Digitale Transformation: Industrie 5.0 und Muda

Es gibt vier große Technologietrends, die sich darauf auswirken, wie und wo die Fertigung und vieles andere stattfindet: Künstliche Intelligenz, Cloud Computing, Fertigung im Weltraum und die Kreislaufwirtschaft (OK, der letzte ist kein Technologietrend im engeren Sinne, aber lassen wir das im Moment mal beiseite).

In diesem Artikel möchte ich einen kurzen Blick darauf werfen, wie Menschen und Maschinen in der Industrie 4.0 stärker miteinander verbunden sind und wie wir bereits in eine fünfte industrielle Revolution eingetreten sind, bevor ich einige der Themen aufgreife, die sich insbesondere aus zwei der vier Trends ergeben: die weltraumgestützte Fertigung und die Kreislaufwirtschaft.

Wenn Sie in der Fertigung und im Vertrieb tätig sind, teilen Sie sicher mein Bestreben, Systeme und Prozesse zu schaffen, die intelligenter, effizienter und damit weniger verschwenderisch sind. Übrigens, intelligentere Systeme müssen nicht immer die modernsten sein. Manchmal ist das, was funktioniert, das Beste. Natürlich wollen wir die Verschwendung reduzieren, um Gewinn und Wachstum zu sichern. Aber wir müssen auch verstehen, welche Auswirkungen unsere Maßnahmen haben. Ich schließe mit einigen Gedanken über die Notwendigkeit, die größte Verschwendung von allen zu vermeiden - die Verschwendung unseres Planeten.

Digitale Transformation: Bereit machen zur nächsten revolution

Klaus Schwab, Vorsitzender des Weltwirtschaftsforums (WEF), schrieb 2015 in einem Artikel über die Ankunft einer vierten industriellen Revolution, und Industrie 4.0 wurde zum Thema der WEF-Konferenz in Davos im folgenden Jahr (1). Deutsche Technologiestrategen hatten den Begriff bereits seit einigen Jahren verwendet, und die Veranstaltung in Davos machte ihn einem weltweiten Publikum bekannt. In seinem Artikel hob Schwab die "Geschwindigkeit, den Umfang und die Auswirkungen auf die Systeme" hervor, die Industrie 4.0 zu einem Schrittwechsel gegenüber früher machen. Doch aus unserer Perspektive im Jahr 2021, angesichts der enormen und ungewissen Auswirkungen der COVID-19-Pandemie, erscheint die Geschwindigkeit des Wandels in der Industrie 4.0 ein wenig seltsam.

Die weltweite Reaktion auf die Pandemie hat viele bestehende Trends beschleunigt und einige in den Overdrive getrieben. Der Marketingexperte Scott Galloway (2) weist darauf hin, dass Apple-Computer 42 Jahre brauchten, um eine Bewertung von einer Billion Dollar zu erreichen. Doch zwischen März und August 2020 schoss der Wert von Apple von 1 Billion auf 2 Billionen Dollar in die Höhe. In denselben 20 Wochen wurde Tesla zum wertvollsten Automobilunternehmen der Welt mit einer Marktkapitalisierung, die nicht nur größer ist als die von Toyota, Volkswagen, Daimler oder Honda, sondern auch größer als die von allen zusammen. Diese Art von Marktverhalten erinnert mich an den "irrationalen Überschwang" des Dot-Com-Booms vor etwas mehr als zwanzig Jahren. Aber auch damals hat das Internet alles verändert.
Heute erwarten wir eine langfristige Wertschöpfung durch die Umgestaltung der Fertigung durch Industrie 4.0, insbesondere durch den Aufstieg der intelligenten Fabrik. Damit sowohl die neuen als auch die intelligenten Aspekte von Industrie 4.0 zum Tragen kommen können, müssen mehrere wichtige Variablen im Spiel sein. Die datengesteuerte Automatisierung bildet die Grundlage für die intelligente Fabrik. Zusammen mit der raschen Einführung der vernetzten Maschine-zu-Maschine-Kommunikation hat sie wichtige Innovationen wie den Einsatz von autonomen Robotern in Produktionsprozessen ermöglicht.

Eine ausgefeilte Datenanalyse bietet intelligenten Fabriken ein besseres Problemmanagement durch Entscheidungsfindung in Echtzeit und präzise vorausschauende Wartung. Vorbeugen ist besser als heilen - das gilt für Maschinen genauso wie für Menschen. Und aus der Konvergenz von Menschen mit Maschinen und Prozessen entstehen ganz neue Eigenschaften.

Doch bevor wir uns den kybernetisch-physikalischen Systemen und den technologischen Fortschritten zuwenden, die sie möglich gemacht haben, lohnt es sich, einen Moment lang an die Wurzeln der Kybernetik in den menschlichen Beziehungen zu erinnern. Schließlich hat Norbert Wiener sein berühmtes Kybernetik-Buch The Human Use of Human Beings genannt. Im Januar 2021 veröffentlichte die Europäische Kommission ein Forschungs- und Innovationspapier, in dem sie zu einer fünften industriellen Revolution auf der Grundlage eines Konzepts für Industrie 4.0 aufruft, das die technologischen Fähigkeiten mit einer "nachhaltigen, menschenzentrierten und widerstandsfähigen" Agenda in Einklang bringt.

Mit anderen Worten: Die nächste industrielle Revolution ist bereits da. Wir haben die Welt der Industrie 5.0 betreten. Die Autoren des Papiers verweisen auf das berühmte Bild von Charlie Chaplin aus seinem Meisterwerk Moderne Zeiten, das 1936 in der Ära der Massenproduktion der Industrie 2.0 entstand. Hier sehen wir den unglücklichen menschlichen Arbeiter, gefangen zwischen den riesigen Rädchen der Maschine, die er bedienen soll. Für die Kommission besteht das Versprechen der Industrie 5.0 darin, dass sie sich weiterhin auf Innovation konzentrieren und gleichzeitig einen sozialen Wandel "jenseits von Arbeitsplätzen und Wachstum" schaffen wird.

Lesen Sie weiter zum Thema auch unter: "11 Herausforderungen der digitalen Transformation".

Digitale Transformation: Digitale Innovationen, Menschliche Systeme

Die Industrie 5.0 hat eine ganz andere Auffassung vom Verhältnis zwischen Mensch und Maschine als Charlie Chaplin. Wenn es um digitale Technologien geht, wollen wir mit ihnen arbeiten, nicht an ihnen - und schon gar nicht für sie. Dies ist zum Teil der Grund für den Ansatz, der als cyber-physische Systeme bekannt ist. Cyber-physische Systeme sind das Ergebnis der raschen Verbreitung von Technologien wie dem industriellen Internet der Dinge (IIoT), intelligenten Sensoren und kontaktlosen Identifizierungstechnologien. Der Aufbau von Verbindungen zwischen zwischen diesen digitalen Einheiten und der physischen Welt, in der sie arbeiten, können Menschen, Maschinen und Systeme über verteilte Echtzeitinformationen integriert werden (siehe auch: Prozesse und digitale Information).

So wird die RFID-Technologie beispielsweise zur Identifizierung und Lokalisierung von Objekten in intelligenten Fabriken eingesetzt. Winzige, wiederverwendbare Tags, die auf elektromagnetische Radiowellen reagieren, werden in Objekte eingebettet, so dass sie von Sensoren verfolgt werden können, die Daten an Handlesegeräte und Überwachungsstationen senden. Sensoren spielen eine große Rolle in der intelligenten Fabrik und sind von entscheidender Bedeutung für die Gesamtfunktionen von Industrie 4.0. Neben der Verfolgung von Objekten mit RFID können Sensoren auch eigenständige Maschinen mit einer funktionalen und kontextbezogenen Echtzeitüberwachung verbinden. Cyber-physische Systeme haben sich in allen Branchen und auch bei Behörden etabliert, was zu hohen Erwartungen an ihre Leistungsfähigkeit geführt hat. Dies gilt insbesondere für die Fertigung und Produktion. Die Kombination aus Ferndiagnose, selbstorganisierenden Fähigkeiten und Echtzeitsteuerung treibt nicht nur die Verbesserung bestehender Prozesse voran, sondern ermöglicht auch neue Fertigungsmodelle.

Auch wenn es auf den ersten Blick so aussieht, als ginge es dabei hauptsächlich um Maschinen, die andere Maschinen überwachen und in deren Funktionsweise eingreifen, sind diese Systeme in Wirklichkeit auf den Menschen ausgerichtet. Menschen können über alltägliche mobile Geräte wie Smartphones und Tablets leicht mit cyber-physischen Systemen interagieren, und die Technologie der erweiterten Realität (AR) wird zunehmend in die Installation, den Betrieb und die Wartung von cyber-physischen Systemkomponenten integriert. Der Einsatz von AR-Wearable-Devices, wie z. B. kopfgetragene Smart-Displays wie Google Glass, unterstützt sowohl eine höhere Produktivität als auch eine bessere Ausbildung der Menschen. Dadurch können sie in verteilten Produktionsstätten von einem Standort zum anderen wechseln, ohne dass die betriebliche Kontinuität beeinträchtigt wird. 

Digitale Transformation: Die großen disruptoren

Im Gesamtbild von Industrie 4.0 - oder sogar Industrie 5.0 - müssen wir jedoch die Risiken einer Unterbrechung durch die vier großen Trends, die in der Einleitung erwähnt wurden, in den Griff bekommen und gleichzeitig mit dem Potenzial umgehen, dass sie durch unbeabsichtigte Folgen unterbrochen werden. In diesen Tagen wird viel über künstliche Intelligenz gesprochen, ebenso wie über Cloud-basierte Systeme, die Server, Datenbanken, Netzwerke, Software und Analysen von überall aus zur Verfügung stellen. Hier möchte ich mich auf die neuen Möglichkeiten der Weltraumfertigung konzentrieren, die bald kommerziell nutzbar sein werden, und auf die Notwendigkeit, in der Industrie nachhaltige Kreisläufe zu schaffen.

Es mag wie Science-Fiction klingen, aber die Produktion außerhalb des Weltraums ist jetzt eine ernsthafte Perspektive. Die NASA hat ein eigenes Projekt für die Fertigung im Weltraum mit einem eigenen coolen Logo, das das Motto "Make it - Don't take it" trägt. Während das ursprüngliche Ziel die bedarfsgerechte Fertigung für lange Weltraummissionen war, arbeitet die NASA nun zusammen mit privaten Unternehmen wie SpaceX und Blue Origin an der kommerziellen Fertigung unter niedrigen und schwerelosen Bedingungen, die Kosten senken und Innovationen fördern kann.

Der 3-D-Druck hat sich im Weltraum als besonders vielversprechend erwiesen. Seit 2014 führt die NASA detaillierte Studien über die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf das Fused Deposition Modeling durch. Neben der Fertigung ohne Schwerkraft erforscht die NASA auch neue Materialien und neue Kombinationen bestehender Materialien, wobei sie zumindest ein Auge auf die potenzielle Metallgewinnung auf dem Mond wirft, die Teil ihres Plans ist, innerhalb des nächsten Jahrzehnts eine ständige Mondbasis zu errichten. Einer der kommerziellen Partner der NASA, das Unternehmen Made In Space Inc. mit dem treffenden Namen, will sogar noch weiter gehen und entwickelt 3-D-gedruckte Lebensräume, die, wie sie behaupten, dazu beitragen könnten, Elon Musks "Stretch"-Ziel zu erreichen, bis 2050 eine Million Menschen auf den Mars zu bringen (3). Wenn wir von intelligenten Fabriken sprechen, die überall entworfen und hergestellt werden können, müssen wir nicht nur an internationale Standorte denken, sondern auch an interplanetarische und - wer weiß - vielleicht sogar intergalaktische Standorte!

All diese Aktivitäten im Weltraum klingen aufregend, aber sie sind auch gefährlich.Wie Musk selbst voraussieht, werden bei der Verwirklichung seines Traums "wahrscheinlich eine Menge Menschen sterben". Und es gibt noch mehr unmittelbare Bedrohungen durch die zunehmende Zahl von Objekten im Weltraum, die von Menschenhand geschaffen wurden.

Abgesehen von der Möglichkeit, dass der Weltraum zu einem weiteren Kriegsschauplatz für den Menschen wird, gibt es das Problem des "Weltraumschrotts", d. h. von Material, das entweder weggeworfen wurde oder in der Umlaufbahn defekt wurde und mit unvorhersehbaren Folgen zur Erde zurückkehrt. Diese Befürchtung hat sich erst kürzlich bewahrheitet, als ein Teil einer im April 2021 gestarteten chinesischen Rakete bei der Rückkehr auf die Erde einen "unkontrollierten" Wiedereintritt hatte. Angesichts der Tatsache, dass die Erde zu 71 % von Wasser bedeckt ist, bestand immer die Wahrscheinlichkeit, dass die Rakete ins Meer stürzen würde, und genau das ist schließlich auch passiert. Aber es bestand zumindest die Möglichkeit, dass er ein bewohntes Landgebiet trifft. Das ist, wie der US-Astrophysiker Jonathan McDowell etwas untertrieben sagte, "potenziell nicht gut". Man muss Musk und SpaceX zugutehalten, dass eine ihrer bisher bemerkenswertesten Innovationen die wiederverwendbare Rakete ist, angefangen mit der Falcon 9 im Jahr 2014 und fortgesetzt mit dem ehrgeizigen Starship SN15. Aber selbst wenn wir gebrauchte Raketenbooster zur Startrampe zurückbringen können, um sie zu befüllen und erneut zu starten, bleibt noch viel zu tun, wenn wir wollen, dass die Erde ein lebensfähiges Zuhause für uns bleibt.  Vielleicht ist es gut, dass die COVID-19-Pandemie eine neue Dringlichkeit in Bezug auf die Nachhaltigkeit in der Produktion ausgelöst hat, auch wenn sie nicht ganz so stark zugenommen hat wie die Marktkapitalisierung von Tesla. Die Methoden zur Verbesserung der industriellen Nachhaltigkeit sind nicht neu, und es mangelt nicht an gutem Willen. Aber es sind die Taten, die zählen.

Wir bei Identec Solutions sind sehr stolz darauf, dass wir seit 2012 jedes Jahr das Ökoprofit-Zertifikat erhalten haben.Dies spiegelt unser Engagement für eine nachhaltige Industrie und unsere Überzeugung wider, dass die Reduzierung von Abfällen nicht nur der Produktivität und dem Gewinn, sondern auch den Menschen und dem Planeten zugute kommt.Wir sprechen von der Bekämpfung von Muda, dem japanischen Konzept der "Verschwendung", das vom Toyota-Produktionssystem als Oberbegriff für sieben nicht wertschöpfende Aktivitäten in der Produktion übernommen wurde. Unser Ziel ist es, unseren Kunden dabei zu helfen, dasselbe zu tun.

Aber wir wissen, dass die Bekämpfung von Muda eine nie endende Aufgabe ist, für jedes Unternehmen und für den Planeten als Ganzes. Die britischen Forscher Anne Velenturf und Phil Purnell (4) schreiben, dass "im Jahr 2017 mehr als 100 Milliarden Tonnen an Materialien in die Weltwirtschaft gelangt sind". Gleichzeitig werden 99 % der von den Verbrauchern gekauften Produkte "innerhalb von sechs Monaten nach dem Kauf weggeworfen, ohne dass das Material wiederverwertet wird".Dies zeigt, dass das lineare Modell "Entwerfen - Produzieren - Verkaufen - Verwenden - Wegwerfen" ganz offensichtlich nicht nachhaltig ist. Eine Kreislaufwirtschaft, wie der Name schon sagt, bewegt sich weg von diesem Modell und hin zu einem Modell, das auf einem erneuerbaren Produktzyklus basiert. Für die Industrie bedeutet dies eine Verringerung der Abfälle in den Herstellungsverfahren und der Logistik sowie ein Überdenken der Reparatur und Wiederverwendung nach dem Verkauf. Dies käme nicht nur der Umwelt zugute, sondern brächte Herstellern und Zulieferern auch Kosteneinsparungen, Vorteile bei der Einhaltung von Vorschriften und beim Ansehen, ein höheres Engagement der Mitarbeiter und eine größere Widerstandsfähigkeit sowohl gegenüber traditionellen Wettbewerbsherausforderungen als auch gegenüber unvorhergesehenen künftigen Schocks.

Es fehlt jedoch an anerkannten Indikatoren für Konzepte der Kreislaufwirtschaft, was die praktische Anwendung eher behindert. Aber durch die Nutzung der gleichen intelligenten Fabrik-Assets, die wir hier behandelt haben, könnten wir eine bessere Gestaltung und Bewertung von Initiativen der Kreislaufwirtschaft vorantreiben.Und wir müssen uns mit der Kreislaufwirtschaft befassen, wenn wir unseren Erfindungsreichtum der Industrie 4.0 auch im Zeitalter der Industrie 5.0 beibehalten wollen. Wie ich bereits an anderer Stelle geschrieben habe, bestand die bevorzugte Strategie in der Massenproduktion viele Jahre lang darin, einen möglichst hohen Automatisierungsgrad zu erreichen, mit dem Ziel, eine "Lights-out"-Fabrik zu werden, die keine menschliche Anwesenheit vor Ort benötigt. Die COVID-19-Pandemie und der anhaltende Klimanotstand bergen jedoch das Risiko, dass die gesamte Erde zu einem "Lights-out"-Planeten wird, der keinerlei menschliche Anwesenheit mehr benötigt.

Resümee

Das wäre wirklich die Mutter aller Mudas, diesen "blassblauen Punkt", wie der berühmte Astronom Carl Sagan die Erde nannte, zu verschwenden, wo wir doch wissen, dass wir die Mittel haben, um Gewinne, Menschen und den Planeten zu erhalten. Die Frage ist, ob wir den Willen dazu haben.Natürlich gibt es keine Einzellösung. Wir brauchen die Cloud, wir müssen den Weltraum erforschen, wir brauchen eine faire und erklärbare KI, wir brauchen eine Kreislaufwirtschaft und vieles mehr. Aber es gibt Schritte, die jeder von uns unternehmen kann, um uns alle auf einen besseren Weg zu bringen.

Quellen:

(1) https://www.weforum.org/agenda/2016/01/the-fourth-industrial-revolution-what-it-means-and-how-to-respond/
(2) https://www.irishtimes.com/business/technology/after-covid-how-firms-can-make-the-most-of-their-post-pandemic-opportunities-1.4438604
(3) https://observer.com/2020/10/3d-printing-international-space-station-made-in-space-interview/
(4) https://theconversation.com/what-a-sustainable-circular-economy-would-look-like-133808

Author

Dr. Urban Siller, CEO

Urban Siller ist der CEO von IDENTEC SOLUTIONS und besitzt einen Doktortitel in Maschinenbau und einen Master in Betriebswirtschaft. Urban Siller leitete mehr als 25 Jahre lang Unternehmen in den Bereichen Lieferkette, medizinische Geräte und industrielle Automatisierung. Seine Leidenschaft ist es, innovative Produkte und Lösungen zu entwickeln, die den Kunden messbare Vorteile bringen. Er erlebt täglich, wie seine Kunden "seine" Produkte und Lösungen nutzen, und denkt bereits über neue Wege nach, um sie noch besser zu bedienen.