Smartness 4.0: Industrie 4.0 & Internet der Dinge – ein Versprechen

am Montag, 23 November 2015.

Welche Bedeutung von „Versprechen“ wird sich im Namen der viel zitierten Digitalen Transformation durchsetzen? Eine Formulierung, die man nicht meint, oder eine Formulierung, die etwas in Aussicht stellt und die Realisierung dessen zusichert?

Die Bundeskanzlerin Angela Merkel ruft am Wirtschaftsforum in Davos 2015 die deutsche Industrie dazu auf, „die Verschmelzung der Welt des Internet mit der Welt der industriellen Produktion möglichst schnell“ zu „bewältigen“. Bundeswirtschaftsminister Sigmar Gabriel ruft die Bundesrepublik Deutschland zum „digitalen Wachstumsland“ aus. Bundesarbeitsministerin Andrea Nahles stellt Anpassungen an zumindest einige Realitäten im digital basierten Arbeiten in ihrer Kampagne „Arbeit 4.0“ in Aussicht. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie jenes für Wirtschaft und Energie initiieren und protegieren Forschungs- und Pilotinitiativen, und die KfW stellt Fördertöpfe bereit. Ganz abgesehen von privaten Initiativen, die Forschung und Unternehmen verknüpfen.

Die „Digitale Agenda 2014 – 2017“ läuft auf Hochtouren – mit massiver Förderung aus der Politik, und das unterstreicht, worum es faktisch geht: die Sicherung des Wirtschaftsstandorts als einem im wörtlichen Sinn maßgeblichen „Taktgeber“ für die „Verschmelzung“ von Industrie/ Physis und Internet/ Virtualität. Das wirtschafts- und industriepolitische Engagement entspricht einem geopolitischen Interesse, dessen Realisierung als existenziell betrachtet wird. Kein Wunder, dass reine Affirmation dominiert und mit Appellen einherläuft, insbesondere der Mittelstand solle sich umgehend im Laufschritt auf den Weg machen. (Dass gleichzeitig sämtliche staatlichen Institutionen in gleichsam peinlichem Ausmaß Defizite ausweisen, sei hier nur erwähnt.)

Bei derartig viel Prominenz und täglicher medialer Flankierung sollte man meinen, alle Sprechenden und Angesprochenen sprächen vom Gleichen. Dem scheint keineswegs so zu sein, jedenfalls nicht im Bereich von KMU.

Angeblich wissen in der Wirtschaft – je nach Befragungsinstitut - nur zwischen 23% und 27% befragter Führungspersonen, wie sie Begriff und Konzept von Industrie 4.0 näher erläutern sollen (verstehen). Verschiedene Befragungen, u.a. der IAA (gut 330 Befragte) und Bitkom (über 500 Befragte), legen ein Defizit an oder Unterschiede im Verständnis nahe. In der Beratung und auf Vorträgen begegnen mir auffällig viele Führungskräfte, die zugeben, eher ein Frage- als ein Ausrufungszeichen bei „Industrie 4.0“ oder „Internet der Dinge“ vor Augen zu haben. Und dies, obgleich inzwischen zahlreiche Initiativen, Netzwerke, Cluster, Plattformen sowie Einzel- und Insellösungen (Pilotprojekte, Best Practice-Beispiele) innerhalb von Unternehmen existieren. Offenkundig hilft es nur bedingt, dass kaum ein Tag vergeht, in der öffentlich etwas zum Thema berichtet wird. Eine gewisse Skepsis scheint durchaus angebracht – sowohl in Bezug auf die vermeintliche Ignoranz als auch in Bezug auf das vermeintlich gleiche Verständnis.

Begriffserläuterung
Begriffe und Abkürzungen flirren fröhlich durcheinander: Cyber-physikalische Systeme/ CPS, Internet der Dinge, Dienste, Menschen oder Internet of Things/ IoT und Industrie 4.0.

Zwar mangelt es an einer einheitlichen, noch dazu internationalen Definition. Immerhin gibt es einen gemeinsamen Nenner, der die wichtigsten Charakteristika transportiert.

Industrie 4.0 ist ein deutscher Ausdruck, der auf zweierlei verweist. Zum einen auf die Herkunft und Basis bundesrepublikanischer Wirtschaft: Industrie, fertigendes Gewerbe, verbunden mit der Absicht, den Produktionsstandort zu halten und simultan zu einem unverzichtbaren Bestandteil des Internets der Dinge, Dienste und Menschen zu machen. Daher die Rede von „Verschmelzung“, die maßgeblich auf hiesigem Boden mitgestaltet werden soll. Zum zweiten bezeichnet er eine Epochenwende: nach den ersten drei folgt nun die vierte industrielle Revolution.

Der Begriff Industrie 4.0 wird in Publikationen häufig identifiziert mit dem Konzept des Cyber-Physical-Systems (CPS) sowie mit dem des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT). Das bedarf einer Korrektur. Stichwortartig: CPS verbindet dank embedded systems physische Dinge. Der Fokus liegt auf den Komponenten, die leistungsstark sind und sich durch kybernetische Schleifen digital miteinander vernetzen. (Das „Cyber“ verweist auf Kybernetik.) Das Internet verbindet Menschen und Dienste (Smart Services) und fokussiert Konnektivität und Community-Bildung. Hier ist es die Vernetzung, die die Leistungsfähigkeit maßgeblich bestimmt.

Vereinfacht gesagt: Konvergieren CPS und Internet, entsteht das Internet of Things. Dies bedingt, dass Objekte, Komponenten etc. im Internet adressierbar, also lokalisier- und ansprechbar sowie dank Sensoren und Akuatoren reagibel und lernfähig sind und sich daher adaptiv vernetzen können. Dies wird als „Konvergenz“ der Basistechnologie der embedded Systems sowie der des Internets bzw. der der globalen Datenwolke beschrieben.

Miniaturisierung, Adressierung und Cloud Computing dienen als Dreieinigkeit zur Begründung des IoT, verstanden als „Verschmelzung“ von physischen und virtuellen „Dingen“, Services und Menschen. Das Internet der Dinge ist insofern als synergetischer Effekt oder Emergenzphänomen beschreibbar.

Die sprachliche Gleichbehandlung von Industrie 4.0 und IoT hat sich vielleicht vor dem Hintergrund durchgesetzt, das sie die gleichen Technologien nutzen und das gleiche Ziel verfolgen: die lückenlose Vernetzung von teil- und vollautonomen, lernenden und umfeldsensiblen Dingen, Programmen, Services und Menschen.

Bei Industrie 4.0 ist dies bezogen auf fertigendes Gewerbe und ein gesamtes Wertschöpfungsnetzwerk mit dem Ziel der Losgröße 1 für Fertigung/Service – insofern ist es ein eher geschlossener Gestaltungskontext. Das IoT ist bezogen auf offenes Netzwerken im grenzfreien „globalen Dorf“, das die permanente Wandelbarkeit konkreter Netzwerke notwendig mitmeint. Im IoT existieren nur Relationen – Relationalität und Konnektivität schaffen Leistung, Nutzen, Sinn.

Sowohl Industrie 4.0 als auch IoT schleusen zunehmend Technologie(n) ein aus den Bereichen Künstlicher Intelligenz (KI) oder cognitive technology und Emotionaler Intelligenz oder emotional computing.

Digitale Transformation
Das Schlagwort von der digitalen Transformation beschreibt vor allem einen Übergang, der evolutiv in Unternehmen/ Organisationen umgesetzt wird. Simplifiziert und plakativ formuliert:

Weg von:

Zentraler Steuerung
Homogenität Hardware, ITK
Master-Slave-Modell
Deterministischen Systemen
Steuerung: Aktorenansatz

Hin zu:

Dezentraler Steuerung
Heterogenität Hardware, ITK
Kollaborativer Umgebung, Teamlogik
Probabilistischen Systemen
Steuerung nach dem Modell Agency (Multi Agenten Systeme, autonom-adaptiv, lokal, gleichberechtigt)
Synergie: KI & EI & Gefühlssensorik

Praktisch-technische Hürden & Pendenzen auf dem Weg zu Industrie 4.0/ IoT
Wenn im Titel „Versprechen“ steht, sollten Betroffene (Unternehmer, Manager) beide Interpretationsmöglichkeiten mitlaufen lassen: IoT als Zusage und Zusicherung, die für Zukünftiges gelten, sowie als eine sprachlich-semantische Fehlleistung. Denn es gibt trotz der begeisterten Rhetorik und der erwähnten Vielzahl an Initiativen, Netzwerken, Clustern und Beispielen noch ungeklärte Fragen, ungelöste Probleme und Hürden – gemessen nicht an Insel- und Einzellösungen, die bereits realisiert sind, sondern gemessen an dem Anspruch oder der Vision, die kolportiert wird: Industrie 4.0/ IoT als lückenlose Vernetzung aller adressierbaren Dinge (i.w.S.).

Unternehmen, die sich auf den Weg machen, sollten sich die aktuellen Pendenzen gegenwärtigen, um sich zu wappnen.

Zu den Pendenzen zählen:

Adressierbarkeit im IPv6
Mangel an einheitlichen Standards
- für Daten-, Signalübertragung, Verbindung zwischen Dingen/Diensten/Menschen & Dingen/Diensten/Menschen & Internet
- staatenübergreifende Lösungen bei Mobilfunkbetreibern/ tarifen (Wechsel Provider & SIM-Karte)
- Schnittstellenmanagement

Risk Management: Daten, Rechtsbeziehungen, v.a.
- Sicherheitsdefizite bei Vernetzung von Produktion & Anlagen in Firmennetzwerken (Datensicherheit, Cyberkriminalität, Spionage)
- Datenaustausch/speicherrechte: s. Aussetzung v. „safe habor“ durch EuGH
- Haftungsfragen
Zeitkritische Passung: Reimund Neugebauer (Deutsche Fraunhofer Gesell. & Mitinitiator IDS (Industrial Data Space)): Anlagensteuerung benötigt Reaktionszeiten von z.T. unter 10 Millisek. - dies nicht gegeben – nötig: Taktiles Internet.
Abhängigkeit von wenigen, meist US-amerikanischen Datenfarmen/Cloudanbietern (Big Five): Sirenenserver (J. Lanier) / Stacks (Bruce Sterling); Europäische Alternativen werden anvisiert.
Kommunikation & Kooperation M2M & M2Mensch im Sinn von alltagstauglichem Verstehen, Verständigen
- nötig u.a.: Hybride Cognitive Technology (KI), Emotional Computing, Lernmodi induktiv und deduktiv

Szenarien: Auswirkungen in und für Unternehmen und deren Umfeld: Gesellschaft
Auf die menschliche Arbeitswelt bezogen malen Fürsprecher, etwa das „Zukunftsbild 4.0“ vom Bundesministerium für Forschung und Bildung, eine Zukunft harmonischer Kooperation von Menschen und Maschinen in Pastellfarben aus. Fluide Organisationseinheiten mit Expertenbesetzung sorgen für demokratische Arbeitskultur, flexible Arbeitszeit- und Arbeitsortregelungen sowie individualisiertes Lernen/ Forbilden unterstützen Angestellte darin, ihren Work-Life-Balance- und lebensphasenspezifischen Bedürfnissen nachzugehen. Geführte und führende Assistenz- und Prozesssysteme mildern die Last von Verantwortung und Anstrengung, und das Lernen findet niedrigschwellig vorzugsweise via Augmented Reality statt, jederzeit on- und off-the-job. Umfassendes multimediales Lernen wird Angestellten wie Freien Mitarbeitern (Selbstständigen, Freiberuflern, Crowdworkern) zugänglich gemacht; gelehrt und gelernt wird zunehmend on the fly, nicht zuletzt dank Microlearning, also das (oft mobile) Lernen anhand von Schnipseln und nur dann, wenn es nötig ist, um eine Arbeit korrekt zu verrichten.

Mitarbeiterführung profiliert Führende eher als Moderatoren und Mentoren, die ihre Klientel vor allem ermutigen und befähigen, kreativ zu sein, dazu zu lernen und Optionen in der Partizipation wahrzunehmen.

Operative Führungsfunktionen werden zunehmend von Maschinen und Programmen ausgeübt (siehe unten, Beispiel Hitachi). Nur dort, wo koordiniert, Teams zusammengesetzt, „motiviert“, zu innovativem Denken und Handeln ermuntert, auf Ausnahmeanforderungen/ situationen reagiert und wo über strategische Weichenstellungen entschieden werden muss, obliegt Führung – wenngleich aufgrund von via Big Data gelieferten Materials - noch Menschen. (Die Zeit läuft allerdings – denn was digitalisiert werden kann, wird es werden. Und man höre und lese Repräsentanten wie Eric Schmidt von Google (affirmativ) und Evgeny Morozov (kritisch und politisch): Algorithmische Regulation kolonisiert alle Lebenswelten, die bald zu einer einzigen konvergiert sein werden. Calm Technology, Singularität und Immersion als Schlüsselkonzepte.)

Die aktuellen Trends werden weiterverfolgt und ausgebaut werden: Brain-Computer-Interfaces, Implantate, Head Mounted Displays, Wearables und Handhelds, 3D-Design und -Druck sowie kollaborative Arbeitsumgebungen; etwa in der Fertigung, wo Arbeiter und Roboter Hand in Hand arbeiten, weil Roboter mit umfeldsensiblen Sensoren ausgestattet sind, via Multiagentensysteme und multimodal mit dem Menschen agieren, mündlich-sprachlich, gestisch, mimisch, touch-basiert.

Unternehmen werden vertikal und horizontal vernetzt sein, in in- und externen Netzwerken, auf offenen und geschlossenen Plattformen agieren, Kapazitätsbroker für ad-hoc Organisationen und Kooperationen nutzen. Jeder Schritt wird in der Industrie 4.0 im Rahmen der gesamten Wertschöpfungskette (Management-, Prozess-, Steuerungsebene) von Idee über Entwicklung, Produktion, Logistik bis Auslieferung, Installation, Schulung, Inbetriebnahme und Services im After-Sales-Bereich und unter Nutzung von Big Data und Smart Data die Schleife vom Kunden zurück im Internet abbilden können. Diese Unternehmen sorgen für ihre eigene Auslastung und Versorgung mit innovativen Inputs nicht nur durch eine partizipationsfreundliche Mitarbeiterführung, durch Inkubatoren und Kollaboration mit bzw. Integration von Start-ups, sondern auch dadurch, dass sie mit Service-Aggregatoren zusammenarbeiten.

Diese hochinnovativen Unternehmen bewegen sich amöbengleich um den Globus und bedienen ihre Kunden dank Losgröße 1 zu jedem Zeitpunkt optimal, sowohl im BtB- als auch im BtC-Geschäft, sowohl auf dem Sektor industrieller Produktion als auch der Dienstleistung im weitesten Sinn – dank Big Data, Cloud Computing und lückenloser Vernetzung.

Die Fortschritte in Künstlicher Intelligenz und Emotional Computing befeuern auch dies: das Übertragen von kognitiven Leistungen, die einst als menschspezifisch galten: Denken, Erkennen, Entscheiden, Gestalten, sowie auch von sozial-kommunikativ-emotionalen Leistungen. Dies zeigt der Einsatz von Robotern schon heute in sozialen Bereichen wie Schule/ Universität (Südkorea, Japan), Therapie/Pflege, Führung (z.B. Hitachi).

Unternehmen müssen sich u.a. dringend die Frage stellen, wie sie mit dem Trend: dem Ersatz von Führungspersonen durch das Übertragen von Führungsfunktion/-tätigkeit auf künstliche Agenten/ Technologien umgehen möchten. Zudem drängelt sich die Frage in den Vordergrund, inwiefern den tröstenden und nett gemeinten Deklarationen zu glauben ist, der Mensch bleibe weiterhin im Mittelpunkt (so er es denn überhaupt noch ist). Vielleicht sind unternehmerische Entscheider zum ersten Mal in der Geschichte konfrontiert mit der Forderung, sich nicht nur technisch und betriebswirtschaftlich, sondern auch ethisch und politisch zu entscheiden

Der Tenor zu 4.0 ist affirmativ. Kritische und besorgte Stimmen kommen aus verschiedenen Richtungen, die ich mit einigen Stichworten versehen möchte:

Recht & Sicherheit: Datenübertragung, ungebrochene Konnektivität, Datenhoheit und Verfügungsmacht
Arbeit & Gewerkschaft: Entdemokratisierung, Totalkontrolle, Prekarisierung, Massenarbeitslosigkeit – auch von „Wissensarbeitern“
Gesellschaft: Polarisierung in Gewinner und Verlierer, Gebrauchte und Überflüssige – Risiko für den Zusammenhalt in einer Gesellschaft (von anderen Faktoren hier abgesehen)
Bildung: Risiko der Abwendung von Erlernen kognitiver Fertigkeiten und deren Anwendung zu Gunsten dessen, was als „digitale Kompetenz“ angesehen wird – die allerdings sich zunehmend erschöpft darin, technischen Anweisungen Folge zu leisten; Rudimentierung von Lernkompetenz und Souveränität.
Kulturwissenschaft: Individualisierung als Zurechnung von Handlungen und Entscheidung allein auf den Einzelnen und aufgrund algorithmischer Regulation (Evgeny Morozov): Entpolitisierung als Folge der Umdefinition sämtlicher Probleme als reine Daten-, Informations-, Verrechnungsprobleme, die gelöst werden können – und parallel dazu Auflösung demokratischer und staatlicher Institutionen zur Lenkung einer Gesellschaft.

Vor der Entscheidung für Industrie 4.0/ IoT: erste Schritte für Unternehmen
Konzerne, mit schriller Tonalität indes die KMU als Säule des deutschen Wohlstandes werden politisch und von Forschungsseite zurzeit fast gehetzt, sich als „Pioniere der Digitalisierung“ zu gerieren.

Allerdings gibt es trifftige Gründe für eine langsame Gangart. Einige wesentliche Hürden habe ich oben notiert mit dem Fazit: Bis dato gibt es im wörtlichen Sinn maßgebliche ungelöste Probleme und Desiderate, ohne die ein Internet der Dinge bereits für Teillösungen nicht oder nur schwerlich verwirklicht werden kann, geschweige denn umfänglich.

Auch aus strategischer Perspektive kann es sinnvoll sein, „vor-sichtig“ zu agieren. Die Strategien Copy Cat und Blue Ocean zeigen, dass es klug sein kann, erst einmal abzuwarten, was die Pioniere tun, um deren Produkte dann auf Schwachstellen (technische, Kunden-bezogene) zu untersuchen, zu optimieren bzw. entsprechend zu verändern und dann rasch auf den Markt zu bringen. So ist nicht selten der zweite zum ersten geworden.

Unternehmen bzw. ihre Repräsentanten sollten operative Hektik, die meist Ausfluss von Begeisterung oder Getriebenheit ist, bemerken und einander zu Vernunft aufrufen. Generell gilt: Kein Aktionismus! Selektiv und bewusst und strikt nach Maßgabe des eigenen Geschäfts entscheiden. Das kann auch bedeuten, für das Unternehmen oder (v.a. bei hoher Diversifiziertheit) ausgewählte Geschäftsfelder zu entscheiden: „Let them go big and global – I stay small and local!“

Weitere Hinweise für jene, die sich auf den Weg machen oder ihn weiterhin beschreiten möchten:

Überprüfen von Ist und Soll – einschließlich Begründungen und Investitionsvolumina innerhalb skizzierter Zeiträume (strategische Ausrichtung, operative Umsetzung, Auswirkung auf Organisation und Zusammenarbeit).
Schrittweises Vorgehen gegen „over all“ oder in einem Zug-Realisierung abwägen.
Nach übertragbaren Best Pracitice, Pilot-, Forschungsergebnissen Ausschau halten (z.B: Smart Factory Kaiserslautern, Fraunhofer Gesellschaft für Künstliche Intelligenz).
Internes interdisziplinär Gremium installieren, das Beurteilungskompetenz in Bezug auf Digitale Transformation vereint und intern als Expertengremium beratende und begleitende Funktion wahrnimmt.
Kooperationen, Kompetenz- Netzwerke, Cluster, Plattformen nutzen.
Entscheidungen treffen i.B.a. das Agieren in geschlossenen oder offenen Netzwerken/ Plattformen
Konnektivität dort installieren, wo sie sicher bzw. höchstwahrscheinlich (bezogen auf Geschäftsmodelle, Wertschöpfungsnetzwerke) benötigt wird.
Abhängigkeiten realisieren (z.B. Dateinleitung/ Datenübertragung (Geschwindigkeit, Sicherheit; (inter-) nationale Hürden in der Datenübertragung), Datenfarmen / Cloudanbieter).
Umfängliches Risk Management mit Ausfallszenarien entwerfen.
Start-ups, Inkubatoren u. dgl. fundiert auf Notwendigkeit und wahrscheinlichen Nutzen kritisch überprüfen und in Abhängigkeit von strategisch relevanten Weggabelungen im Rahmen des eigenen Geschäfts einbeziehen sowie kulturell in Bezug auf Befugnisse, Aufgaben, Ergebnisse, Ressourcen aller Art verankern und darüber unternehmensweit informieren.
Shared Services nutzen.
Freie Kapazitäten unternehmensübergreifend in Ad-hoc-Organisation und –Kollaboration mit Hilfe von Service-Aggregatoren, Kapazitätsbroker nutzen.
Qualifizieren: vorbereitend, begleitend, on- & off-the-job (didaktisch sinnvoll multimedial, -modal).
Führungsmodelle auf unternehmensspezifische Passung überprüfen und sinnvolle Entscheidungen (z.B. in puncto Zentralität, Dezentralität, Partizipation) nicht von Moden leiten lassen.