«Industrielles Internet» US-amerikanischer Fokus auf Industrie 4.0 – Schwerpunkt auf «weichen» Stärken

In den Vereinigten Staaten wird das Konzept «Industrie 4.0» eher durch das «Industrielle Internet» ersetzt. Obwohl sie unterschiedlich bezeichnet werden, ist die grundlegende Idee beider Konzepte dieselbe: virtuelle Netzwerke mit physischen Einheiten zu verbinden, um ein effizienteres Produktionssystem zu schaffen.

Aus politischer Sicht hat die US-Regierung nach der Finanzkrise die Entwicklung der fortschrittlichen Fertigung zur nationalen Strategie erhoben und hofft, die Fertigungsindustrie mit neuen und revolutionären Produktionsmethoden neu zu gestalten. Auf Branchenebene hat die Gründung der Branchenorganisation Industrial Internet Alliance den entschiedenen Aufruf an die Wirtschaftsgemeinschaft ausgesprochen, in die Ära der Industrie 4.0 einzutreten. Anders als Deutschland, das auf eine «harte» Fertigung setzt, konzentriert sich die USA – mit einer entwickelten Software- und Internetwirtschaft – stärker darauf, eine neue Runde der industriellen Revolution in den «weichen» Dienstleistungen voranzutreiben. Dabei hofft man, mithilfe des Internets traditionelle Industrien zu aktivieren und die langfristige Wettbewerbsfähigkeit der Fertigungsindustrie zu erhalten.

Regierungsstrategie zur Förderung von Innovationen

Um der neuen technologischen industriellen Revolution gewachsen zu sein und im internationalen industriellen Wettbewerb um das Recht auf Mitsprache zu kämpfen, hat die Vereinigten Staaten in den letzten Jahren die Fertigungsindustrie als oberste Priorität revitalisiert. Nach der Finanzkrise verabschiedete die US-Regierung eine Reihe von Gesetzen, die sich auf den Aufbau von Forschungszentren für Fertigungsinnovationen konzentrieren und darauf abzielen, die traditionelle Fertigung mit Hoch- und Neuentwicklungen zu transformieren sowie die US-Wirtschaft wieder auf den Weg eines nachhaltigen Wachstums zu führen.

Im April 2009 hielt Obama, der gerade zum Präsidenten der Vereinigten Staaten geworden war, eine Rede, in der er vorschlug, die Fertigungsindustrie als zentrale Strategie für die langfristige Entwicklung der US-Wirtschaft zu revitalisieren. Im Dezember desselben Jahres veröffentlichte die US-Regierung den «Rahmenplan zur Wiederbelebung der amerikanischen Fertigungsindustrie», der die theoretischen Grundlagen und Vorteile einer Wiederbelebung der Fertigungsindustrie ausführlich analysierte und zum strategischen Leitfaden für die Entwicklung der Fertigungsindustrie in den Vereinigten Staaten wurde. Anschließend erweiterte die Regierung Obama schrittweise von der strategischen Ausrichtung und dem Entwicklungsansatz hin zu konkreten Maßnahmen und vollzog schließlich die Umsetzung des Innovationsplans für die Fertigungsindustrie.

Im Juni 2011 lancierten die Vereinigten Staaten offiziell das «Advanced Manufacturing Partnership Program», um die führenden Positionen der fortschrittlichen Fertigung im 21. Jahrhundert zu beschleunigen. Im Februar 2012 wurde darüber hinaus der «Nationalstrategische Plan für fortschrittliche Fertigung» eingeführt, um durch aktive Politiken die Rückkehr von Fertigungsunternehmen in die Vereinigten Staaten zu fördern. Der oben genannte Plan umfasst zwei Hauptlinien: Zum einen die Anpassung und Stärkung der Struktur und Wettbewerbsfähigkeit der traditionellen Fertigungsindustrie; zum anderen die Entwicklung hochtechnologischer Branchen. Vorgeschlagen wird die Entwicklung fortschrittlicher digitaler Fertigungstechnologien, darunter eine fortschrittliche Produktions-Technologieplattform, fortschrittliche Fertigungstechnologien sowie Design- und Dateninfrastruktur.

Im März 2012 schlug Obama erstmals vor, ein «Nationales Netzwerk für Innovationsförderung in der Fertigung» aufzubauen, bis zu 45 Forschungszentren einzurichten und die organische Integration von Produktion, Bildung und Forschung zwischen Universitäten und Fertigungsunternehmen zu stärken. Im Januar 2013 veröffentlichten das Exekutivbüro des Präsidenten der Vereinigten Staaten, die Nationale Kommission für Wissenschaft und Technologie sowie das Nationale Projektbüro für Hochleistungsmanufaktur gemeinsam den Vorentwurf des Nationalen Netzwerks für Innovationsförderung in der Fertigung und investierten eine Milliarde US-Dollar, um das U.S. Manufacturing Innovation Network (NNMI) aufzubauen, das sich auf die Förderung der innovativen Entwicklung fortschrittlicher Fertigungsindustrien wie digitale Fertigung, neue Energien und Anwendungen neuer Materialien konzentrieren und zahlreiche Innovationscluster mit hochentwickelten Fertigungskapazitäten schaffen soll.

Zu den wichtigsten Forschungsbereichen dieses Innovationsnetzwerks gehören: die Entwicklung leichter Werkstoffe wie Kohlefaserverbundwerkstoffe, um die Kraftstoffeffizienz, Leistung und Korrosionsbeständigkeit von Fahrzeugen der nächsten Generation – darunter Autos, Flugzeuge, Züge und Schiffe – zu verbessern; die Verbesserung der relevanten Standards, Materialien und Geräte der 3D-Drucktechnologie, um kostengünstige und kleinserienmäßige Produktion mittels digitaler Konstruktion zu realisieren; sowie die Schaffung von Rahmenbedingungen und Methoden für eine intelligente Fertigung, die es Produktionsbetreibern ermöglicht, den «Big-Data-Strom» aus der digitalen Fabrik in Echtzeit zu beherrschen, um die Produktionseffizienz zu steigern, die Lieferkette zu optimieren und die Effizienz bei Energie, Wasser und Materialien zu verbessern.

In den vergangenen zwei Jahren wurde die oben genannte Planung schrittweise umgesetzt. Im August 2012 finanzierten die US-Regierung und der Privatsektor gemeinsam das 85 Millionen Dollar starke «National Institute for 3D Printer Manufacturing Innovation». Im Mai 2013 kündigte die US-Regierung eine Bundesfinanzierung von 0,2 Milliarden Dollar an, um drei Zentren für Fertigungsinnovationen zu gründen: das Light and Contemporary Metal Manufacturing Innovation Institute, das Digital Manufacturing and Design Innovation Institute sowie das Next Generation Power Electronics Manufacturing Institute. Im Februar dieses Jahres wurde ein Zentrum für die Herstellung von Verbundwerkstoffen gegründet.

Laut dem vom Wilson Center, einem US-amerikanischen Thinktank, veröffentlichten «Global Advanced Manufacturing Trends Report» verfügen die USA über die weltweit größten F&E-Investitionen, von denen drei Viertel in die Fertigung fließen. Die USA verfügen über deutliche Vorteile in fortschrittlichen Fertigungsbereichen wie synthetische Biologie, fortschrittliche Materialien und Rapid-Prototyping-Fertigung. Analysten gehen davon aus, dass die Vereinigten Staaten – begünstigt durch die starke Förderung seitens der Regierung und des Privatsektors – voraussichtlich eine neue Welle technologischer Innovationen erleben werden, geprägt von der flächendeckenden Ausstattung mit drahtloser Netzwerktechnologie, der umfassenden Nutzung von Cloud Computing sowie der großflächigen Entwicklung intelligenter Fertigungssysteme.

Branchenallianz überwindet technische Hindernisse

Anders als die von der deutschen Industrie 4.0 betonte «harte» Fertigung konzentrieren sich die Vereinigten Staaten, die über eine entwickelte Software- und Internetwirtschaft verfügen, stärker auf die Förderung einer neuen Runde der industriellen Revolution in den «weichen» Dienstleistungen, in der Hoffnung, die Kraft von Netzwerk und Daten zu nutzen, um die Wertschöpfungsfähigkeit der gesamten Industrie zu steigern. Man kann sagen, dass die amerikanische Version der Industrie 4.0 tatsächlich die «Industrie-Internet»-Revolution ist. In diesem Prozess ist neben der politischen Unterstützung durch die US-Regierung vor allem die erstmalige Bildung von Branchenallianzen zu einer wichtigen Triebkraft für die Entwicklung geworden.

Das Konzept des «Industrial Internet» wurde erstmals 2012 von General Electric vorgeschlagen, und anschließend gründeten fünf führende Unternehmen in den Vereinigten Staaten gemeinsam die Industrial Internet Alliance (IIC), um dieses Konzept energisch zu fördern. Neben Fertigungsgiganten wie General Electric haben sich auch IT-Unternehmen wie IBM, Cisco, Intel und AT&T der Allianz angeschlossen.

Das Industrial Internet Consortium nutzt ein offenes Mitgliedschaftssystem und verpflichtet sich, eine «gemeinsame Blaupause» zu entwickeln, die den Datenaustausch zwischen Geräten verschiedener Hersteller ermöglicht. Die Standards dieser Blaupause umfassen nicht nur Internet-Netzwerkprotokolle, sondern beinhalten auch Kenngrößen wie die Speicherkapazität von Daten in IT-Systemen, die Leistungsauslastung vernetzter und nicht vernetzter Geräte sowie die Steuerung des Datenverkehrs. Ziel ist es, durch die Entwicklung gemeinsamer Standards die Integration der physischen und digitalen Welt besser zu fördern, technische Hindernisse abzubauen und mithilfe des Internets traditionelle industrielle Prozesse zu aktivieren.

Obwohl die Etablierung und endgültige Genehmigung der oben genannten Standards mehrere Jahre in Anspruch nehmen mag, werden diese Standards nach ihrer Festlegung Hardware- und Softwareentwicklern helfen, Produkte zu schaffen, die vollständig mit dem Internet der Dinge kompatibel sind. Das Endergebnis könnte darin bestehen, Sensoren, Netzwerke, Computer sowie Cloud-Computing-Systeme, Großunternehmen, Fahrzeuge und Hunderte anderer Arten von Einheiten nahtlos zu integrieren – was die Gesamteffizienz der gesamten Industriekette fördert. (Yang Bo)