Es waren meterlange Montagebänder, die die industrielle Fertigung Anfang des 20. Jahrhunderts revolutionierten. Die Fließbandproduktion katapultierte die Produktionskapazitäten in noch nie zuvor gesehene Sphären. Ebenfalls in diese Zeit fällt die Massenfertigung von gleich­artigen Gütern, die besonders im angloamerikanischen Raum starke Verbreitung fand. Der US-amerikanische Ingenieur Frederick Winslow Taylor entwarf in diesem Rahmen sein Konzept der ­wissenschaftlichen Betriebsführung – „Scientific Manage­ment“, besser bekannt als Taylor­ismus. Taylor zerlegte minutiös jeden einzelnen Arbeitsschritt, Mitarbeiter sollten lediglich wieder­holende und eintönige Aufgaben erfüllen, um so die Produktivität zu steigern. Modern gesprochen: der Mensch als Maschine. Taylors Theorie stieß in Gewerkschaftskreisen besonders aufgrund des Ignorierens menschlicher Arbeitsweisen auf Kritik, tatsächlich durchsetzen konnte sie sich nie.

Heute stehen wir ebenfalls am Beginn eines Wandels. Die industrielle Produktion wird zukünftig weltweit nach anderen Regeln spielen. Den Takt geben Digitalisierung und Vernetzung vor, das Credo lautet: je mehr, desto besser. Und hierbei besteht durchaus die Chance, dass tatsächlich vermehrt die Maschine die eintönigen Arbeiten übernimmt. Naturgemäß ruft jedoch der ­Begriff Industrie 4.0 verschiedenste Re­aktionen hervor. So warnt eine aktuelle Studie, die im Rahmen des World Economic Forum in Davos erstellt wurde, vor einer globalen Zwei­klassengesellschaft. Nur rund 25 Staaten, allesamt aus Europa, Nordamerika und Ostasien, seien demnach gut gerüstet für die digitale Transformation von Produktionsprozessen. Länder in Afrika, Lateinamerika und dem Nahen Osten würden hingegen zunehmend den Anschluss verlieren.

Andererseits wird dieser Wandel als ähnlich revolutionär angesehen wie jener der Informationsgesellschaft durch die Einführung des Internets. Viel Geld steckt jedenfalls drin: Nach Angaben des US-amerikanischen Beratungsunternehmens Grand View Research wird der glo­bale Smart-Manufacturing-Markt von 172 Milliarden US-$ im Jahr 2016 bis 2025 auf 395 Milliarden wachsen. Das ist wenig verwunderlich: Der Wunsch der Unternehmen, in Großserienanlagen flexibel einzelne Produkte oder unterschiedliche Serien fertigen zu können, ist groß. Effizienter, kostensparender und letztendlich produktiver sollen die Prozesse in der „Fabrik der Zukunft“ ausgestaltet sein. Die Hoffnung: wettbewerbsfähiger sein – und näher an den Kunden rücken. Denn dort winken letztendlich auch die satten Umsatzsteigerungen.

Der Weg führt über die intelligente Vernetzung von Maschinen, Anlagen und Menschen. Die Facharbeiter sollen – und das wird von den Unter­nehmen jeweils besonders betont – im Rahmen der Automatisierungswelle aber keinesfalls ausgetauscht werden oder zum alten Eisen gehören. Vielmehr arbeiten Roboter und Mensch auf Augenhöhe mitein­ander, die Mitarbeiter werden bei repetitiven und körperlich schweren Aufgaben entlastet.

Fakt ist, dass Unternehmen aus den verschiedensten Sparten und rund um den Globus an der „Fabrik der Zukunft“ arbeiten. Zwei Dinge fallen dabei auf: Erstens ­fungieren deutsche Ingenieursbetriebe oftmals als Dreh- und Angelpunkt. Und zweitens ist die Automobilindus­trie mitsamt ihrer Zulieferer bei ­diesen Anstrengungen am stärksten vertreten. Davon geht auch eine KPMG-Studie aus dem Jahr 2016 aus: „Vorweggehen werden ­Branchen mit kurzen Investitionszyklen, hohen Anlageninvestitionen und ausgeprägten Losgrößen wie die Automobilindustrie. Werden OEMs (Erstausrüster, Anm.) zu Industrie-­4.0-Unternehmen, müssen die Zulieferer folgen.“ Als Beispiele: Der Elektroautoproduzent Tesla kaufte 2016 den deutschen Maschinenbauer Grohmann Engineering um kolportierte 150 Millionen US-$, der auf Anlagen für automatisierte Produktion spezialisiert ist. Der Hintergrund: Ab diesem Jahr will Tesla jährlich 500.000 Elektrofahrzeuge produ­zieren.

Das schwedische Start-up Uniti, das Elektroautos mit Internetanbindung herstellt, setzt wiederum auf eine Kooperation von Siemens und dem deutschen Roboterhersteller Kuka, um die automatisierte Fabrik Wirklichkeit werden zu lassen. Der deutsche Zulieferer Schaeffler blickt währenddessen nach China und baut in Xiangtan (Provinz Hunan) bis 2019 einen neuen, smarten Produktionsstandort. Die Bosch-Gruppe automatisiert nicht nur in firmeneigenen Werken wie in Blaichach (Allgäu) oder Homburg (Tochterunternehmen Bosch Rexroth) die Fertigung, sondern beteiligt sich auch an Kooperationsprojekten. In der Arena 2036 in Stuttgart arbeitet man mit Konzernen wie Daimler, BASF oder Hewlett Packard Enterprise an modernen Materialien und Bauweisen für das „Auto der Zukunft“. 2036 feiert das Automobil seinen 150. Geburtstag.

Aber alles der Reihe nach. Die grundlegenden Fragen im Rahmen dieser Entwicklungen sind: Was bedeutet der digitale ­Wandel für die Geschäftsmodelle von ­Unternehmen? Können diese dadurch tatsächlich ihre Produktivität steigern? Wie können digitalisierte Prozesse aufeinander abgestimmt werden? Und: Was passiert mit den verarbeiteten Daten bei einem Cyber­crime-Angriff?

„Wir verfolgen seit rund fünf Jahren eine Doppelstrategie: So sind wir nicht nur führender Anwender von Industrietechnik, Software und Cloud-Lösungen. Bereits jetzt setzen wir diese in über 270 Fertigungsstandorten weltweit ein. Gleichzeitig sind wir Leitanbieter von Industrie-­4.0-Lösungen für Kunden außerhalb des eigenen Werks“, sagt Stefan Aßmann, Head of Connected Industry bei Bosch. Das Angebot reiche von Software- und Produktlösungen bis hin zu Services, und zwar sowohl für Großserienproduktionen etwa im Automobilbereich als auch für Kleinserien im Maschinenbau – in Asien, Europa und den USA.

Die Ziele klingen ambitioniert: Durch die vernetzte Produktion erwartet sich der Konzern einerseits eine Kostenersparnis von einer Milliarde €, andererseits zusätzlichen Umsatz, ebenfalls in der Höhe von einer Milliarde € bis 2020 (Zeitraum 2015 bis 2020). Nach den Bilanz­zahlen der Sparte Industrial Technology – darunter fällt auch die smarte Produktion – scheint das realistisch zu sein (die Bosch-Gruppe unterteilt sich in die ­Unternehmensbereiche Mobility Solutions, Industrial Technology, Consumer Goods sowie Energy and Building Technology). So legte die Sparte 2017 ein Umsatzwachstum von 7,7 Prozent auf 6,7 Milliarden € hin; 2016 betrugen die Erlöse noch 6,3 Milliarden €. Bei einem durchschnittlich benötigten Jahreszuwachs von 400 Millionen € ist man auf dem Weg zum Ziel für 2020 dementsprechend gut unterwegs.

Doch es gibt Herausforderungen: Im Geschäftsbericht 2016 zur Industrial Technology wird auf „eher zergliederte Märkte mit vielen Wettbewerbern und Kunden“ hingewiesen. Ein Selbstläufer wird das Ergebnis für 2020 also nicht. Zudem scheint offen, inwiefern es durch die Implementierung von Industrie-­4.0-Lösungen bei Unternehmenskunden oder rein durch Produktivitätssteigerungen bzw. Kosteneinsparungen in den Werken erzielt werden soll. „Unsere Zahlen und Prognosen haben eine solide Basis. Wir sind sicher, dass wir diese erreichen werden – wir haben viele Standorte, an denen wir den Zustand vor und nach der Implementierung intelligenter Lösungen gemessen haben. In einigen Werken gab es innerhalb eines Jahres eine Produktivitätssteigerung von fünf auf 30 Prozent sowie eine Bestandsreduzierung um 30 Prozent“, sagt Aßmann.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch, inwiefern es sich bezahlt macht, die Infrastruktur einer bereits bestehenden Fabrik auf einen Schlag komplett zu digitalisieren. Laut Aßmann könne man auch in bestehenden Werken mit der schrittweisen Einführung von Vernetzungslösungen und geringem Investment viel erreichen. Und tatsächlich: Sogenannte IoT-Gateways – diese fungieren als Mittler zwischen den Maschinen und übergeordneten IT-Plattformen, um deren Zustand zu analysieren – kosten nur einige Hundert Euro (etwa von Bosch, ­Festo oder Siemens). Dies wird als „Brownfield-Ansatz“ bezeichnet, ein Begriff, der aus der Softwarebranche stammt. Er bedeutet, dass eine neu entwickelte Software in eine bestehende Architektur implementiert wird. Im Gegensatz dazu steht der „Greenfield-Ansatz“ für die komplette Neuaufsetzung eines IT-Systems.

Bei intelligenten Werken, die vollständig auf dem Reißbrett entstehen, sei dies naturgemäß anders, so Aßmann. Aufgrund der Flexibilität in der Produktion würden sich die hohen Investitionskosten jedoch rasch amortisieren. In Thailand errichtete Bosch etwa erst kürzlich eine Smart Factory für Mobilitäts­lösungen. Kostenpunkt: rund 80 Millionen €. „Schritt für Schritt“ erfolgte die technologische Umsetzung auch im Bosch-Rexroth-Werk in Homburg im Saarland, wie Frank Hess erzählt. Der technische Werksleiter durchlief die ganze Karriereleiter bei der Bosch-Tochter, die auf Antriebs- und Steuerungstechnologie spezialisiert ist: So stieg er 2003 als Trainee in der Produktion und Fertigung ein und sammelte in verschiedenen Werken in Deutschland und den USA Erfahrung. Für zwei Jahre war er Assistent im Vorstandsbereich Technik und lernte dadurch auch die strategische Seite kennen. 2012 wurde er dann zum technischen Werksleiter in Homburg berufen, seit 2016 hat er zudem die weltweite Produktionsverantwortung für die Sparte Mobile Ventile inne.

Bei der Fabrik der Zukunft kommen unwillkürlich Bilder von intelligenten Robotern auf, die – bis ins letzte Detail programmiert – an verschiedensten Bauteilen schrauben. In Homburg ist dies nicht der Fall. „An der Multiproduktlinie können aus 2.000 Teilen bis zu 200 verschiedene Hydraulikmodule (diese steuern die Arbeits- und Fahrhydraulik in Traktoren, Anm.) hergestellt werden. In der ­Linie sind neun Stationen miteinander vernetzt. Diese erkennen über einen RFID-Chip, der mit den bauteilspezifischen Daten im System vernetzt ist, das Werkstück, welche Arbeitsschritte erforderlich sind und welche Bauteile wie zusammengefügt werden müssen“, so Hess. Jedes Teilstück bahnt sich selbst den Weg durch die Produktionslinie und fordert die entsprechenden Materialien an. Hierbei kommen die Fachkräfte ins Spiel. Sie bekommen auf einem Interface ein Foto oder einen Film mit den erforderlichen Montageschritten für das fertige Produkt angezeigt. Zudem bekommen speziell geschulte Mitarbeiter Daten in Echtzeit mittels des „Active Cockpit“ eingespielt. Damit wird sichergestellt, dass etwa Störungen von Maschinen frühzeitig erkannt werden. Die Analyse umfasst alle relevanten Produktionsdaten, etwa jene zu Energieauslastung, Druck, Vibration und Temperatur. Laut Hess wurden in der Multiproduktionslinie innerhalb eines guten Jahres nach vollständiger Inbetriebnahme die Bestände um bis zu 20 Prozent reduziert – gleichzeitig sei die Produktivität um zehn Prozent gestiegen.

Es scheint, als funktioniere der technische Ablauf bereits weitgehend reibungslos, denn zu größeren Störfällen sei es in der Fabrik in den vergangenen Jahren nicht gekommen, erzählt Hess weiter. Eine Stufe davor, bei der Programmierung, stößt der Ablauf aber noch an seine natürlichen (menschlichen) ­Grenzen. „Diejenigen Facharbeiter, die im Rahmen der Automatisierungstechnik die Systeme programmieren, sind nach wie vor eher Elektriker als Informatiker. Dabei müsste man die Expertise bündeln, so entstünde eine neue Berufsklasse des Industrie­informatikers“, sagt Martin Ruskows­ki, Leiter der Sparte Innovative Fabriksysteme am Deutschen Forschungszentrum für künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern. Nach mehreren Führungspositionen in der Industrie (unter anderem als Vice President bei Kuka) hat er seit 2017 die Leitung des DFKI inne sowie eine Professur für Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der TU Kaiserslautern. Damit spricht Ruskowski einen wesentlichen Punkt an. Denn auch in diversen Studien zur Industrie 4.0 (Fraunhofer Institut, KPMG) wird auf diese Problematik hingewiesen. Ein weiteres Indiz dafür ist, dass man bei Bosch relativ rasch darauf zu sprechen kommt. So sei es laut Connected-Industry-­Leiter Aßmann mit die „größte Herausforderung“, Menschen mit entsprechendem Fachwissen zu finden. Werksleiter Hess schlägt ebenfalls in dieselbe Kerbe. Dort seien es aktuell zwei spezialisierte Mitarbeiter, die sich um die Vernetzung des Standorts kümmern und zusätzlich das Know-how in der Breite der Organisation aufbauen.

Doch nicht nur die Fachkräfte sind heute (fachlich) noch zu weit vonein­ander entfernt, auch die IT-Schnittstellen der Produktionsanlagen klaffen auseinander – und zwar dann, wenn sie von verschiedenen Herstellern stammen. Es fehlt an allgemein akzeptierten Standards, kurz gesagt: Die Maschinen kommunizieren nicht in derselben Sprache miteinander. „Es werden in Zukunft Maschinen oder Anlagen verschiedener Produzenten benötigt werden, die man einfach ansteckt und die einwandfrei funktionieren“, gibt Ruskowski die Richtung vor.

Klarere Regeln wird es ­zukünftig auch beim Datenschutz und der Datensicherheit brauchen. Denn Schreckensszenarien, bei denen aufgrund einer Cybercrime-Attacke die komplette Produktion lahmgelegt wird, scheinen angesichts steigender Angriffe (siehe Seite 54) nicht mehr derart weit entfernt. Die Angst vor dem Verlust von Betriebsgeheimnissen sowie jenen von Kunden befeuert diesen Kreislauf umso mehr. „In unserem Werk folgen wir sehr strengen Richtlinien, wie unsere IT-Systeme ausgelegt sind. Um diese zu schützen, betreiben wir einen hohen Aufwand. Wir lassen nur an bestimmten Schnittstellen den Austausch von Daten zu, diese werden sehr genau überwacht“, sagt dazu Homburg-Werksleiter Hess.

Einige Jahre dürfte hingegen der Einsatz von künstlicher Intelligenz im Rahmen des Produktionsmonitorings dauern. Anhand von ­intelligenten Bildverarbeitungs­systemen könnten Maschinenausfälle etwa noch präziser vorhergesagt werden („Predictive Maintenance“). Bosch ist dazu bereits mit Forschungs­einrichtungen in Kontakt, bis zum industriellen Einsatz werde es aber noch „fünf Jahre dauern“, so Hess. „Taylors Traum“ der minutiös geplanten, in Schritte aufgeteilten Produktion – das Scientific Mana­gement – könnte so Wirklichkeit werden – und anstelle des Menschen steht die Maschine.

Dieser Artikel ist in unserer Februar-Ausgabe 2018 „Künstliche Intelligenz“ erschienen.