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Serie Wirtschaftswelten 2025 So erlebt ein Joghurt die Industrie 4.0

Maschinen entscheiden, Werkstücke erteilen Befehle: Die digitale Fabrik verspricht die Annäherung an das Extrem einer Produktion ohne den Menschen. Die deutschen Unternehmen müssen aufpassen, dass die USA nicht vor ihnen in der Zukunft ankommen.

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Industrie 4.0: Joghurtproduktion voll vernetzt. Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche

Futuristen überschlagen sich vor Euphorie. Deutsche Maschinen- und Anlagenbauer sollen in zehn Jahren bis zu 15 Prozent produktiver arbeiten, prognostiziert die Unternehmensberatung Boston Consulting Group (BCG). Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften Acatech glaubt sogar an Sprünge bis 30 Prozent. Und Bitkom und Roland Berger liefern sich einen Schaulauf der Superlative: Der IT- und Telekommunikationsverband verheißt Deutschland bis 2025 ein zusätzliches Wirtschaftswachstum von 80 Milliarden Euro, die Münchner Unternehmensberatung sogar mehr als das Dreifache.

Die Botschaft dahinter ist klar. Für Volkmar Denner, Chef des Stuttgarter Autozuliefer- und Elektrokonzerns Bosch, sind die Aussichten Ausdruck, dass der „Hochkostenstandort Deutschland“ international weiterhin „wettbewerbsfähig sein“ könne.

Der Quell solcher Freude ist die Digitalisierung der Fertigung, in Deutschland Industrie 4.0 genannt, in den USA Internet der Dinge. Die Chiffren beschreiben nach Mechanisierung, Elektrifizierung und Automatisierung die vierte Umwälzung in der Industrie: Hatten die Unternehmen bis zuletzt die körperliche Arbeit wegrationalisiert, machen sie sich nun daran, geistige Fähigkeiten überflüssig zu machen – indem sie diese auf Maschinen und Produkte übertragen, die einander mitteilen, wer sie sind und was sie zu tun haben.

So wird ein Joghurt in der Industrie 4.0 hergestellt
Kühe in einem Melkkarussel Quelle: dpa
Milch Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche
Molkerei Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche
Zutaten Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche
Steuerung Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche
Abfüllung Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche
Fertig Quelle: Christof Mattes für WirtschaftsWoche

Wettlauf der Ausrüster

Das Fernziel ist eine alte Utopie der Menschheit: Statt Hand und Hirn einzusetzen, dirigiert Homo sapiens ein Orchester aus Maschinen und Werkstücken, das alle Wünsche erfüllt. Ob Roboter oder Rohling, Stanze oder Stechsäge, Presse oder Packanlage – alle folgen einer gemeinsamen Partitur. Ein sozialer Organismus, in dessen Mitte der Mensch steht, halb Zuschauer, halb Akteur.

Schon ist ein Wettlauf in Gang, wer weltweit die Nase vorn hat. Ausrüster wie Siemens und General Electric, Infineon und Intel, Bosch und SAP oder die Deutsche Telekom und Microsoft, sie alle drängen in die Fabriken, um Maschinen und Produkte mit Steuerungen, Chips, Sensoren und IT in mitdenkende Agenten zu verwandeln.

Für Deutschland geht es dabei um nicht weniger als die Zukunft des bisherigen Erfolgsmodells. „Die nächsten zehn Jahre werden darüber entscheiden, ob wir weiter ein führendes Industrieland sind oder ob wir den Wandel vielleicht nicht schaffen“, sagte Kanzlerin Angela Merkel bei ihrem Aschermittwoch-Auftritt im vorpommerschen Demmin. Denn sowohl die USA als auch China machen Tempo. Zugleich zaudert der deutsche Mittelstand. Einerseits fürchtet er die hohen Investitionen, andererseits die Preisgabe von Know-how, wenn die Digitalisierung mit der Weitergabe von Daten an Kunden und Zulieferer einhergeht.

Die Folgen von Industrie 4.0 für die Branchen in Deutschland bis 2025

Mischung aus Science-Fiction und Fantasy

Verbraucher dagegen können sich jetzt schon über Produkte aus der intelligenten Fertigung freuen. Sie ermöglicht individuelle Artikel vom Nutella-Glas mit dem eigenen Namenszug bis zur ausgefallenen Nudel aus dem 3-D-Drucker.

Könnten die Produkte berichten, wie sie selbstständig über Fließbänder gleiten und durch Maschinen wimmeln, würden daraus bizarre Erzählungen zwischen Science-Fiction und Märchen, Prosa und Fantasy, basierend auf wahren Begebenheiten. Eine solche Erzählung ist die Entstehungsgeschichte eines Bechers Beeren-Müsli-Joghurt der Marke Landliebe – garniert mit allem, was die Fabrik der Zukunft von einer heutigen Fabrik unterscheidet.

Mit dem digitalen Zwilling auf Reisen

Morgens um sechs bei Bauer Markus Holzrichter im sauerländischen Halver. Noch gibt es mich nicht, den Becher Rote-Beeren-Müsli-Joghurt der Firma FrieslandCampina, zu dem ich einmal werde, allenfalls in Ansätzen, im Euter einer der 100 Kühe hier im Stall. Dafür existiert von mir schon ein Schatten in Form von Bits und Bytes, eine Art virtueller Zwilling in den Computern von Bauer Holzrichter und FrieslandCampina. Mein digitaler Doppelgänger wird in den kommenden Stunden mit mir wachsen und für mich alles regeln, was ich sein soll.

Digitales Dossier zu jeder Kuh

Zurzeit weiß mein virtuelles Ich nur, dass mein Bauer seine Kühe ausschließlich mit traditionellen Futterpflanzen füttert und auf gentechnisch beeinflusstes Futter ganz verzichtet, wie dies FrieslandCampina vorschreibt. Ein solches digitales Dossier hat Bauer Holzrichter über mich und meine Kuh angelegt. Darin ist gespeichert, wie viel Gras, Mais oder Raps zu meiner Entstehung beigetragen haben und woher das zugekaufte Futter stammt. Diesen digitalen Vorsorgepass hat Bauer Holzrichter verfasst und in die Datenbank von FrieslandCampina übertragen.

Wie und wann ich als Milch das Licht der Welt erblicke, wird dagegen von dem Melkroboter erfasst, der meine Kuh an dem kleinen Transponder erkennt, den sie am Bein trägt. Die Anlage misst die elektrische Leitfähigkeit der Milch; an ihr erkennt Bauer Holzrichter, ob das Euter gesund ist. Für FrieslandCampina dokumentiert der Melkroboter den Eiweiß-, Fett- und Laktosegehalt. Die Werte gehen via Satellit an meinen Bit-und-Byte-Zwilling, damit die Molkerei weiß, woraus sie mich später herstellt.

Einheitlichkeit der Daten ist Glückssache

Die FrieslandCampina-Manager haben Glück. Ihre Vertragsbauern und die Bauern, denen der Mutterkonzern in Holland gehört – es handelt sich um eine Genossenschaft –, sind sich einig. Bei der Erfassung, Übermittlung und Speicherung ihrer Daten benutzen Fabriken und Zulieferer die gleichen Standards .

In den Lieferketten anderer Industrien ist diese Einheitlichkeit selten und damit eines der ungelösten Probleme der Digitalisierung. Hier müssen sich die Firmen erst noch auf Übermittlungs- und Sicherheitsstandards sowie Datenplattformen einigen. Eine Untersuchung der Kölner Unternehmensberatung Inverto weist darauf hin, dass nur die Hälfte der Unternehmen damit begonnen hat, diese Voraussetzungen zu schaffen. Währenddessen setzt der Bosch-Konzern bereits Maßstäbe. Er hat gerade eine virtuelle Lieferkette nachgezeichnet. „Derzeit dürfte jeder zweite Zulieferer größte Schwierigkeiten damit haben, bei einem Projekt wie dem von Bosch überhaupt mitzumachen,“ sagt Inverto-Partner Frank Welge. Bei mittelständischen Betrieben fehle die Sensibilität für das Thema.

Serie "Wirtschaftswelten 2025"

Das Problem gewinnt an Brisanz, weil es eine große industrieübergreifende Lösung in Deutschland so schnell nicht geben dürfte. „Viel wahrscheinlicher ist, dass jeder Konzern eine eigene Plattform, einen eigenen virtuellen Datenraum mit eigenen Standards schafft“, fürchtet Experte Welge. Schließlich wolle jedes Unternehmen seine Kernprozesse geschützt wissen.

Die Uneinigkeit droht die Einführung von Industrie 4.0 in Deutschland zu bremsen. Denn ohne einheitliche Standards müssten Zulieferer ihre eigene IT an die Datenwelten der jeweiligen Abnehmer anpassen. „Da rollt eine extreme Investitionswelle auf die Betriebe zu, auf die kaum einer vorbereitet ist“, sagt Berater Welge. Schon in zwei Jahren, schätzt er, würden etwa die Autohersteller ihre Industrie-4.0-Datenplattformen aufgebaut haben. „Dann heißt es für die vorgelagerten Lieferanten, mach mit, oder du bist raus.“

Selbst die Temperatur während des Transports wird festgehalten

Es ruckelt und schwappt, gluckst und gurgelt, ich schuckele über die Autobahn quer durchs Land in die FrieslandCampina-Joghurtfabrik in Heilbronn bei Stuttgart. Ich reise nicht allein, zusammen sind wir 18.000 Liter Milch, auch von Kühen anderer Bauern. Mein virtueller Zwilling in der Datenbank von FrieslandCampina notiert das alles mit, auch die Daten zum Transportweg und zur Temperatur.

Die Rohstoffe werden auf Herz und Nieren geprüft

Eigentlich bräuchte deshalb niemand mehr zu checken, ob ich unterwegs sauer geworden bin, als ich mit dem Tanklastzug in der Molkerei eintreffe. Trotzdem prüft das hauseigene Labor noch einmal den Laktose-, Fett- und Eiweißgehalt sowie zusätzlich etwa die Anzahl der Keime. Auch diese Daten kommen zu meinem virtuellen Doppelgänger. Zudem erhält er noch Daten über mein Eintreffen auf dem Werkhof, damit mein Bauer schnell sein Geld bekommt – automatisch, per Computer angewiesen, versteht sich.

Insgesamt ist FrieslandCampina in der Lage, die Lieferkette vom Bauernhof bis zur Auslieferung an den Einzelhandel nachzuverfolgen.

Totale Kontrolle über die Produkte

Der große Charme von Industrie 4.0 für die Unternehmen liegt auch darin, dass sie durch Mobilfunk, Internet und Datenfernübertragung künftig die totale Kontrolle über ihre Produkte vor und nach der Herstellung erlangen können.

Doch dies birgt auch eine Gefahr. Denn die Übertragung menschlicher Tätigkeiten auf IT-Systeme und Algorithmen hat eine offene Flanke, die die Politik in den kommenden Jahren schließen muss. „Wir brauchen juristische Standards“, sagt Steffen Zimmermann, zuständiger Geschäftsführer beim Maschinenbauverband VDMA. Wer haftet zum Beispiel, wenn eine Bestellung irrtümlich ausgelöst wird, weil in der IT ein Fehler steckt? Oder wer kommt für den Schaden auf, wenn – der Albtraum aller vernetzten Maschinenbauer – ein Hacker ins System eindringt, irrsinnige Mengen bestellt oder Daten klaut?

Für viele Unternehmen sind das noch Rätsel mit sieben Siegeln. „Nur wenige große Maschinenbauer haben damit begonnen, eine Risikoanalyse für solche Fälle anzustellen“, sagt VDMA-Experte Zimmermann. „Die meisten mittelständischen Betriebe sind noch nicht so weit.“

Milch wird zu Joghurt

Es ist so weit, ich bin angekommen bei FrieslandCampina in Heilbronn. 450.000 Liter Milch werden hier jeden Tag verarbeitet. Glänzende Edelstahlrohre, verbunden durch Hunderte von Ventilen, winden sich wie ein metallenes Gespinst durch eine riesige Halle. Daneben thronen haushohe Tanks und Behälter mit zerkleinerten Himbeeren, Erdbeeren, Äpfeln, Nüssen und Getreideflocken, die wohlportioniert im Sekundentakt ihren Inhalt abgeben. In diesem technischen Tohuwabohu soll ich zu 150 Gramm Joghurt in einem 4,3 Zentimeter hohen Becher werden.

Ich bin in einem Spezialtank gelandet, um mich herum wird es dunkel, still und warm. Nachdem ich kurz erhitzt worden bin, damit die Keime in mir absterben, ruhe ich hier nun die nächsten drei Stunden bei schwülen 40 Grad. Milchsäurebakterien verwandeln mich endlich in den Joghurt, zu dem ich werden soll. Mein Tank weiß, dass ich für Müsli-Joghurt Rote Beere bestimmt bin, also cremig bleiben und nicht stichfest werden soll. Deshalb schickt er mich anschließend durch ein Gerät, dass mich glatt zieht.

Gleichzeitig kümmert sich mein zweites Ich um die Vorbereitung der Mischung aus Getreide sowie Erd- und Brombeeren, die mich verfeinern sollen. Die Zutaten kommen fertig von zertifizierten Herstellern aus ganz Deutschland. Die Daten, die sie FrieslandCampina übermittelt haben, sind längst Teil meines digitalen Abbildes, dazu die Werte, die das Labor in Heilbronn noch einmal über die Zutaten erfasst hat.

Anlagen kommunizieren untereinander

Das ist der große Unterschied zwischen Industrie 4.0 und klassischer Automatisierung. Aktuell werden die Maschinen in den meisten Lebensmittelfabriken noch von einem Zentralrechner gesteuert. Künftig sollen die Anlagen über das Internet oder eine andere Dateninfrastruktur miteinander sowie mit den Produkten kommunizieren, direkt oder mit ihrem Datenschatten.

Diese cyberphysischen Systeme – also das Zusammenspiel von Maschinen und Datenströmen im Internet – bilden das Gehirn künftiger intelligenter Fabriken, auch Smart Factorys genannt. Sie ermöglichen, dass Maschinen eigenständig handeln und ihren nächsten Arbeitsschritt selbstständig erkennen. Entweder der virtuelle Zwilling des Produkts teilt den Anlagen dies mit. Oder am Produkt haftet ein Chip, der alle Daten des Werkstücks speichert und an die Maschinen weiterreicht.

Maschinen reagieren selbst auf Probleme

Der Vorteil gegenüber heute: Erstens können die Maschinen – je nach Auslastung und Art der Produkte – blitzschnell entscheiden, in welcher Reihenfolge sie welche Arbeitsschritte erledigen. Dafür haben sie eine Palette an Werkzeugen, aus der sie sich selbstständig bedienen. Zweitens erlauben die Daten, ein Produkt automatisch durch die Fertigung zu schleusen.

Die Digitalisierung wird vor keiner Branche haltmachen. Autozulieferer Bosch hat bereits die Lieferkette für ein Bauteil eines Dieselmotors nachgebildet. Die Laserschneider des Maschinenbauers Trumpf wiederum wissen schon selbst, wann ihre Linsen gereinigt werden müssen.

Autonome Erntehelfer
Eine landwirtschaftliche Maschine auf einem Feld Quelle: Claas
Traktoren mit Lenksystem Quelle: Claas
Agrobot, mechanischer Erntehelfer Quelle: Agrobot
Feldroboter Quelle: David Dorhout
Ein Flugroboter wird über einem Feld fliegen gelassen Quelle: dpa
Satellitenbild Quelle: NASA astronauts
Ein Landwirt ruft Daten in einem Traktor ab Quelle: Claas

Automatisch in den richtigen Becher

Ruhe und Wärme sind vorbei, die Temperatur beträgt nur noch zehn Grad. Es ist laut, direkt neben mir formen Maschinen aus einem 70 Zentimeter breiten Kunststoffband Schälchen für andere Joghurts. Ich komme in einen Becher, der fertig zugekauft wurde. Die Aufschriften sind verschieden, mal Müsli Cranberry, mal Schoko-Erdbeer, mal Apfel-Ananas. Den Befehl, mich in den richtigen Becker abzufüllen, der bereits Beeren und Müsli enthält, gibt mein digitales Abbild im Computer.

Jetzt bin ich dran, mein digitales Ebenbild im Rechner weist die Anlage an, mich in den Becher zu füllen. Ein paar Meter weiter bekomme ich einen Deckel aus Aluminium verpasst – fertig. Die Anlage schiebt mich mit anderen Bechern über lange Bänder in die Versandabteilung.

Der Mensch greift immer seltener ein

Ganz allein, gesteuert nur durch sich selbst und die Maschinen, ist der Becher Müsli-Joghurt Rote Beere von FrieslandCampina nicht entstanden. Es gibt noch einen Leitstand in Heilbronn, an dem ein Mensch arbeitet: Jochen Gundel. Der 24-Jährige bedient die Steuerzentrale der Joghurtproduktion. Wenn es um Anlagetechnik oder Hygiene geht, macht ihm niemand so leicht etwas vor. Doch Gundel muss von Jahr zu Jahr immer seltener eingreifen.

Bei FrieslandCampina in Heilbronn wie in allen anderen Fabriken ist absehbar: Industrie 4.0 spart Arbeit. BCG zufolge frisst die Digitalisierung in den kommenden zehn Jahren in Deutschland allein im Maschinenbau 220.000, in der Autoindustrie 165.000 und in der Nahrungsmittelindustrie 100.00 Arbeitsplätze.

„Deshalb ist die Produktion der Zukunft aber nicht menschenleer und bedeutet auch nicht zwingend zunehmende Automatisierung“, sagt BMW-Vorstand Harald Krüger. Im Werk Landshut des bayrischen Autobauers zeigen Mitarbeiter in der Qualitätskontrolle der Lackierstraße neuerdings nur noch mit dem Finger auf eine fehlerhafte Stelle. Automatisch erfasst die Kamera die exakten Koordinaten und speist sie ein. Dabei hilft ein unsichtbares Netz, das Sensoren aufs Blech werfen. Früher mussten die Mitarbeiter die Stelle, die es auszubessern galt, aufwendig am PC erfassen.

Trotzdem gibt es laut BCG einen Lichtblick für die Beschäftigung in der deutschen Industrie im Jahr 2025: Weil die Unternehmen durch Industrie 4.0 wettbewerbsfähiger würden, gebe es mehr Aufträge und in der Summe 390 000 neue Arbeitsplätze, davon 95.000 im Maschinenbau, 50.000 in der der Nahrungsmittel- und 15.000 in der Automobilindustrie.

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Allerdings steht Industrie 4.0 erst ganz am Anfang. Bei FrieslandCampina etwa ist die Versandabteilung bisher kaum digitalisiert. „Hier ist Industrie 4.0 erst in Ansätzen verwirklicht“, sagt Markus Brettschneider, Deutschland-Chef von FrieslandCampina. Erst recht gilt das für die Einbindung des Handels. Die viel beschworene automatische Nachbestellung durch die Supermarktkasse, wenn der letzte Artikel verkauft ist, bleibt Zukunftsmusik. „Die Vernetzung zwischen Herstellern und dem Handel kann noch deutlich weiter gehen, und die Verbraucher könnten dadurch noch mehr Informationen zum Produkt wie Herkunft oder Verarbeitungsort erhalten“, sagt Markus Lorenz von der Boston Consulting Group.

Weiter ohne den Datenzwilling

Die Zeit des Abschieds ist gekommen. Eine Maschine steckt mich in eine Großverpackung, die ein Gabelstapler sodann in einen Lkw verfrachtet. Wenn ich das Werk verlasse, springt mein Datenzwilling ab. Dann bin ich allein, ohne Industrie 4.0.

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