Industrie 4.0: Deutsche Firmen führen neue Produktions-Software ein

Industrie 4.0 und Digitalisierung prägen aktuell die deutsche Wirtschaftslandschaft, wobei bereits 90% der Unternehmen Anwendungen in diesem Bereich nutzen oder planen. Besonders große Unternehmen erweisen sich als Vorreiter dieser Entwicklung, während fast zwei Drittel der Betriebe mit weniger als 500 Mitarbeitenden sich noch als Nachzügler betrachten. Die digitale Transformation der deutschen Industrie schreitet dennoch stetig voran.

Industrie 4.0 beschreibt einen tiefgreifenden Innovations- und Transformationsprozess, der die reale mit der virtuellen Welt in der produzierenden Industrie verschmelzen lässt. Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), das Internet der Dinge (IoT) und digitale Zwillinge gewinnen dabei zunehmend an Bedeutung. Diese Entwicklung bietet sowohl Chancen als auch Risiken für Unternehmen, da sie Prozesse flexibler und effizienter gestaltet. Allerdings stehen viele Unternehmen noch mitten in dieser Transformation – ein Grund, warum das Thema weiterhin hochaktuell bleibt.

Deutsche Unternehmen setzen auf neue Produktionssoftware

Die deutsche Wirtschaft erlebt aktuell einen starken Wandel durch Produktionssoftware und digitale Lösungen. Laut aktuellen Erhebungen erkennen 95% der Unternehmen Industrie 4.0 als Chance für ihre Geschäftsentwicklung, während bereits sechs von zehn Betrieben entsprechende Anwendungen im Einsatz haben. Diese Zahlen verdeutlichen die wachsende Bedeutung digitaler Technologien in der Produktion.

Welche Branchen treiben die Einführung voran?

Besonders die Fertigungsindustrie nutzt moderne Produktionssoftware, um maßgeschneiderte Produkte zu Massenpreisen anzubieten und dabei hohe Qualitätsstandards einzuhalten. In der Automobilindustrie zeigt sich ein deutlicher Trend zu personalisierten Produkten, der durch die zunehmende Verfügbarkeit von Kundendaten vorangetrieben wird. Dadurch können Hersteller besser auf individuelle Bedürfnisse eingehen.

Der Maschinenbau digitalisiert seine Prozesse, um im heutigen Wettbewerbsumfeld bestehen zu können. Diese strategische Ausrichtung ermöglicht verbesserte Wartungskonzepte und intelligente, vernetzte Logistiklösungen. Gleichzeitig setzt die chemische Industrie verstärkt auf Sensoren und Datenanalyse zur Qualitätsüberwachung und Prozessoptimierung.

Inzwischen hat sich auch der Begriff "Landwirtschaft 4.0" etabliert, der die digitale Transformation im Agrarsektor beschreibt. Ähnlich verhält es sich mit "Logistik 4.0", wobei hier effiziente Lieferketten durch die Vernetzung aller Aspekte von der Produktion bis zur Auslieferung geschaffen werden. Die Digitalisierung ermöglicht in diesen Branchen:

• Verkürzte Produktionszyklen und automatisierte Wartungsprozesse

• Maßgeschneiderte Produktlösungen zu wettbewerbsfähigen Preisen

• Optimierte Lieferketten mit verbesserter Transparenz

• Effizientere Ressourcennutzung und reduzierte Umweltauswirkungen

Wie unterscheiden sich Großunternehmen und Mittelstand?

Während viele Großunternehmen die Potenziale und Risiken der Digitalisierung bereits antizipieren und entsprechende Innovationsprozesse eingeleitet haben, tun sich mittelständische Unternehmen oft schwerer mit der Implementierung. Industrie 4.0 bleibt dennoch nach aktuellem Stand eher eine Domäne großer Unternehmen, wobei die Digitalisierung im Mittelstand häufig noch am Anfang steht.

Allerdings betonen Experten, dass gerade in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) die Optimierungspotenziale und damit der Mehrwert besonders hoch sein können – etwa bei der Effizienzsteigerung von Produktionsprozessen oder der innovativen Kombination von Dienstleistungen. Im Frühjahr 2025 durchgeführte Befragungen zeigen, dass 36% der Unternehmen planen, mehr in Industrie 4.0 zu investieren als im Vorjahr, während 44% ihre Investitionen auf dem Niveau von 2024 halten wollen.

Die Ursachen für die langsamere Adoption im Mittelstand sind vielschichtig. Einerseits fehlt es oft an entsprechenden Ressourcen, andererseits spielen auch infrastrukturelle Rahmenbedingungen eine Rolle. Das derzeit größte Defizit besteht im flächendeckenden Angebot von Breitbandverbindungen – ein Problem, das insbesondere kleine mittelständische Unternehmen betrifft, während Großunternehmen über die nötigen Ressourcen verfügen, ihre Standorte selbst an leistungsfähige Internetinfrastrukturen anzubinden.

Welche Rolle spielt die Digitalisierung der Wirtschaft?

Die Digitalisierung prägt bereits heute maßgeblich unsere Wirtschaft und wird dies künftig noch stärker tun. Sie steht für die umfassende Vernetzung aller Wirtschaftsbereiche sowie die Fähigkeit, relevante Informationen zu sammeln, zu analysieren und in Handlungen umzusetzen. Für den Innovations- und Wirtschaftsstandort Deutschland bietet dies enorme Potenziale: Rund 15 Millionen Arbeitsplätze hängen direkt und indirekt von der produzierenden Wirtschaft ab.

Studien zufolge könnten allein für Deutschland zusätzliche Wachstumspotenziale zwischen 200 und 425 Milliarden Euro bis 2025 durch Industrie 4.0 erschlossen werden. Zudem geben drei Viertel der Industrieunternehmen an, dass Industrie 4.0 den CO2-Ausstoß verringert. Folglich verändern sich nicht nur Wertschöpfungsprozesse, sondern es entstehen auch völlig neue Geschäftsmodelle und Perspektiven für Beschäftigte.

Gleichzeitig wandelt sich die Arbeitswelt. Mobile Arbeitsformen gewinnen an Bedeutung, während klassische Arbeitsverhältnisse mit Präsenzpflicht tendenziell abnehmen. Dennoch schafft diese Flexibilität nicht nur Freiräume, etwa für die Vereinbarkeit von Familie und Beruf, sondern kann auch den Druck auf Arbeitnehmer erhöhen – beispielsweise durch die Erwartung ständiger Erreichbarkeit.

Welche Technologien ermöglichen Industrie 4.0?

Die technologische Basis für Industrie 4.0 besteht aus mehreren miteinander vernetzten Schlüsseltechnologien, die erst in ihrer Kombination das volle Potenzial moderner Produktionssysteme erschließen. Diese Innovationen bilden die Brücke zwischen der physischen und digitalen Welt und ermöglichen intelligente, autonome Systeme in der industriellen Fertigung.

Big Data und KI als Treiber der Automatisierung

In der Industrie 4.0 werden enorme Datenmengen aus verschiedensten Quellen gesammelt und analysiert. Diese Big Data-Analysen durchdringen in neuer Quantität und Qualität die bei der Digitalisierung erhobenen Daten und sorgen für Verbesserungen der Prozesse sowie neue Geschäftsmodelle. Dank der enormen Leistungssteigerung moderner Computerprozessoren ist es möglich geworden, sehr große Datenmengen im Arbeitsspeicher bereitzuhalten und in Echtzeit algorithmisch zu verarbeiten – ein Verfahren, das als "In-memory-Technik" bezeichnet wird.

Künstliche Intelligenz (KI) erweitert diese Datenanalysen und ermöglicht Maschinen, mithilfe von Algorithmen Aufgaben autonom auszuführen und auf Probleme zu reagieren. Dadurch werden beispielsweise Vorhersagen zu Kundenbestellungen und vorausschauende Wartung möglich. Die Anwendung von KI und maschinellem Lernen auf Echtzeitdaten verbessert die Entscheidungsfindung und Automatisierung in allen Bereichen der Fertigung und des Lieferkettenmanagements.

Cloud Computing und IIoT in der Produktion

Cloud Computing gilt als "großartiger Wegbereiter" der Industrie 4.0 und der digitalen Transformation. Es handelt sich um ein Modell für die Bereitstellung von IT-Diensten über das Internet, bei dem gemeinsam genutzte Ressourcen, Software und Informationen Computern und anderen Geräten auf Abruf zur Verfügung gestellt werden. Ein entscheidender Vorteil dieser Technologie ist ihre Elastizität – die Fähigkeit, Rechenressourcen dynamisch entsprechend schwankenden Anforderungen zuzuweisen.

In modernen Produktionsumgebungen sorgt Cloud-basierte Software für:

• Erhöhte Skalierbarkeit und Agilität in der Fertigung

• Prozessoptimierung und verbesserte Transparenz über verschiedene Standorte hinweg

• Synchronisierung aller relevanten Daten im gesamten Produktlebenszyklus

Das Industrial Internet of Things (IIoT) bildet eine weitere zentrale Säule der Industrie 4.0. Während das herkömmliche Internet der Dinge auf Konsumenten ausgerichtet ist, konzentriert sich das IIoT speziell auf industrielle Anwendungen. In dieser Umgebung werden physische Dinge – Geräte, Roboter, Maschinen – mit Sensoren und RFID-Tags ausgestattet, um Echtzeitdaten über ihren Zustand, ihre Leistung oder ihren Standort bereitzustellen. Im Gegensatz zu geschlossenen M2M-Systemen kann das IIoT mehrere Systeme erfassen und so Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Prozessen erkennen.

Cyber-physische Systeme und M2M-Kommunikation

Cyber-physische Systeme (CPS) bilden den Kern der Industrie 4.0 und das entscheidende technologische Bindeglied, das reale und virtuelle Welt verschmelzen lässt. Sie bestehen aus eingebetteten Systemen, die als Teil von Geräten, Produkten oder Produktionsanlagen durch Sensorik und Aktorik mit ihrem Umfeld vernetzt sind. Diese Systeme erzeugen durch höhere Datenverfügbarkeit eine neue Form der Transparenz, da künftige Situationen wie Störungen und Engpässe anhand identifizierter Wirkzusammenhänge prognostiziert werden können.

Die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) stellt den automatisierten Informationsaustausch zwischen Endgeräten über Internet und Mobilfunk sicher. Diese Technologie ermöglicht optimale Abläufe und dadurch eine höhere Produktivität. Der M2M-Informationsaustausch findet statt, ohne dass ein Mensch eingreifen muss. Die Daten werden dabei über Mobilfunknetze, Bluetooth oder WLAN übermittelt.

Besonders wertvoll ist die M2M-Kommunikation für die vorausschauende Wartung ("Predictive Maintenance"). Mängel und Abnutzungserscheinungen an Komponenten einer Maschine werden erkannt und behoben, bevor es zu einem tatsächlichen Ausfall kommen kann. Dadurch lassen sich Ausfälle minimieren und die Produktion läuft effizienter und produktiver. Im Jahr 2013 wurde ein Umsatz von etwa 45 Milliarden US-Dollar mit M2M-Systemen generiert, während die Prognose für 2022 einen globalen Umsatz von über 240 Milliarden US-Dollar voraussah – ein klarer Beleg für das Wachstumspotenzial dieser Technologie.

Wie verändert sich die Produktion durch neue Softwarelösungen?

Moderne Softwarelösungen verändern die Produktionslandschaft grundlegend, indem sie reale und digitale Fertigungswelten zunehmend verschmelzen lassen. Diese Integration ermöglicht verkürzte Entwicklungszeiten, gesteigerte Effizienz und höhere Flexibilität in der Produktion.

Beispiel: Smart Factory mit digitalem Zwilling

Die smarte Fabrik kennzeichnet sich durch ihre digitale Struktur und gilt als Fabrik der Industrie 4.0. Herzstück dieses Konzepts ist der digitale Zwilling – ein virtuelles Abbild der physischen Produktionsstätte, das in Echtzeit aktualisiert wird. Dieser virtuelle Scherenschnitt bietet Produktentwicklern und Planern ein präzises Informationsfenster zu Betriebs- und Prozessdaten.

Für eine funktionierende Smart Factory benötigt der digitale Zwilling folgende Eigenschaften:

• Detailgetreue Nachbildung des Assets und dessen Verhalten

• Ständiger Datenaustausch mit dem realen System

• Standardisierte Interaktionsschnittstellen für andere Anwendungen

In der Praxis zeigen sich bereits erfolgreiche Implementierungen: Bei Globalfoundries in Dresden funktioniert die Produktion von Silizium-Wafern vollautomatisch über eine Reinraum-Produktionsstrecke, wobei Roboter die Be- und Entladung übernehmen. Im Siemens Elektronikwerk Amberg werden bereits 75 Prozent der Wertschöpfungskette eigenständig von Maschinen und Computern abgewickelt.

Predictive Maintenance und Qualität 4.0

Die vorausschauende Wartung zielt darauf ab, Stillstandzeiten zu reduzieren und ungeplante Maschinenausfälle zu vermeiden. Durch Analyse von Maschinendaten wie akustischen Kennfeldern lassen sich theoretische Vorhersagen über drohende Störungen treffen, wodurch Ersatzteile installiert werden können, bevor das Originalteil ausfällt.

Während traditionelle Wartungsintervalle an pauschale Vorgaben gekoppelt waren, orientieren sich moderne Wartungssysteme am tatsächlichen Bedarf. Dies ermöglicht ein gezieltes Herantasten an die Grenzen des sicheren Betriebs mit einer geplanten Überholung vor einem unvorhersehbaren Ausfall. Im Kern geht es darum, bisher unvorhersehbare Ausfälle vorherzusagen und dadurch:

• Die Anlagenverfügbarkeit zu verbessern

• Kosten zu reduzieren

• Die Lebensdauer alternder Anlagen zu verlängern

Automatisierung in der Industrie: Vorteile und Grenzen

Die Automatisierung und der Einsatz von Robotern bringen erhebliche Vorteile mit sich. Dadurch lässt sich die gesamte Produktivität erhöhen, da Roboter ohne Pause arbeiten können. Außerdem wird die Produktion flexibler, weil monotone Aufgaben wie die Arbeit am Band von Maschinen übernommen werden können, während Mitarbeitende für andere Aufgaben eingesetzt werden.

Allerdings existieren auch Grenzen dieser Entwicklung. Die Anschaffungskosten für automatisierte Systeme sind oft hoch, und die zusätzliche Programmierung vor Ort nimmt viel Zeit in Anspruch. Zudem werden entsprechende Fachkräfte benötigt, die sich mit der Automation und Robotern gut auskennen und auch die Wartung sowie Softwareupdates managen können.

Unternehmen müssen dabei beachten, dass trotz aller Automatisierung der Mensch weiterhin eine zentrale Rolle spielt. Selbst in hochautomatisierten Umgebungen werden immer Menschen benötigt. Daher ist es wichtig, Mitarbeitende durch Technologien wie KI und Zugriff auf Live-Sensordaten zu unterstützen und für die notwendige Akzeptanz zu sorgen, da bei vielen Beschäftigten Ängste um den Verlust des Arbeitsplatzes eine große Rolle spielen.

Welche Chancen und Risiken bringt die Digitalisierung mit sich?

Die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung der industriellen Prozesse bietet Unternehmen zahlreiche Chancen, bringt jedoch gleichzeitig neue Herausforderungen mit sich. Unternehmen müssen diese sorgfältig abwägen, um langfristig von Industrie 4.0 zu profitieren.

Vorteile von Industrie 4.0 für Effizienz und Flexibilität

Die Implementierung von Industrie 4.0-Technologien führt zu einer signifikanten Steigerung der Produktivität. Durch die Integration von IoT-Sensoren und Datenanalysen können Fertigungsunternehmen den Zustand ihrer Anlagen in Echtzeit überwachen. Vorausschauende Algorithmen erkennen potenzielle Ausfälle frühzeitig und ermöglichen proaktive Maßnahmen, welche Ausfallzeiten um bis zu 50% reduzieren und die Lebensdauer von Anlagen um bis zu 40% verlängern können.

Zusätzlich ermöglicht Industrie 4.0 eine durchgängige Transparenz in der globalen Lieferkette und verbessert dadurch die Logistik erheblich. Diese Transparenz hilft Unternehmen, schneller auf Marktveränderungen zu reagieren und kostengünstig individuelle Produkte herzustellen - oft zusammengefasst als "Built-to-order mit der Effizienz von Massenproduktion".

Weitere zentrale Vorteile sind:

• Verbesserte Produktqualität durch Echtzeit-Überwachung und -Steuerung

• Optimierter Ressourceneinsatz bei Energie und Materialien

• Fundierte Entscheidungsfindung durch Echtzeitdaten

• Gestärkte Wettbewerbsfähigkeit durch höhere Innovationskraft

Risiken: IT-Sicherheit, Fachkräftemangel, Akzeptanz

Mit zunehmender Vernetzung wächst allerdings auch die Angriffsfläche für Cyberkriminelle. Die vernetzte Produktion erhöht das Risiko von Cyberangriffen erheblich. Fast 90% der deutschen Unternehmen berichten von mindestens einem Sicherheitsvorfall im vergangenen Jahr, der zumindest teilweise auf fehlende Cybersecurity-Fachkompetenzen zurückzuführen war.

Ein weiteres massives Problem stellt der IT-Fachkräftemangel dar. Aktuell sind in Deutschland etwa 149.000 IT-Stellen unbesetzt. Etwa 68% der Unternehmen bewerten diesen Mangel selbst als zusätzliches Cyber-Risiko. Die Kombination aus steigender Bedrohungslage und fehlendem Personal ergibt einen gefährlichen Mix: Schwachstellen bleiben länger offen, Sicherheitsupdates verzögern sich und im Notfall fehlt die Kapazität für angemessene Reaktionen.

Darüber hinaus führt die Automatisierung zu Unsicherheiten in der Belegschaft. Die Angst vor Arbeitsplatzverlust kann die Akzeptanz neuer Technologien hemmen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Qualifikationen erheblich, was die Qualifikationslücke zwischen bestehenden Fähigkeiten und benötigten digitalen Kompetenzen vergrößert.

Unterschied Industrie 4.0 und Digitalisierung

Häufig werden die Begriffe Industrie 4.0 und Digitalisierung synonym verwendet, jedoch beschreiben sie unterschiedliche Aspekte desselben Themenkomplexes. Während Digitalisierung im ursprünglichen Sinn das Umwandeln analoger Werte in digitale Formate bezeichnet und oft für die digitale Transformation im Allgemeinen steht, bezieht sich Industrie 4.0 primär auf die Vernetzung des Maschinenparks im Bereich der Produktion.

Für viele Unternehmen bedeutet dies, dass sie gleichzeitig zwei unterschiedliche Digitalisierungsprojekte verfolgen müssen: einerseits die Vernetzung ihrer Produktion (Industrie 4.0) und andererseits die digitale Transformation ihrer Unternehmensorganisation.

Wie setzen Unternehmen Industrie 4.0 konkret um?

Zahlreiche deutsche Unternehmen haben bereits konkrete Industrie 4.0-Lösungen implementiert. Heute setzen insgesamt 9 von 10 Unternehmen auf Industrie 4.0-Anwendungen, während es 2019 erst drei Viertel waren.

Industrie 4.0 Beispiele aus Maschinenbau und Logistik

Im Bereich Maschinenbau nutzt die Rossignol-Gruppe digitale Simulationstechnologien, um die Stabilität ihrer Lagersysteme zu gewährleisten. Durch vorläufige Analysen konnte ein erdbebensicheres System installiert werden, das der Norm EN 16681 entspricht. Gleichzeitig hat Congelados de Navarra in Spanien eines der größten Hochregallager in Silobauweise Europas mit digitaler Zwillingstechnologie realisiert. Die Software Automatic Warehouse Studio (AWS) erzeugt dabei eine digitale 3D-Reproduktion des Lagers und validiert vor der Inbetriebnahme die korrekte Funktionsweise.

Logistik 4.0: Vernetzte Lieferketten und autonome Fahrzeuge

Logistik 4.0 vernetzt alle Stationen der Lieferkette - von der Herstellung über Zulieferung, Handel, Logistikdienstleister bis hin zu Kunden. Normagrup, ein führendes spanisches Unternehmen für Notbeleuchtung, setzt in seiner Produktionsstätte auf autonome mobile Roboter (AMR). Diese befördern Rohstoffe vom Lagerbereich zu den Produktionslinien und treffen dabei dank hochmoderner Sensoren selbstständig Entscheidungen.

Zudem optimieren Transport-Management-Systeme (TMS) Routen unter Berücksichtigung von Verkehrsvorhersagen und Umwelteinflüssen. Besonders zukunftsweisend sind intelligente Paletten und Container mit Sensoren, die Auskunft über ihren Aufenthalt und bald auch über den Zustand ihrer Ware geben.

Softwarelösungen von SAP, Siemens & Co.

SAP und Siemens haben ihre Zusammenarbeit intensiviert, um gemeinsame Softwarelösungen für Industrie 4.0 anzubieten. Während SAP die Teamcenter-Software von Siemens als Herzstück für Product Lifecycle Management vertreibt, bietet Siemens das SAP Intelligent Asset Management an. Diese Partnerschaft schafft einen "digitalen Faden", der virtuelle Produkt- und Anlagenmodelle mit Betriebsdaten in Echtzeit verbindet.

Darüber hinaus nutzen Unternehmen wie WISAG und Stand-Privé.com cloudbasierte Software-as-a-Service-Lösungen. WISAG implementierte das Lagerverwaltungssystem Easy WMS als SaaS in seinem Lager in Krefeld, wodurch täglich 1.000 Paletten fehlerfrei verarbeitet werden können.

Die digitale Transformation gestalten

Die Digitalisierung der deutschen Industrie schreitet unaufhaltsam voran. Tatsächlich nutzen bereits 90% der Unternehmen Industrie 4.0-Anwendungen oder planen deren Einführung. Dennoch zeigt sich ein deutliches Gefälle zwischen Großunternehmen und mittelständischen Betrieben, wobei letztere häufig noch am Anfang dieser Entwicklung stehen.

Zentrale Technologien wie Big Data, Künstliche Intelligenz, Cloud Computing und das Industrial Internet of Things bilden zusammen das Rückgrat dieser industriellen Revolution. Diese Technologien ermöglichen nicht nur effizientere Produktionsprozesse, sondern schaffen auch völlig neue Geschäftsmodelle. Besonders die Kombination aus digitalem Zwilling, vorausschauender Wartung und vernetzten Lieferketten führt nachweislich zu erheblichen Produktivitätssteigerungen.

Obwohl die Vorteile überwiegen, dürfen Unternehmen die damit verbundenen Herausforderungen keinesfalls unterschätzen. Insbesondere Cybersicherheitsrisiken und der Fachkräftemangel stellen ernsthafte Hürden dar. Gleichzeitig bedarf die digitale Transformation einer sorgfältigen Planung, damit Mitarbeitende den Wandel mittragen und aktiv gestalten können.

Angesichts des prognostizierten Wachstumspotenzials zwischen 200 und 425 Milliarden Euro bis 2025 allein für Deutschland wird deutlich, dass Industrie 4.0 keine Option, sondern eine Notwendigkeit darstellt. Darüber hinaus trägt die digitale Transformation nachweislich zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes bei – ein wichtiger Aspekt für nachhaltige Unternehmensentwicklung.

Die erfolgreichen Beispiele aus verschiedenen Branchen zeigen, dass deutsche Unternehmen durchaus bereit sind, die Chancen der Digitalisierung zu nutzen. Allerdings müssen sie dafür kontinuierlich in innovative Technologien und entsprechende Fachkräfte investieren. Unternehmen, die heute mutige Schritte in Richtung Industrie 4.0 wagen, werden morgen voraussichtlich die Marktführer sein. Der Weg zur vollständig digitalisierten Produktion bleibt zweifellos herausfordernd – jedoch lohnenswert für jene, die ihn konsequent beschreiten.