Digitalisierung

Digitalisierung in der British Library (2006)

Unter Digitalisierung (von lateinisch digitus ‚Finger‘ und englisch digit ‚Ziffer‘) versteht man grundsätzlich die Umwandlung von analogen in digitale Informationen. Erstere sind stufenlos oder kontinuierlich darstellbare Werte (oder Daten), letztere sind diskrete Werte (oder digitale Daten). Sie werden mithilfe geeigneter technischer Methoden und Verfahren in ein digitales Format bzw. digitale Informationen überführt. Anschließend können die digitalen Daten nach dem EDV-Prinzip zu Zwecken der Datenverarbeitung oder Datenspeicherung verwendet werden.

Es wird geschätzt, dass 2007 bereits 94 Prozent der weltweiten Informationskapazitäten digital waren (nach lediglich 3 Prozent im Jahr 1993). Auch wird angenommen, dass es der Menschheit im Jahr 2002 zum ersten Mal möglich war, mehr Information digital als analog zu speichern. Das „digitale Zeitalter“ begann daher in den 2000er Jahren und ist maßgeblich durch die fortschreitende Digitalisierung geprägt.

In diesem Artikel geht es vorrangig um die Digitalisierung im ursprünglichen, engeren Sinne, also den Prozess der Datenerfassung oder Umwandlung von analog zu digital, mit Bezug zur elektronischen Archivierung und dem (modernen und digitalen) Dokumentenmanagement. Es werden aber auch andere Themen angesprochen, die mit digitalen Informationen zu tun haben. Für die wirtschaftlichen Veränderungen entlang der „Digitalisierung“ siehe der Artikel zur „digitale Transformation“.

Begriff

Das Verb digitize taucht im englischen Sprachraum 1953 erstmals auf, digitization im Jahr 1954. Spätestens seit Mitte der 1980er Jahre wurde der daraus abgeleitete Begriff der Digitalisierung in Deutschland verwendet. Die eigentliche Bedeutung geht insgeheim mit der Entwicklung der Computertechnologie (Rechnertechnik und -architektur) einher. Diese basiert auf der neuen Transistortechnologie und bildet die Grundlage für integrierte Schaltungen (ICs). Digital oder diskret sind dabei die Informationen bzw. Daten (die Bits 0 oder 1).

Seit etwa 2013 wird – so zeigen Google-Suchanfragen – der Begriff der Digitalisierung in der deutschsprachigen medialen Öffentlichkeit immer seltener im Sinne der ursprünglichen Bedeutung (Umwandlung von analogen in digitale Datenformate) verwendet, sondern fast ausschließlich (und zunehmend unbestimmt) im Sinne der umfassenden „Megatrends“ der sogenannten „digitalen Transformation“, welche alle Bereiche von Wirtschaft, Staat, Gesellschaft und Alltag durchdringen sollte. Dabei geht es um „die zielgerichtete Identifikation und das konsequente Ausschöpfen von Potenzialen, die sich aus Digitaltechnik ergeben“. Dort wird auch von „Digitalisierungsfähigkeit“ gesprochen, was wie viele andere Zusammensetzungen mit „Digitalisierung“ semantisch unsinnig ist. Gemeint sind Organisationen und Unternehmen, darunter auch die Streitkräfte wie die Bundeswehr. Seit den 2020er Jahren wird auch von einem „Digital Engineering“ gesprochen. Zu beachten sind jedoch die seit den 1970er Jahren bereits bekannten rechnergestützten Verfahren der Entwicklung.

Außerdem werden verschiedene Formen technisch vernetzter digitaler Kommunikation wie der Mobilfunk oder die Breitbandkommunikation undifferenziert unter das Schlagwort „Digitalisierung“ subsumiert.

Peter Mertens und Kollegen zeigen die zunehmend inflationäre und fragwürdige Verwendung des Begriffs auf, der nicht nur einen wichtigen Trend markiert, sondern auch Merkmale einer Mode trägt. Dieser Trend sei mit allzu optimistischen Erwartungen und Machbarkeitsillusionen verbunden; ihre Realisierung könne zu riskanten Übertreibungen und Fehlinvestitionen führen. So ist von 2013 bis 2017 die Zahl der Google-Suchanfragen für „Digitalisierung“ und „Industrie 4.0“ um etwa 600 bis 700 Prozent gestiegen, ein klassisches Anzeichen für einen Hype. Siehe dazu auch der Hype-Zyklus.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass „Digitalisierung“ ein seit Jahrzehnten stattfindendes Ereignis einer laufenden Umstellung und Nutzung von computerbasierten Technologien für organisatorische oder geschäftliche Zwecke ist. Der Begriff wird häufig als Bezeichnung für die „digitale Transformation“ genutzt, meint aber in seiner ursprünglichen Form die Methoden und Techniken zur Erfassung und Erzeugung von Daten in digitaler Form.

Die ingenieurswissenschaftlichen Arbeitsfelder und Fakultäten, welche sich mit dem Thema „Digital“ befassen oder zum Gegenstand haben, sind die Elektronik, Digitaltechnik, Gatterlogik, Rechnertechnik, Messtechnik, Sensortechnik, Signaltheorie, Digital Engineering und Kommunikationstechnik. Aus der Informatik sind es die Softwaretechnik, Informationstechnik (IT), Informations- und Kommunikationstechnik (ITK) uvm.

Technik

Die Digitalisierung als Erstellung „digitaler Repräsentationen“ hat den Zweck, Informationen digital zu erfassen, zu speichern und für die elektronische Datenverarbeitung verfügbar zu machen. Sie begann historisch meist mit einem analogen Medium (Photonegativ, Diapositiv, Tonband, Schallplatte) und dessen Konversion zu einem digitalen Format. Das Produkt einer solchen Digitalisierung wird mitunter als Digitalisat bezeichnet.

Zunehmend wird unter Objektdigitalisierung jedoch auch die Erstellung primär digitaler Repräsentationen mittels digitaler Video-, Foto- oder Tonaufzeichnung verstanden. Hier wird der Begriff Digitalisat gewöhnlich nicht verwendet.

Ausgangsinformationen

Als Grundlage für eine Digitalisierung dienen alle Informationen, insbesondere jedoch die physikalischen Größen, die sich mittels geeigneter Mittel (z. B. Sensoren) digital aufzeichnen (messen) lassen:

• Kraft z. B. über die Beschleunigung
• Schalldruck mit einem Mikrofon
• Helligkeit bei Bild- und Videoaufnahmen mit einem Bildsensor (Bilderzeugung)
• Temperatur

Dazu zählen auch die bekannten Methoden des Scannens von Dokumenten (Dokumentenscanner) und der Weiterverarbeitung der Informationen mittels (Texterkennung) uvm. Prinzipiell geht es bei der klassischen Digitalisierung darum, analoge Größen in digitale Daten zu überführen. Es geht nicht darum, bereits existierende digitale Daten für andere Zwecke zu verwenden. Gleiches gilt für Aktivitäten oder Geschäftsabläufe in Organisationen oder Unternehmen, die zuvor ohne übergeordnete Datenerhebung und -verwaltung abliefen. Zunächst liegt der Fokus jedoch auf den technischen Grundlagen.

Digitalisierungsprozess

Technisch wird die Umwandlung als Teil der Signaltheorie und Digitaltechnik behandelt. Dabei wird eine Information von einem Analogsignal in ein digitales Signal umgewandelt, das nur aus diskreten, also nicht kontinuierlichen, Werten besteht. Es entsteht eine digitale Information, deren Maßeinheit das Bit (0 oder 1) ist. Die moderne Digitaltechnik verarbeitet in der Regel ausschließlich binäre Signale. Dabei wird nur zwischen zwei Signalzuständen unterschieden („0“ oder „1“ beziehungsweise die „low“ oder „high“).

Elektronisch geschieht dies durch einen Analog-Digital-Umsetzer (ADU). Dieser misst das analoge Eingangssignal in festgelegten Intervallen – seien es Zeitintervalle bei linearen Aufzeichnungen wie in der Messtechnik (digitale Messtechnik) oder der Abstand der Fotozellen beim Scannen (Abtastrate) – und codiert diese Werte mit einer bestimmten Genauigkeit (Quantisierung). Je nachdem, um welches analoge Ausgangsmaterial es sich handelt und welchen Zweck die Digitalisierung hat, werden verschiedene Verfahren eingesetzt.

Der Sensor misst die physikalische Größe und gibt sie in Form einer – noch analogen – elektrischen Spannung oder einem elektrischen Strom wieder. Dieser Messwert wird anschließend mit einem ADU in einen digitalen Wert, in Form eines (meist elektrischen) Digitalsignals, umgesetzt. Dieser Vorgang kann einmalig oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgen. Von hier an sind die Messgrößen digitalisiert und können von einem computerbasierten System (für gewöhnlich ein PC) weiterverarbeitet oder gespeichert werden, zum Beispiel auch auf Datenspeichern hinterlegt werden.

Produkte

Das Endprodukt von Mediendigitalisierungen wird häufig – in Anlehnung an Begriffsbildungen wie Kondensat oder Korrelat – Digitalisat genannt.

• Beispiel A: Ein Foto wird für den Druck digitalisiert (gescannt): Es entsteht eine Datei mit den gewünschten Bildpunkten.
• Beispiel B: Eine Seite mit Text und Fotos wird digitalisiert, der Text per Texterkennung (OCR) in weiterbearbeitbare Form gebracht und diese beiden im Originalsatz (Layout) mithilfe einer Auszeichnungssprache beispielsweise als PDF-Datei gespeichert:
  • Die entstandene PDF-Datei besteht aus mehreren Einzelelementen: Raster-, Vektor- und Textdaten.
  • Durch das Format PDF werden die Einzelelemente auf jeweils speichersparende Art in einer Datei untergebracht.
  • Die Einzelelemente stellen vollwertige und nutzbare Digitalisierungen (Digitalisate einzelner Teile) dar. Aber erst die Verbindung der Einzelelemente im Endprodukt erzeugt eine echte Reproduktion, denn diese Datei verknüpft die Einzelelemente in der ursprünglichen Anordnung, ist also eine verlegerisch korrekte Wiedergabe des Originals.

Systeminterne Repräsentation

Wie die digitalisierten Werte anschließend im System intern dargestellt werden, hängt vom jeweiligen System ab. Hierbei muss zunächst die speicherunabhängige Kodierung und anschließend die Speicherung von Informationsblöcken unterschieden werden. Die Kodierung und das Format hängen von der Art der Information, den verwendeten Programmen und auch der späteren Nutzung ab. Die Speicherung kann im flüchtigen Arbeitsspeicher oder persistent zum Beispiel in Datenbanksystemen oder unmittelbar in einem Dateisystem als Dateien erfolgen.

Hierbei sind Dateiformate von wesentlicher Bedeutung, welche sowohl die binäre Kodierung als auch Metadaten standardisieren. Beispiele sind zum Beispiel Textdateien in ASCII oder Unicode-Kodierung, Bildformate, oder Formate für Vektorgrafiken, welche zum Beispiel die Koordinaten einer Kurve innerhalb einer Fläche oder eines Raumes beschreiben.

Schnittstellen

Mit Blick auf die Digitalisierungsprozess sind Schnittstellen zwischen der digitalen Welt und der Außenwelt von entscheidender Bedeutung. Digitale Information wird auf analogen Geräten ausgegeben oder an physischen Gütern angebracht, um von Menschen oder von der gleichen Maschine zeitversetzt oder von anderen Maschinen erneut gelesen werden zu können.

Hierzu zählen neben klassischen Techniken wie der Ausgabe digitaler Information auf Trägermaterialien wie Papier mittels menschenlesbaren Zeichen (und deren Rückverwandlung durch Texterkennung) auch spezialisierte Techniken wie Strichcodes, 2D-Code (zum Beispiel QR-Code).

Datenübertragung

Die Übertragung von digitalen Informationen findet im Rahmen der Telekommunikation, Kommunikationstechnik sowie der Informations- und Kommunikationstechnik (ITK) und Informationstechnik (IT) statt.

Zwecke

Das Vorliegen von Informationen und Daten in digitaler Form besitzt unter anderem folgende Vorteile:

• Digitale Daten erlauben die Nutzung, Bearbeitung, Verteilung, Erschließung und Wiedergabe in elektronischen Datenverarbeitungssystemen.
• Digitale Daten können maschinell und damit schneller verarbeitet, verteilt und vervielfältigt werden.
• Sie können (auch wortweise) durchsucht werden.
• Der Platzbedarf ist deutlich geringer als bei anderen Formen der Archivierung
• Auch bei langen Transportwegen und nach vielfacher Bearbeitung sind Fehler und Verfälschungen (zum Beispiel Rauschüberlagerungen) im Vergleich zur analogen Verarbeitung gering oder können ganz ausgeschlossen werden.

Ein weiterer Grund für die Digitalisierung analoger Inhalte ist die Langzeitarchivierung. Geht man davon aus, dass es keinen ewig haltbaren Datenträger gibt, ist ständige Migration ein Faktum. Fakt ist auch, dass analoge Inhalte mit jedem Kopiervorgang an Qualität verlieren. Digitale Inhalte bestehen hingegen aus diskreten Werten, die entweder lesbar und damit dem digitalen Original gleichwertig sind, oder nicht mehr lesbar sind, was durch redundante Abspeicherung der Inhalte beziehungsweise Fehlerkorrekturalgorithmen verhindert wird.

Schließlich können analoge Originale durch Erstellung digitaler Benutzungskopien geschont werden. Denn viele Datenträger, darunter Schallplatten, analog vorliegende Spielfilme und Farb-Diapositive, verlieren allein durch die Wiedergabe oder auch nur einfache Alterungsprozesse an Qualität. Auch gedruckte Bücher oder Zeitungen und Archivalien leiden unter Benutzung und können durch Digitalisierung geschont werden.

Qualitätsaspekte

Es sei angemerkt, dass der Schritt der Digitalisierung grundsätzlich mit Qualitätsverlust bzw. Informationsverlust verbunden ist, weil die Auflösung „endlich“ bleibt. Ein Digitalisat kann jedoch in vielen Fällen so genau sein, dass es für einen Großteil der möglichen (auch zukünftigen) Anwendungsfälle ausreicht. Wenn diese Qualität durch das Digitalisat erreicht wird, spricht man von Preservation Digitisation, also der Digitalisierung zur Erhaltung (= Ersetzungskopie). Der Begriff verkennt jedoch, dass nicht alle zukünftigen Anwendungsfälle bekannt sein können. Beispielsweise ermöglicht eine hochauflösende Fotografie zwar das Lesen des Texts einer Pergamenthandschrift, kann aber zum Beispiel nicht für physikalische oder chemische Verfahren zur Altersbestimmung der Handschrift verwendet werden. Aus diesem Grund ist es auch hoch umstritten, beispielsweise Zeitungen und Bücher, die aufgrund ihrer minderwertigen Papierqualität nur durch aufwendige Restaurierung erhalten werden könnten, stattdessen zu digitalisieren und die Originale zu entsorgen.

Des Weiteren ist als Nachteil festzustellen, dass es seit dem Anbruch des Informationszeitalters zu einem Versiegen einzelner Informationsquellen und einer Verschlechterung der Datenlage kam, da auf eine Veröffentlichung bzw. Zugänglichmachung der Daten verzichtet wurde.

Geschichte

Siehe auch: Geschichte des Computers, Informationszeitalter und Geschichte der Datenübertragung

Erste Versuche zur Digitalisierung analoger Informationen gehen auf Leibniz’ Binärkalkül und kryptographische Experimente des 17. Jahrhunderts zurück. Pläne zum Bau einer digitalen Rechenmaschine (später die Computer) scheiterten an den damaligen Grenzen der Mechanik. Erste praktisch bedeutsame ingenieurtechnische Umsetzungen des Prinzips finden sich in Form der Kartensteuerung des Jacquardwebstuhls und der Telegrafie. Weitere Zeitzeugen sind die Brailleschrift (1829) und das Morsen (ab 1837).

Das Grundprinzip, festgelegte Codes (Universalcodes) zur Informationsübermittlung zu benutzen, funktionierte auch bei technisch ungünstigen Bedingungen per Licht- und Tonsignal (Funktechnik, Telefon, Telegrafie). Später folgten Fernschreiber (unter anderem unter Verwendung des Baudot-Codes), Telefax und E-Mail. Die heutigen Computer verarbeiten Informationen ausschließlich in digitaler Form.

Grundlagen der papierlosen Speicherung und Verarbeitung von Digitaldaten waren die Flipflop-Schaltung 1918, die – dauernde Spannungsversorgung vorausgesetzt – ein Bit über unbegrenzte Zeit speichern kann, ferner die Elektronenröhre und der Transistor (1947). Für die massenhafte Speicherung und Verarbeitung existieren seit den 1960er Jahren immer leistungsfähigere Speichermedien und seit den 1970er Jahren Mikroprozessoren.

Die Entwicklungen gehen mit einer rapiden Verbreitung von Computertechnologie, Unterhaltungselektronik und anderen Geräten einher, die auf einer Zunahme von Halbleiterprodukten und dem Entstehen einer Halbleiterindustrie als Teil der Elektroindustrie basieren.

Das Unternehmen Kodak nahm Anfang der 1980er die ersten konkreten Anzeichen einer sich digitalisierenden Welt wahr, auch bekannt als „Kodak-Moment“. Die analoge Kameratechnik wurde durch die neue Schlüsseltechnologie der Digitalkameras (Digitalfotografie) disruptiv abgelöst, was dem Unternehmen große Schwierigkeiten bei der Transformation bzw. Adaption an diese neue Realität bereitete.

Spätestens seit den 1990er Jahren liegen Informationen in digitaler Form vor (digitale Repräsentation), beispielsweise als Textdokumente oder Bilddateien. Die Übertragung von Informationen von Computer zu Computer oder von Smartphone zu Smartphone erfolgt dabei über das Internet (World Wide Web).

Seit den 2000er Jahren hat sich die Nutzung digitaler Informationen im Zuge des Informationszeitalters in alle Lebensbereiche ausgeweitet. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer „digitalen Revolution“.

In der Wirtschaft wurde seit den 2010er Jahren die Notwendigkeit einer „digitalen Transformation“ aufgegriffen. Dieser Begriff beschreibt eine umfassende Umstellung aller wertschöpfenden Tätigkeiten (Aktivitäten, Produktionsprozesse, Dienstleistungen uvm.). Dazu sollen sich Organisationen und Unternehmen zu „digitalen Unternehmen“ entwickeln, die auf der Nutzung von Informationstechnik (IT) und Informations- und Kommunikationstechnik (ITK) basieren.

Die private Nutzung computerbasierter und vernetzter Technologien führte außerdem zu einem „digitalen Lebensstil“ und zunehmender „Digitalisierung“ (Digitalität) in einer „digitalen Welt“, die mit dem Leben in einer „postdigitalen Welt“ einhergeht. Die sogenannten „Digitalkonzerne“ wirtschaften innerhalb einer Internetökonomie und vertreiben dort ihre Produkte oder Dienstleistungen.

Digitalisierung von Objekten

Texte

Siehe auch: Retrodigitalisierung

Bei der Digitalisierung von Text wird das Dokument zuerst genauso wie ein Bild digitalisiert, das heißt gescannt. Soll das Digitalisat das ursprüngliche Aussehen des Dokumentes möglichst genau wiedergeben, erfolgt keine weitere Verarbeitung und es wird nur das Bild des Textes abgespeichert.

Wenn der sprachliche Inhalt der Dokumente von Interesse ist, so wird das digitalisierte Textbild von einem Texterkennungsprogramm in einen Zeichensatz übersetzt (zum Beispiel ASCII oder bei nicht-lateinischen Buchstaben Unicode) und anschließend der erkannte Text gespeichert. Der Speicherbedarf ist dabei erheblich geringer als für das Bild. Allerdings gehen unter Umständen Informationen verloren, die nicht im reinen Text dargestellt werden können (zum Beispiel die Formatierung).

Eine weitere Möglichkeit ist die Kombination aus beidem, dabei wird neben dem digitalisierten Bild des Textes noch der Inhalt erkannt und als Metadaten hinterlegt. So kann im Text nach Begriffen gesucht werden, aber dennoch das (digitalisierte) Originaldokument angezeigt werden (zum Beispiel bei Google Books).

Bilder

Siehe auch: Farbraum, CMYK und YUV

Um ein Bild zu digitalisieren, wird das Bild gescannt, das heißt in Zeilen und Spalten (Matrix) zerlegt, für jeden der dadurch entstehenden Bildpunkte wird der Grauwert bzw. Farbwert ausgelesen und mit einer bestimmten Quantisierung gespeichert. Dies kann durch Scanner, digitale Fotografie, durch satellitengestützte oder medizinische Sensoren erfolgen. Zur finalen Speicherung des Digitalisates können gegebenenfalls Methoden der Bildkompression eingesetzt werden.

Bei einer Schwarz-Weiß-Rastergrafik ohne Grautöne nimmt dann der Wert für ein Pixel die Werte „0“ für „Schwarz“ und „1“ für „Weiß“ an. Die Matrix wird zeilenweise ausgelesen, wodurch man eine Folge aus den Ziffern 0 und 1 erhält, welche das Bild repräsentiert. In diesem Fall wird also eine Quantisierung von einem Bit verwendet.

Um ein Farb- oder Graustufenbild digital zu repräsentieren, wird eine höhere Quantisierung benötigt. Bei Digitalisaten im RGB-Farbraum wird jeder Farbwert eines Pixels in die Werte Rot, Grün und Blau zerlegt, und diese werden einzeln mit derselben Quantisierung gespeichert (maximal ein Byte/Farbwert = 24 Bit/Pixel). Beispiel: Ein Pixel in reinem Rot entspricht R=255, G=0, B=0.

Im YUV-Farbmodell können die Farbwerte eines Pixels mit unterschiedlicher Quantisierung gespeichert werden, da hierbei die Lichtstärke, welche vom menschlichen Auge genauer registriert wird, von der Chrominanz (= Farbigkeit), die das menschliche Auge weniger genau registriert, getrennt sind. Dies ermöglicht ein geringeres Speichervolumen bei annähernd gleicher Qualität für den menschlichen Betrachter.

In Großformatscannern werden die einzelnen Farbauszüge der Druckfilme eingescannt, zusammengefügt und „entrastert“, damit die Daten wieder digital für eine CtP-Belichtung vorhanden sind.

Audiodaten

Die Digitalisierung von Audiodaten wird oft als „Sampling“ bezeichnet. Zuvor in analoge elektronische Schwingungen verwandelte Schallwellen (etwa aus einem Mikrofon) werden stichprobenartig schnell hintereinander als digitale Werte gemessen und gespeichert. Diese Werte können umgekehrt auch wieder schnell hintereinander abgespielt und zu einer analogen Schallwelle „zusammengesetzt“ werden, die dann wieder hörbar gemacht werden kann. Aus den gemessenen Werten würde sich eigentlich bei der Rückumwandlung eine eckige Wellenform ergeben: Je niedriger die Sampling-Frequenz ist, umso eckiger ist die Wellenform bzw. das Signal. Dies kann sowohl durch mathematische Verfahren reduziert werden (Interpolation, vor der D/A-Wandlung) als auch durch analoge Filter vermindert werden. Die Bittiefe bezeichnet beim Sampling den „Raum“ für Werte in Bits, die u. a. für die Auflösung des Dynamikumfangs notwendig sind. Ab einer Samplingfrequenz von 44,1 Kilohertz und einer Auflösung von 16 Bit spricht man von CD-Qualität.

Aufgrund der großen anfallenden Datenmengen kommen verlustfreie und verlustbehaftete Kompressionsverfahren zum Einsatz. Diese erlauben, Audiodaten platzsparender auf Datenträgern zu speichern (s. FLAC, MP3).

• Gängige Dateiformate für Audio sind: WAVE, AIFF, FLAC, MP3, AAC, Au oder Ogg Vorbis.
• Gängige Umsetzverfahren siehe Analog-Digital-Umsetzer.

Schallplatten können berührungslos softwaregestützt gelesen und digitalisiert werden, indem ein hochauflösendes optisches Digitalisat des Tonträgers von einem Programm „abgetastet“ wird. Dieses Verfahren wird bei der Rekonstruktion historischer Tonaufnahmen verwendet.

Archäologische Objekte

Hierbei handelt es sich meistens um die digitale Erfassung archäologischer Objekte in Schrift und Bild. Alle verfügbaren Informationen (Klassifizierung, Datierung, Maße, Eigenschaften etc.) zu einem archäologischen Objekt (zum Beispiel einem Gefäß, Steinwerkzeug, Schwert) werden digital erfasst, durch elektronische Abbildungen und Zeichnungen ergänzt und in einer Datenbank gespeichert. Anschließend können die Objekte in Form eines Daten-Imports in ein Objekt-Portal wie zum Beispiel museum-digital integriert werden, wo die Objekte für jeden frei recherchierbar sind. Anlass für die Digitalisierung von archäologischen Objekten ist meist die Erfassung größerer Bestände wie archäologische Sammlungen an Museen oder der für die Bodendenkmalpflege zuständigen Ämter, um sie der Öffentlichkeit zu präsentieren. Da im musealen Alltag nie alle Objekte einer Sammlung in Form von Ausstellungen oder Publikationen gezeigt werden können, stellt die Digitalisierung eine Möglichkeit dar, die Objekte dennoch der breiten Öffentlichkeit und auch der wissenschaftlichen Welt zu präsentieren. Außerdem wird so eine elektronische Bestandssicherung vorgenommen, ein in Hinblick auf den Einsturz des historischen Archives der Stadt Köln nicht unwesentlicher Aspekt.

In besonderen Fällen werden digitale bildgebende, nicht-zerstörende Verfahren verwendet, um die Fundsituation eines Objektes zu dokumentieren und eine Entscheidungsgrundlage für das weitere Vorgehen zur Sicherung und zur Restaurierung zu liefern, beispielsweise beim Goldhort von Gessel.

Digitalisierung in Branchen

Bildung

Siehe auch: Distanzunterricht und Fernuniversität

In der Bildung macht sich die Digitalisierung in Form elektronischer Hilfen, aber auch zunehmend als Lerngegenstand selbst bemerkbar. Nach ersten experimentellen Anfängen in den 1980er Jahren (Programmierter Unterricht) stagnierte die Entwicklung zunächst wegen der noch unzureichenden und aufwändigen Technik. Die digitalen Medien und Tabletcomputer brachten einen gewissen Durchbruch. Heute werden außerdem Elemente der Robotik, der Künstlichen Intelligenz (KI) sowie der Augmented (AR) und Virtual Reality (VR) eingesetzt. In der Weiterbildung sowie seit der COVID-19-Pandemie insbesondere auch in den Schulen treten Vorteile des orts- und zeitunabhängigen Lernens immer deutlicher hervor.

Auf der anderen Seite wird auch Kritik geäußert, von der Kritik automatisierter Schülerbewertung aufgrund technischer Mängel bis hin zur Forderung zum Verbot digitaler Medien wegen möglicher gesundheitlichen Nebenwirkungen, wie sie z. B. der Psychiater Manfred Spitzer darstellt. Zwar muss der kompetente Umgang mit digitalen Medien zuerst erlernt werden, aber – dies vorausgesetzt – sind seine Haltungen laut Appel, Markus & Schreiner, Constanze wissenschaftlich nicht uneingeschränkt haltbar. Es zeigt sich beispielsweise, dass das Lernen unterstützt durch Computer, Internet und digitale Lernspiele Vorteile bringt.

Der Schulpädagoge Klaus Zierer warnt, das Lesen auf Papier sei wichtig, ebenso wie das Schreiben mit der Hand. Ein bloßes Ersetzen von Papier durch Tablets habe keinen positiven, vielfach sogar einen negativen Effekt auf die Lernleistung. So gehen Informationen verloren, weil man auf dem Bildschirm nicht ins vertiefte Lesen komme.

Gesundheitswesen

Im Gesundheitswesen bieten innovative digitale Anwendungen aus der Telemedizin neue Möglichkeiten, die Effektivität und Effizienz der Leistungserbringung zu steigern, die Versorgung der Patienten zu verbessern und die Transparenz der Leistungs- und Wertschöpfungsprozesse zu erhöhen.

Durch eine intelligente elektronische Datennutzung können Ärzte, Schwestern, Pfleger und andere Leistungserbringer von administrativen und routinemäßigen Tätigkeiten entlastet werden, um die Qualität der Gesundheitsversorgung auch im ländlichen Raum deutlich zu verbessern.

Zur Digitalisierung der gesundheitlichen Versorgung entstand der Begriff E-Health. Bei den Gesundheitsämtern in Deutschland werden Systeme wie SORMAS und DEMIS eingesetzt. Die Digitalisierung läuft ansonsten sehr schleppend, oft werden noch Faxgeräte verwendet.

Ingenieurwissenschaften

In den Ingenieurwissenschaften wird das Konzept des digitalen Zwillings als Teil der CAx-Technologien verfolgt: Ein reales Objekt wird mit einem virtuellen Gegenstück so baugleich wie möglich modelliert und für Simulationszwecke verwendet. Dabei wird die Rückkopplung von digital zu real und umgekehrt untersucht.

Landwirtschaft

Die Digitalisierung in der Landwirtschaft schreitet schon voran, seit es den Personal Computer (PC) gibt. Waren es zuerst die Buchführung und Schlagdokumentation im Betriebsbüro, die mittels Agrarsoftware zeitsparender erledigt werden konnten, so bewirken seit den 1990er Jahren verschiedene Entwicklungsschübe wie Precision Farming, Smart Farming und zuletzt Digital Farming, dass Computer- und Sensortechnik in aktuellen Landmaschinen weit verbreitet sind. Autonome Fahrzeuge wie Traktoren und Feldroboter gibt es in der Landwirtschaft inzwischen nicht nur als Prototypen.

Produktionstechnik

Siehe auch: Industrie 4.0

Zur Digitalisierung der Produktionstechnik gehören Entwicklungsverfahren und -werkzeuge (CAx), Fertigungsverfahren (zum Beispiel mithilfe von CNC-Maschinen oder 3D-Druck) und Montageverfahren (zum Beispiel mit Industrierobotern). Die zunehmende Vernetzung erfordert die Gestaltung gemeinsamer Standards, damit sich die immer komplexeren Produktionssysteme steuern lassen (Automatisierungstechnik).

Politik

→ Hauptartikel: E-Government

Die Digitalisierung bzw. der Umstieg auf eine vollständige computerbasierte Datennutzung wird zunehmend auch auf politische Bereiche angewendet, wie etwa auf das Steuerverfahren bis hin zur „digitalen Regierung“ (E-Government). In Deutschland hat man das Bundesministerium für Digitales und Staatsmodernisierung zur Koordination der Aktivitäten gegründet. Ähnliche Initiativen existieren in einer Vielzahl von Ländern.

Postzustellung

Postscanservices bieten Kunden die Möglichkeit, ihre physische Briefpost per zeitweisem Nachsendeauftrag an eine Korrespondenzadresse weiterleiten zu lassen, wo sie eingescannt und als digitale Post an den Kunden weitergeleitet wird. Dem Kunden wird in der Regel die physische Post nachträglich zugeschickt. Zu den Anbietern in Deutschland zählen Caya, DropScan, Clevver.io, dogado und die Deutsche Post AG. Ein solcher Service wird auch „digitaler Briefkasten“ oder „digitales Postfach“ genannt.

Verkehr und Logistik

Auch die Bereiche Verkehr und Logistik erleben eine zunehmende Digitalisierung ihrer Geschäftsmodelle und Systeme. Ältere Technik wird durch moderne ersetzt. Dies hat beispielsweise Auswirkungen auf die Buchungs- und Bezahlmöglichkeiten bei Unternehmen wie der Deutschen Bahn oder Fluggesellschaften.

Verwaltung

→ Hauptartikel: Verwaltungsdigitalisierung

In der Stadtverwaltung werden fortlaufend Prozesse, Leistungen und Infrastrukturen digitalisiert. Technologien, die hierfür genutzt werden, sind u. a. Blockchain, Automatisierung und Künstliche Intelligenz. Kommunen nutzen KI-basierte Anwendungen u. a. zur Protokollierung kommunaler Sitzungen, als Text-to-Speech-Modell für Lautsprecherdurchsagen im öffentlichen Personennahverkehr und als Warnsysteme zur Anzeige von Starkregen oder Hitzekonzentration an heißen Sommertagen. Zur Kommunikation mit Bürgerinnen und Bürgern kommen zunehmend Chatbots zum Einsatz. Blockchainbasierte Verwaltungsdienste dienen z. B. zur dezentralen Speicherung wesentlicher Identitätsdaten der Bürger auf dem Smartphone abgespeichert. Mit Hilfe einer solchen Identity Wallet können die Bürger ihre Identitätsdaten verwalten.

Wissenschaft

In der Wissenschaft ist Digitalisierung im Sinne der Veränderung von Prozessen und Abläufen aufgrund des Einsatzes von Computertechnik ein querschnittliches Thema in vielen Wissenschaftsdisziplinen. Die technische Entwicklung ist dabei Kernthema in den Ingenieurswissenschaften Elektro- bzw. Mikroelektronik (Hardware) und Informatik (Software, Algorithmen) und verwandter Fakultäten wie der Wirtschaftsinformatik und Medientechnik. Im deutschsprachigen Raum entstand der erste Lehrstuhl, der offiziell den Begriff der Digitalisierung als Hauptaufgabe aufgreift, 2015 an der Universität Potsdam. Auch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) arbeitet an den DFG-Praxisregeln Digitalisierung.

Ökonomische und rechtliche Folgen

Die grundlegenden Vorteile der Digitalisierung liegen in der Schnelligkeit und Universalität der Informationsverbreitung. Bedingt durch moderne Hard- und Software (Computertechnik und Informationstechnik) und eine Vernetzung über das Internet entstehen neue Anwendungsmöglichkeiten in Wirtschaft, Verwaltung und den Alltag der Menschen. Wenn Produktion, Geschäftsmodelle, Wertschöpfungsketten, Verwaltungsabläufe, Konsummustern oder auch die Alltagsinteraktion und sowie die Kultur einer Gesellschaft durch digitale Mittel tiefgreifend verändert werden, spricht man von „digitaler Transformation“. Man spricht auch von einer Informationsgesellschaft oder Netzwerkgesellschaft. Diese zieht Chancen, aber auch Risiken nach sich. Exemplarisch dafür sind die neuen Anforderungen an das Rechtssystem (siehe weiter unten) zu nennen.

Überbordende Komplexität

Tatsächlich erhöht die technisch-vernetzte digitale Kommunikation die Vielfalt technisch-organisatorischer Lösungsmöglichkeiten erheblich. Daher schafft sie keine langfristig stabilen Strukturen, sondern erhöht deren Flexibilität und Komplexität und reduziert ihre Berechenbarkeit durch die von ihr angestoßenen Prozesse eines disruptiven Wandels.

Einfluss auf das Rechtssystem

Die Digitalisierung stellt neue Anforderungen an das Rechtssystem, wobei die Rechtswissenschaft erst vor einigen Jahren begonnen hat, sich mit diesem Problem zu befassen. Die „Theorie des unscharfen Rechts“ geht davon aus, dass sich das Recht insgesamt in einer digitalisierten Umwelt grundlegend ändert. Demzufolge relativiert sich die Bedeutung des Rechts als Steuerungsmittel für die Gesellschaft deutlich, da sich die Ansprüche der Gesellschaft zusätzlich an immateriellen Gütern orientieren, welche die Nationengrenzen überschreiten.

Die Möglichkeit der vereinfachten und verlustfreien Reproduktion von digitalen Inhalten hat zu verschiedenen Konflikten zwischen deren Erstellern und Nutzern geführt. Industrie und Verwertungsgesellschaften reagieren unter anderem mit urheberrechtlicher Absicherung von geistigem Eigentum und der technischen Implementierung von Kopierschutz.

Zudem stärkte die deutsche Verfassungsrechtsprechung die Rechte der Nutzer, indem das Grundrecht auf informationelle Selbstbestimmung den Bürgerinnen und Bürgern die Befugnis erteilte, selbst darüber zu bestimmen, welche ihrer Daten andere verarbeiten können sollen.

Kostenbetrachtung

Ein wesentliches Merkmal digitaler Inhalte ist eine Veränderung der Kostenstruktur. Eine Kostenreduktion resultiert oft aus den sinkenden Grenzkosten für die Vervielfältigung und den Transport der Informationen zum Beispiel über das Internet. So sinken die Kosten zunächst für jede weitere digitale Kopie. Einmal zentral im Internet zur Verfügung gestellt, können digitale Daten jederzeit und gleichzeitig überall auf der Welt abgerufen werden.

Dagegen können die Kosten durch erhöhte Aufwendungen im Bereich der urheberrechtlichen Absicherung von geistigem Eigentum und der technischen Implementierung von Kopierschutz wieder steigen. Auch Anforderungen an die Sicherheit der Datenübertragung und Zuverlässigkeit der Computeranlagen wirken sich kostensteigernd aus.

Einfluss auf betriebliche Abläufe

In den betrieblichen Abläufen eines Unternehmens ermöglicht die Digitalisierung eine Effizienzsteigerung und damit eine Verbesserung ihrer Wirtschaftlichkeit. Dies wird beispielsweise durch die Umwandlung von physischen Dokumenten und analogen Informationen in eine digitale Form realisiert. Viele Unternehmen lassen Dokumente, die sie in physischer Form erhalten, einscannen und per E-Mail verteilen.

Sicherheitsaspekte

→ Hauptartikel: Informationssicherheit und Datenschutz

Durch die Speicherung von Daten auf vernetzten Computern besteht insbesondere für Organisationen oder Unternehmen, Politiker und Verbände die Gefahr, dass Hacker Zugang zu diesen Daten bekommen. Auch besteht die Gefahr, dass Daten von unberechtigten Personen ausgewertet, verbreitet und verändert werden. Ein Schutz dagegen ist teilweise nur mit erheblichem technischen Aufwand möglich.

Arbeitsmarkt

Inwieweit die Digitalisierung längerfristig eine Zunahme der Arbeitslosigkeit nach sich zieht, ist nach wie vor umstritten. Jeremy Rifkin befürchtete durch die „digitale Revolution“ sogar ein „Ende der Arbeit“. Er prognostizierte 1995, dass bis 2020 nur noch 2 % aller arbeitenden Menschen in der industriellen Produktion eingesetzt sein würden. Tatsächlich sind 2026 mit über 500 Millionen über ein Viertel aller weltweit Beschäftigten in der verarbeitenden Industrie tätig (ohne Bauwesen). Ähnlich hoch ist der Anteil in Deutschland.

Einsatz von Computern und CNC-Steuerungen seit den 1980er Jahren

Dieter Balkhausen führte in seinem Buch Die Dritte Industrielle Revolution bereits 1978 aus, dass sich bis Ende der 1980er Jahre 50 Prozent der Arbeitsplätze in Deutschland durch die Mikroelektronik verändern würden. Er hatte dabei vor allem den Produktionsbereich im Blick (CAD, Einsatz speicherprogrammierbarer Steuerungen z. B. in CNC-Maschinen), wodurch sich Qualifikationsanforderungen verschoben und neue Berufsbilder entstanden (etwa der „Elektroniker Informations- und Telekommunikationstechnik“ oder der „Zerspanungsmechaniker“), aber keine massenhafte Freisetzung von Arbeitskräften erfolgte. Im Büro- und Dienstleistungsbereich und erst recht in der öffentlichen Verwaltung setzten sich digitale Technologien nur zögerlich durch. Die relativ teure sog. Mittlere Datentechnik spielte in den 1970er bis 1990er Jahren vor allem in größeren und Filialunternehmen eine Rolle, während die ersten seit 1984 produzierten deutlich billigeren PCs einen Speicherplatz von gerade einmal 64 kB besaßen und daher nur für wenige Anwendungen wie Textverarbeitung taugte. Hier stieg der Arbeitskräftebedarf durch die neue Technik zunächst an, es kam fast nirgends zu einem Austausch der Belegschaften.

Internet und Smartphone

Zu einer eher pessimistischen Beurteilung des möglichen Abbaus von Beschäftigung in Produktion, Handel und verschiedenen Dienstleistungssektoren infolge des Anstiegs der Arbeitsproduktivität (bei gleichzeitigem Wachstum neuer Geschäftsmodelle) kam es mit der flächendeckenden Verbreitung des Web 2.0 und des Smartphones, wobei der Konsument („Prosument“) Tätigkeiten übernimmt, die früher vom Unternehmen durchgeführt wurden. Eine Studie aus dem Jahr 2016 gab für folgende Berufsgruppen Substitutionspotenziale durch die Digitalisierung über 50 % an:

• Fertigungsberufe (z. B. Montagearbeiten) 83 %
• Fertigungstechnische Berufe (z. B. Konstrukteur) 70 %
• Unternehmensbezogene Dienstleistungsberufe 60 %
• Berufe in Unternehmensführung und -organisation 57 %

Am geringsten wurde mit 13 % das Substitutionsrisiko für soziale und kulturelle Dienstleistungsberufe eingeschätzt.

Geschätzter Beschäftigungszuwachs durch Digitalisierung

Unternehmensbereich	Erwartung: Zuwachs Arbeitsplätze
Informationstechnik	54 %
Vertrieb/Kundenservice	50 %
Forschung & Entwicklung	43 %
Marketing	43 %
Produktion	40 %
Unternehmensleitung/-entwicklung	39 %
Personalwesen	37 %
Logistik	36 %

Bei einer 2018 durchgeführten Befragung von 868 Entscheidern aus Deutschland, Österreich und der Schweiz durch den Personaldienstler Hays fand sich ein Unterschied zur vorherrschenden Stimmung in der Gesellschaft. Die Befragten rechnen eher mit einer „Chance zu neuen Jobchancen“, dennoch „es sind eine Menge Brüche drin. […] Wir erleben eine Evolution, keine Revolution.“ Studienleiterin war die Direktorin des Instituts für Beschäftigung und Employability der Hochschule Ludwigshafen, Jutta Rump. Als negativ wurde von Führungskräften die Verkleinerung der Kernbelegschaften und die Ersetzung von Tätigkeiten durch Digitaltechnik genannt. Die individuellen Wünsche (Ruhe, Erholung, Aktivität) stehen im Widerspruch zu den Forderungen nach lebenslangen Lernen und Work-Life-Balance. 44 Prozent der Unternehmen vermelden solche Maßnahmen als wichtig, die Umsetzung erfolgt nur bei 32 Prozent. Bei der Führung würden die neuen Arbeitsformen zu wenig beachtet: Eigenverantwortung und Selbstorganisation stünden im Fokus, Teamaspekte würden unterschätzt.

Künstliche Intelligenz

Durch Künstliche Intelligenz werden möglicherweise auch zahlreiche komplexe und kreative menschliche Tätigkeiten überflüssig. Das Institut der deutschen Wirtschaft konnte bis zum Jahr 2023 zwar noch keine empirischen Belege für einen solchen Trend erkennen, zumindest soweit sich das in Unternehmensbefragungen abzeichnet. Allerdings konnten zu dieser Zeit die Auswirkungen der neuen Generation von KI-Werkzeugen wie ChatGPT noch nicht überprüft werden. Neuere Daten deuten jedoch darauf hin, dass im Bereich von Einsteigerjobs und stark KI-exponierten Tätigkeiten (z. B. junge Software-Entwickler, Banker, Callcenter-Agents, Marketingfachleute o. ä.) erhebliche Beschäftigungseinbußen zu verzeichnen sind. Zugleich werden Produktivitätsgewinne und Simplifizierungseffekte durch den KI-Einsatz bei komplexen Tätigkeiten hervorgehoben. Beispielsweise werden KI-bedingte Arbeitsmarkteffekte und Gehaltseinbußen von Werbetextern berichtet.

Nachhaltigkeit

Digitalisierung kann im Einzelfall Energie und Ressourcen einsparen helfen. Ein Beispiel sind intelligente Verkehrsleitsysteme. Allerdings werden häufiger negative als positive Aspekte diskutiert, z. B. durch Vermeidung von Fahrzeiten ohne Passagiere, die in Hamburg 72 Prozent betragen. Dazu zählen:

• Hoher Energieverbrauch beim Betrieb von IT-Systemen. Weltweit betrug der weltweite Stromverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnik im Jahr 2018 etwa 2300 Terawattstunden (TWh). Allein das Internet hatte daran einen Anteil von 10 Prozent. Knapp vier Prozent der weltweiten CO₂-Emissionen gehen heute auf digitale Geräte zurück. Laut einer Studie des Bundeswirtschaftsministeriums betrug der Energiebedarf der Rechenzentren einschließlich der Server-, Speicher- und Netzwerktechnik sowie wesentlicher Infrastruktursysteme 2015 in Deutschland 18 Terawattstunden (entspricht 18 Mrd. Kilowattstunden). Bezogen auf die Informations- und Kommunikationstechnik insgesamt betrug 2015 der Stromverbrauch in Deutschland 48 TWh, also pro Bundesbürger etwa 600 kWh. Im Jahr 2024 verbrauchten allein die deutschen Rechenzentren 20 TWh, das waren etwa 63 % mehr als das gesamte Land Berlin verbrauchte. Die Internationale Energieagentur bezifferte den weltweiten Stromverbrauch für Rechenzentren im Jahr 2024 auf etwa 415 TWh, das sind etwa 92 % des gesamten Stromverbrauchs Frankreichs. In Irland musste 2022 der Bau neuer Rechenzentren wegen Strommangel gestoppt werden, in Omaha soll wegen des Betriebs der dortigen Google-Rechenzentren die Energieerzeugung bis 2033 fast verdoppelt werden. Der jährliche Stromverbrauch durch Kryptowährungen beträgt ca. 186 TWh, das ist mehr als der Stromverbrauch Pakistans. Hinzu kommt, dass das Streamen von Musik und Videos über Mobilfunknetze das Mehrfache an Energie erfordert als die Übertragung über stationäres WLAN bzw. Glasfasernetz oder das einmalige Herunterladen. Die Generierung eines Bildes per KI erfordert etwa soviel Energie wie das Aufladen eines Smartphones.
• Kritisiert wird auch der Verbrauch von Rohstoffen. Bei der Herstellung eines Laptops gehen nur zirka 2 Prozent der Materialien in das Produkt selbst ein. Der Abbau von Lithium beispielsweise, das für die Akkus verwendet wird, aber auch die Kühlung der Rechenzentren erfordern enorme Mengen Wasser.
• Probleme treten beim Recycling und bei der Entsorgung insbesondere der privat genutzten Geräte auf. Laut einem UN-Report von 2019 fallen jährlich weltweit etwa 50 Millionen Tonnen Elektronikschrott an, von denen nur 20 % geordnet wiederverwertet werden. Etwa 18 Millionen Kinder arbeiten laut Weltgesundheitsorganisation auf den Schrottmüllhalden im Globalen Süden. Laut Greenpeace handelt es sich um toxic colonialism.

Siehe auch

• Digitise Island
• Enterprise-Content Management (ECM)

Literatur

Bücher

• Für Bücher zu den wirtschaftlich-politischen Themen zu dem Konzept der „digitalen Transformation“ und „digitales Unternehmen“.
• Für Bücher zu den gesellschaftlich-sozialen Themen siehe auch die Netzwerkgesellschaft oder Informationsgesellschaft.
• Für Bücher zur elektronischen Archivierung und dem Dokumentenmanagement siehe dort.
• Hartmut Weber (Hrsg.): Digitale Archive und Bibliotheken: neue Zugangsmöglichkeiten und Nutzungsqualitäten (= Werkhefte der Staatlichen Archivverwaltung Baden-Württemberg Serie A, Landesarchivdirektion. Band 15). Kohlhammer, Stuttgart 2000, ISBN 3-17-016062-1 (landesarchiv-bw.de). 
• Till Kreutzer: Digitalisierung gemeinfreier Werke durch Bibliotheken: Leitfaden. Hochschulbibliothekszentrum des Landes Nordrhein-Westfalen (hbz), Köln 2011 (katalog.gfzk.de). 

Audio und Film

• SRF: Zeitreise durch die Welt der Digitalisierung (2019)
• Podcast der International Psychoanalytic University Berlin (IPU): 1 oder 0? Entscheiden und Führen im digitalen Zeitalter (2020)

Weblinks

Wiktionary: Digitalisierung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wiktionary: Digitalisat – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Digitization – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien