Studie Industrie 4.0 Deutschland IIoT: Das muss in Forschung und Entwicklung getan werden

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Industrie 4.0 wird zunehmend zu einem Schlüssel für die Sicherung und Weiterentwicklung der Wertschöpfung in Deutschland. Die zweite, überarbeitete Fassung der „Themenfelder Industrie 4.0“ des Forschungsbeirats der Plattform Industrie 4.0 liefert aktualisierte Themenfelder und leitet daraus Forschungs- und Entwicklungsbedarfe ab.

Die „Themenfelder Industrie 4.0“ veröffentlichte der Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0 erstmals im Jahr 2019. Die Ergebnisse wurden jetzt aktualisiert und ergänzt. Sie sind unterteilt in „industrielle Wertschöpfung im Wandel“, „Perspektiven technologischer Entwicklungen“, „Engineering von Industrie 4.0-Lösungen“ und „Arbeit, Unternehmen und Gesellschaft“.

„In jeder innovativen Disziplin muss regelmäßig überprüft werden, ob die Inhalte und deren Schwerpunkte noch adäquat gewählt sind, denn Rahmenbedingungen und Prioritäten können sich ändern“, erklärt Peter Liggesmeyer (Fraunhofer IESE), wissenschaftlicher Sprecher des Forschungsbeirats der Plattform Industrie 4.0. „Mit der nun vorliegenden neuen Themenstruktur hat der Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0 seine thematischen Schwerpunkte aktualisiert. Wir sind sicher, damit eine gute Arbeitsgrundlage für die kommende Forschung zu Industrie 4.0 geschaffen zu haben.“

Die aktualisierten Themenfelder zeigen deutlich, dass für die Weiterentwicklung von Industrie 4.0 nicht nur an technischen Themen gearbeitet muss, sondern dass auch ökonomische und soziale, gesellschaftliche Themen ebenso wie das umfassende Systems Engineering verfolgt werden müssen“, ergänzt Harald Schöning (Software AG), Sprecher der Industrie des Forschungsbeirats der Plattform Industrie 4.0. „Nachhaltigkeit als eine der großen Herausforderungen unserer Zeit findet sich als Querschnittsthema in jedem der vier Themenfelder wieder.“

Themenfeld 1: Industrielle Wertschöpfung im Wandel

Im ersten Themenfeld wird der Forschungs- und Entwicklungsbedarf primär aus ökonomischer Sicht definiert und der umfassende Transformationsprozess im Zuge der Umsetzung von Industrie 4.0 aufgezeigt. Dabei geht es unter anderem um die Realisierung der Daten- bzw. Plattformökonomie, die Gestaltung und Implementierung von Geschäftsnetzwerken und Ökosystemen, die Konzeption und Umsetzung innovativer, daten- beziehungsweise wissensgetriebener Geschäftsmodelle sowie um die zunehmende Komplexität, Interdisziplinarität und Autonomie von Produkten bzw. Produkt-Service-Systemen.

Hinzu kommt die vertikale und horizontale Integration zur Verminderung der Ressourcenverbräuche und zur Steigerung der Energieeffizienz aus der Perspektive einer ökologisch nachhaltigen Wertschöpfung. Die Forschungs- und Entwicklungsbedarfe zur Realisierung einer nachhaltigen Wertschöpfung orientieren sich insbesondere an ethischen Grundsätzen beim Aufbau und beim Betreiben von Wertschöpfungsnetzwerken.

Themenfeld 2: Perspektiven technologischer Entwicklungen

Hier liegt der Schwerpunkt einerseits auf nachhaltigen, flexiblen und modular konfigurierbaren Produktionssystemen und deren Systemarchitekturen und andererseits auf den maßgeblichen technologischen Treibern. Forschungs- und Entwicklungsbedarfe werden in den Bereichen Industrial AI und Autonomie, Sensorik und Aktorik, Kommunikations- und Computing-Technologien, souveräne Datenräume sowie Biologisierung in technischen Produkten und Systemen identifiziert.

Themenfeld 3: Engineering von Industrie 4.0-Lösungen

Die Nutzung von Industrie 4.0-Lösungen setzt eine systematische Planung, Konzipierung, Entwicklung, Validierung, Simulation und Erprobung der zugrundeliegenden technischen bzw. soziotechnischen Systeme voraus. Die steigende Komplexität der Systeme und die Orchestrierung der übergeordneten Systemverbünde erfordern eine ganzheitliche und strategische Herangehensweise – wie sie zum Beispiel im Systems Engineering oder Advanced Systems Engineering umgesetzt werden. Konkreter Forschungs- und Entwicklungsbedarf wird in diesem Themenfeld vor allem in neuen Methoden und Werkzeugen für die Industrie 4.0-Lösungsentwicklung gesehen. Darüber hinaus erfolgt eine Differenzierung des Forschungs- und Entwicklungsbedarfs nach strategischer Planung und Auslegung, Erprobung sowie Betrieb von Industrie 4.0-Lösungen.

Themenfeld 4: Arbeit, Unternehmen und Gesellschaft

In diesem Feld wird der Forschungs- und Entwicklungsbedarf aus soziologischer Perspektive sowie im Kontext der Zukunft der Arbeit betrachtet. Dabei stehen Erkenntnisse und Methoden für die menschenorientierte System- und Arbeitsgestaltung, die Notwendigkeit zum Aufbau von Kompetenzen und Qualifizierung und den organisationalen Wandel im Fokus.

Zentral sind in diesem Kontext auch Fragen nach rechtlichen Herausforderungen, etwa in Bezug auf Datenschutz und -sicherheit. Für den gesamtgesellschaftlichen Dialog wird zudem die Notwendigkeit hervorgehoben, weiterhin die Forschung zu den Risiken und Chancen von Industrie 4.0 voranzutreiben, um Industrie 4.0 an den Bedürfnissen der Menschen auszurichten.

Fokus auf Nachhaltigkeit

Der Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0 geht, wie auch das „Leitbild 2030“ der Plattform Industrie 4.0, von einem umfassenden Verständnis der Nachhaltigkeit aus, welches die gleichzeitige Umsetzung ökologischer, sozialer und ökonomischer Ziele berücksichtigt. Hier besteht Forschungs- und Entwicklungsbedarf. So kann das Potenzial der Digitalisierung z. B. bei der Emissionsverringerung gehoben werden. Gleichzeitig stellt die Digitalisierung der Arbeit neue Anforderungen an die Aus- und Fortbildung von Fach- und Führungskräften.

Um diese Aspekte mit der ökonomischen Dimension zu vereinbaren, bestehen Handlungsbedarfe bei der vorwettbewerblichen Förderung durch Forschungs- und Transferverbundprogramme hinsichtlich der Konzepte, Methoden und Infrastrukturen für eine erfolgreiche Daten- und Plattformökonomie oder dem Einsatz Künstlicher Intelligenz für innovative Geschäftsmodelle in der Industrie 4.0.

Über den Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0

Der Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0, der aus dem Wissenschaftlichen Beirat Industrie 4.0 aus dem Jahre 2013 hervorgeht, konstituierte sich 2018 in seiner aktuellen Zusammensetzung neu. Im Forschungsbeirat sind 19 Vertreter aus der Wissenschaft und 13 Repräsentanten aus der Wirtschaft tätig, um die Plattform Industrie 4.0, ihre Arbeitsgruppen und die Bundesministerien, insbesondere das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), unabhängig zu beraten.

Die Arbeit des Forschungsbeirats zielt darauf ab, über die Erarbeitung von wissenschaftsbasierten Forschungsempfehlungen, die Weiterentwicklung und Umsetzungsplanung von Industrie 4.0 in der deutschen Wirtschaft voranzutreiben. Der Forschungsbeirat versteht sich als Impulsgeber für künftige Forschungsthemen und Berater zur Umsetzung von Industrie 4.0. Die Arbeit des Forschungsbeirats wird durch acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften koordiniert und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

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