,

sondern auf der bereits bestehenden Prozesslernfabrik CiP an der TU Darmstadt aufgesetzt

wird.

Mehr Informationen: http://www.effiziente-fabrik.tu-darmstadt.de

Industrie 4.0 Collaboration Lab

Im September 2014 wurde am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) das „Industrie 4.0

Collaboration Lab“ im LESC (Lifecycle Engineering Solutions Center) gemeinsam mit der

SolidLine AG, dem Bechtle IT-Systemhaus Karlsruhe und dem Forschungszentrum Informa-

tik (FZI) eröffnet. Unter dem Slogan „Mittelstand trifft Forschung“ gehen die Partner aus

http://www.its-owl.de/

http://www.effiziente-fabrik.tu-darmstadt.de/


Wirtschaft und Forschung künftig gemeinsam Projekte an und setzten sich als Ziel, mittel-

ständische Unternehmen bei der Umstellung auf Industrie 4.0 zu befähigen. So können Un-

ternehmen ihre Ideen und Produkte beispielsweise frühzeitig im Lab testen, sich mit einer

3D-Umgebung vertraut machen oder auch Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter schulen lassen.

Mehr Informationen: https://www.imi.kit.edu/2449.php

Smart Electronic Factory

Die Smart Electronic Factory ist eine Informations- und Demonstrationsplattform für die In-

dustrie 4.0, die Anforderungen der Industrie 4.0 mittelfristig im Branchensegment Elektronik

realisieren und auf weitere Branchen adaptieren will. Dazu wurde eine Evaluierungsumge-

bung in einer realen Elektronikfabrik implementiert, in der Ideen und innovative Produkte in

geschütztem Rahmen ausprobiert und getestet werden können.

Initiatorinnen und Initiatoren der im Jahr 2014 gestarteten Mittelstandsoffensive sind der

EMS-Dienstleister Limtronik GmbH, in dessen Fabrik die Smart Electronic Factory integriert

ist, und die iTAC Software AG. Umgesetzt wird das Projekt von einer Industrie 4.0-Initiative,

bestehend aus mittelständischen deutschen Softwarehäusern wie iTAC, in-GmbH und DUA-

LIS sowie internationalen Unternehmen. Auch universitäre Forschungseinrichtungen wie die

Technische Hochschule Mittelhessen (THM) beteiligen sich hieran.

Mehr Informationen: www.smart-electronic-factory.de

Smart Factory OWL

Seit 2009 forschen das Fraunhofer-Anwendungszentrum Industrial Automation (IOSB-INA)

und die Hochschule OWL gemeinsam erfolgreich an Technologien, um die intelligente Fabrik

zu realisieren. Im Sommer 2014 gaben sie gemeinsam den Anstoß für eine Forschungsfab-

rik inmitten von OWL. Auf ca. 2000 m² sollen darin zukünftig Lösungen für die intelligente

Automation erforscht, entwickelt und erprobt werden. Die Fertigstellung des rund fünf Millio-

nen Euro teuren Projektes ist für Herbst 2015 geplant. Kleine und mittelständische Unter-

nehmen haben hier die Möglichkeit, mit Hilfe von Pilotlinien ihre Produktionssysteme und -

abläufe zu optimieren und Personal zu schulen.

Mehr Informationen: http://www.smartfactory-owl.de

Die Demofabrik des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen

Ziel der Demofabrik, die angeschlossen an das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH

Aachen ist, ist die enge Verzahnung von Praxis, Forschung und Weiterbildung. So werden

sowohl innovative Prototypen und Produkte in Vorserie produziert, als auch Partnern aus

Industrie und Forschung die einzigartige Möglichkeit gegeben, gemeinsam produktionssys-

tematische Fragestellungen in einem realen Betrieb zu untersuchen.

Forschungsprojekte der Demofabrik umfassen u.a. den Einsatz von Big Data in der Produk-

tion oder auch das Engineering und Mainstreaming lernförderlicher industrieller Arbeitssys-

teme für die Industrie 4.0.

Mehr Informationen: http://www.demofabrik-aachen.de

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI)

In zahlreichen Forschungsgruppen, Living Labs und Kompetenzzentren forschen Wissen-

schaftlerinnen und Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intel-

ligenz (DFKI) an innovativen Technologien für die Industrie 4.0. In Forschungsgruppen zu

„Cyber-Physical Systems“ oder „Smart Data“, in dem „Robotics Exploration Lab“ oder dem

„SmartFactory Lab“ sowie in den Kompetenzzentren „Sichere Systeme“ oder „Virtuelles Büro

https://www.imi.kit.edu/2449.php

http://www.smart-electronic-factory.de/

http://www.smartfactory-owl.de/

http://www.demofabrik-aachen.de/


der Zukunft“ wird entlang der gesamten Breite digitalisierter Wertschöpfungsketten Spitzen-

forschung betrieben. Da durch zunehmend kürzere Innovationszyklen in der Informations-

technik Vorlaufforschung, anwendungsnahe Entwicklung und die Umsetzung in patentfähige

Lösungen immer enger zusammenwachsen, wird in DFKI-Projekten das gesamte Spektrum

von anwendungsorientierter Grundlagenforschung bis zur kundenorientierten Entwicklung

von Produktfunktionen abgedeckt.

Das DFKI wurde 1988 als gemeinnützige Public-Private Partnership gegründet und ver-

sammelt in seinem Aufsichtsrat neben den Bundesländern Rheinland-Pfalz, Saarland und

Bremen zahlreiche namhafte deutsche und ausländische Hochtechnologie-Unternehmen.

Gemessen an Mitarbeiterzahl und Drittmittelvolumen ist das DFKI das weltweit größte For-

schungszentrum auf dem Gebiet der Künstlichen Intelligenz und deren Anwendungen.

Mehr Informationen: http://www.dfki.de/

Fraunhofer-Gesellschaft

Die Plattform Industrie 4.0 ist nicht die einzige Initiative, die sich mit staatlicher Hilfe um den

Einstieg in die digitale Wirtschaft kümmert. Bundesforschungsministerin Wanka setzt vor

allem auf die Fraunhofer-Gesellschaft, die ohnehin praxisorientiert forscht – immer in enger

Kooperation mit Unternehmen.

Industrial Data Space

Zu deren Projekten gehört etwa die Einrichtung eines internationalen offenen Datenraums

für die Wirtschaft. Dieses »Industrial Data Space« soll vor allem den Managern die Angst

nehmen, dass sensible Daten in falsche Hände geraten.

Virtual Fort Knox

Auch »Virtual Fort Knox« steht auf der Agenda von Fraunhofer, eine Cloud-Plattform, über

die kleine und mittlere Unternehmen digitale Produktionstools kostengünstig und auf ihre

Bedürfnisse zugeschnitten nutzen können.

ARENA2036

Fraunhofer ist ebenfalls maßgeblich dabei, wenn auf dem Gelände der Universität Stuttgart

eine Zukunftsfabrik entsteht: ARENA2036. Hier können Forscher ihre Vorstellungen in der

Praxis erproben. Ohne Fließband sollen unterschiedliche Autotypen entstehen. In der Halle

werden kleine Transportfahrzeuge den Lastentransport übernehmen und ihren Weg dabei

autonom finden. Auch sollen die Arbeiter Hand in Hand mit Robotern arbeiten. Bisher sind

die Roboter aus Sicherheitsgründen abgeschirmt. Unter der Federführung der Uni Stuttgart

sind viele Unternehmen dabei, darunter Daimler, Bosch und BASF. Spätestens zum 150.

Geburtstag des Automobils, 2036, wird sich hier, auf dem Campus der Uni Stuttgart, zeigen,

was an den Träumen von Industrie 4.0 dran ist.

Fraunhofer ISS/EAS

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, Institutsteil Entwicklung Adaptiver Syste-

me EAS

Fraunhofer IOSB

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung

http://www.dfki.de/

Documents

Industrie 4.0 – digital-vernetzte ...Evolution2Green Industrie 4.0 III Im Zuge der umfassenden Digitalisierung von immer mehr Produktionsbereichen sind künftig disruptive Veränderungen