Industrie 4.0 erfolgreich gestalten

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Industrie 4.0 ist ein Buzzword, das aktuell sowohl in der Praxis als auch in der Wissenschaft intensiv diskutiert wird. Es beschreibt die vierte industrielle Revolution, nach der Einführung der Dampfmaschine, der Massenfertigung mit Hilfe von Fließbändern und elektrischer Energie gefolgt von der digitalen Revolution mit Einsatz von Elektronik und IT für die Automatisierung von Produkten. Bei der digitalen Transformation Made in Germany spielt Industrie 4.0-Innitiative eine wichtige Rolle und ist mittlerweile zu einem deutschen Aushängeschild im internationalen Vergleich geworden. Doch worum geht es eigentlich dabei? In diesem Beitrag schauen wir, was sich wirklich hinter Industrie 4.0-Ansätzen verbirgt.

Industrie 4.0

Industrie 4.0 - Eine Definition

Der Begriff Industrie 4.0 geht sowohl auf die Forschungsunion als auch auf ein gleichnamiges Projekt in der Hightech-Strategie der deutschen Bundesregierung zurück. Gleichzeitig bezeichnet er eine Forschungsplattform. Die industrielle Produktion soll mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik, basierend auf intelligente und digital vernetzte Systeme, verzahnt werden, mit deren Hilfe eine selbstorganisierte Produktion möglich sein soll.

In der Industrie 4.0 kooperieren und kommunizieren Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte direkt miteinander. Durch die Vernetzung soll es möglich werden, nicht mehr nur einen Produktionsschritt, sondern eine ganze Wertschöpfungskette zu optimieren. Das Netz soll zudem alle Phasen des Lebenszyklus des Produktes einschließen, von der Idee über die Entwicklung, Fertigung, Nutzung und Wartung bis hin zum Recycling.

Auf dem Weg zur Smart Factory

Zweifellos verändert die fortschreitende Digitalisierung die Industrielandschaften und gewohnte Unternehmensstrukturen nachhaltig, dabei ist die Smart Factory eine der bekanntesten Erscheinungsformen von Industrie 4.0. In der intelligenten Fabrik von morgen, sind Maschinen, Anlagen und Produkte unternehmensübergreifend miteinander vernetzt. Produktionssysteme und Produkte werden durch intelligente Sensoren und Aktoren zu Cyber-physischen Systemen (CPS), die Daten in Echtzeit generieren und über System-, Komponenten- und Fabrikgrenzen oder sogar Unternehmensgrenzen über das Internet der Dinge austauschen.

Mittels Sensoren nehmen Anlagen und Produkte ihre Umgebung und ihren aktuellen Zustand wahr und reagieren durch verfügbare Echtzeitdaten als Aktoren situativ auf Ereignisse. Sie interagieren gezielt mit ihrer Umgebung und beeinflussen diese. Es entstehen dezentrale, selbststeuernde und adaptive Produktions- und Logistiksysteme. Die Echtzeitverfügbarkeit jeglicher Produktionsinformationen ermöglicht ein neues Niveau an horizontaler und vertikaler Interoperabilität. ERP- und MES-geprägte Wertschöpfungsketten lassen sich dann sogar unternehmensübergreifend vernetzen.

Dafür bedarf es aber produktionsnaher IT-Systeme, die den kompletten Produktentstehungsprozess unterstützen, also sowohl die Schnittstellen zur Produktions- und Automatisierungstechnik (MES) als auch zu weiteren IT-Systemen aus dem Bereich ERP. Erst dann kann ein ganzheitliches Steuern und Planen der Produktion möglich

Wie geht man hierfür vor? Zuerst gilt es eine Vision einer smarten Fabrik zu entwickeln. Die Optimierung der fachlichen lean-optimierten Prozesse steht hier im Fokus. Eine smarte Transformation kostet natürlich Geld. Somit sollten Kennzahlen als Erwartungshaltung zu kommunizieren weit vorne im Transformationsprozess festgelegt werden. Die vielfach ungeliebte Unternehmensmodellierung ist ein weiterer konzeptioneller Punkt. In einem ersten technischen Realisierungs-Schritt sollten bestehende Produktionsanlagen mit Netzwerkanschlüssen und IP-Adressen ausgerüstet werden, um einfach ausgedrückt ein soziales Netzwerk der Maschinen aufzubauen. In diesem Netzwerk verschmelzen Automatisierungs- und Informationstechnik und die Maschinen entwickeln als interagierende Systeme erweiterte Fähigkeiten für Informationsaustausch und sogar neue Geschäftsmodelle. Die mit folgenden Szenarien verdeutlicht werden:

Smart Machines sind intelligente Produktionsanlagen, die sowohl untereinander als auch mit Kunden und Zulieferern vernetzt sind. Sie fangen in Echtzeit ein virtuelles Abbild der realen Produktionsumgebung ein. Sie tauschen aktuelle Daten zu Fertigungsstatus, -ort, sowie Informationen zu Produktionsmitteln und -ressourcen untereinander aus. Mit Hilfe des virtuellen Abbilds können die Produktionsabläufe und -kapazitäten auch sehr kurzfristig geplant, abgesichert und gesteuert werden. Kommt es im regulären Produktionsbetrieb zu ungeplanten Ereignissen wie beispielsweise Anlagenstörungen oder -ausfällen, können Maschinen darauf sofort reagieren, indem sie laufende Produktionsaufträge auf andere Maschinen umverteilen und Instandhaltungsaufträge samt Bereitstellung von Ersatzteilen vorausschauend optimieren.

Smart Products können beispielsweise durch den Einsatz von RFID-Technologie Daten speichern, lesen, daraus relevante Informationen extrahieren und mit ihrem Umfeld in Echtzeit austauschen. Jedes Produkt kennt bereits zu Beginn der Produktion seine vollständige Konfiguration, seinen aktuellen Status, seine Historie, die erforderlichen Produktionsschritte, sowie die nötigen Komponenten und Materialien. Das intelligente Produkt kann mit der Anlage autonom kommunizieren, also etwa produktspezifische Fertigungsinformationen austauschen und anfordern. Dadurch lassen sich künftig u. a. Kapazitätsengpässe frühzeitig identifizieren und umgehen, sodass kundenindividuelle Produkte (Losgröße eins) effizient produziert werden können.

Smart Grids ermöglichen eine durchgängige Überwachung und Steuerung des Energiebedarfs und -verbrauchs in der Produktion. Es entsteht ein nachhaltiges und aktives Energiemanagement, was Anlagenleistung und Effizienz optimiert.

Navigation für die Business Transformation

Doch es gibt auch mahnende Stimmen, die davor warnen, dass der Begriff Industrie 4.0 zu einem Schlagwort ohne jegliche Durchschlagskraft verkommen könnte. Kritiker bemängeln insbesondere dem zu starken Fokus auf die Forschung und Technikfixierung gegenüber der Generierung von neuen Geschäftsmodellen. Dieser Kritik müssen wir leider zum Teil auch zustimmen. Natürlich ist eine solche Kritik an Industrie 4.0 polemisch, zugleich zeigt sie aber richtige Wege auf, indem auf eine Business Transformation 4.0 gesetzt und die Kritik ernstgenommen wird. 

Eine Business Transformation 4.0 beginnt mit der Festlegung gewünschter Ziele, die entweder gesteigerte Umsätze durch neue Services/Produkte oder verringerte Kosten durch bessere Strukturen sein können. Diese Ziele können in verschiedenen digitalen Dimensionen realisiert werden, etwa durch Optimierung von Produkten und Services, durch interne Optimierungen oder durch Verbesserung der Marktschnittstellen.

Fähigkeiten als Basis für Industrie 4.0

Was aber ist die Basis für bessere Services, eine bessere interne Business-Logik oder bessere Marktschnittstellen? Wir setzen auf Fähigkeiten (Capabilities) als nachhaltige Erfolgsbasis, da Fähigkeiten nicht nur stabiler als Prozesse und Organisationsstrukturen sind, sondern vor allem das Ausmaß an Komplexität bei Planung und Umsetzung begrenzen und somit steuerbar machen. Denn nach wie vor gestaltet sich der Aufbau digitaler Geschäftsmodelle als äußerst komplex, da oftmals wenig Transparenz über konkrete operative Folgen in den Unternehmensbereichen vorhanden ist.

Deshalb plädieren wir dafür, den praxiserprobten Ansatz der Fähigkeit-basierten Planung (Capability-based Planning) zu nutzen. Hiermit lassen sich die Unternehmensbereiche identifizieren, die vom neuen Szenario betroffen sind, und die Schlüsselfähigkeiten bewerten, die notwendig sind, um bspw. eine vernetzte Produktion im Sinne einer Smart Factory zu ermöglichen. Dabei sind im Hinblick auf das Digitalisierungspotenzial vor allem die Informationsflüsse zwischen den je nach Bedarf fein oder weniger fein geschnittenen Capabilities, also im Beispiel einer vernetzten Produktion etwa zwischen Fähigkeiten wie Agile Process Modeling, Information Sourcing und HybridReality Simulation zu untersuchen.

Natürlich dürfen die Erfolge aus der Lean-Transformation nicht vernachlässigt werden. Stabile Prozesse sind der Ausgangspunkt. Lean in der Smart Factory gestaltet sich somit verändert – oder gegenüber der klassischen Fabrik – weiterentwickelt, was ja dem Wesen von Lean entspricht. Der Weg ist das Ziel und das Streben nach Perfektion. Die Smart Factory ist auf diesem Weg ein wichtiger und zugleich großer Schritt.

Als Resultat lassen sich eindeutige digitale Anforderungen in Dimensionen wie People, Process und Material ausformulieren und - gerade hinsichtlich der vorhandenen Ressourcen - klar priorisieren. Somit wird klar, welche konkreten Geschäftsfähigkeiten ein Unternehmen ausbilden oder ändern muss, um das Potenzial der digitalen Transformation bestmöglich erschließen zu können.

Tools für die Transformation 4.0

Der Digital Navigator als Werkzeug und das architekturbasierte Vorgehen wurde in Kooperation von Detecon und dem Cross Business Architecture Lab entwickelt und erfolgreich angewendet. So wurden die Use Cases aus der Umsetzugsempfehlung zu Industrie 4.0 auf ihre Bedeutung bzw. spezifische Ausprägung für die Kunden hin untersucht. Anhand des Digital Navigator konnten zum Beispiel bei einem Unternehmen der Prozessindustrie auf Basis des Uses Cases Adaptive Logistics signifikante effizienz- und effektivitätssteigernde Potentiale der Digitalisierung in der Supply Chain identifiziert werden.

Industrie 4.0

Wir glauben, dass eine systematische Transformation ohne Werkzeuge schwierig ist. Als Instrument zur Planung und nachhaltigen Umsetzung der digitalen Transformation ermöglicht der Digital Navigator zum einen die systematische Bewertung alternativer, digitaler Optimierungs-Szenarien anhand einer Fähigkeiten-Landkarte des eigenen Unternehmens und zum anderen und zum anderen schafft es Transparenz über mögliche Auswirkungen für Geschäftsbereiche und -prozesse. Schließlich hilft es auch dabei die Fähigkeiten, die für die Industrie 4.0 erweitert oder aufgebaut werden müssen, zu identifizieren. Auf diese Weise entsteht tatsächlich eine praxisnahe und für die Vertreter von unterschiedlich betroffenen Einheiten eine anschaulich zu vermittelnde Entscheidungsunterstützung für mögliche Alternativen und die Planung einer Road Map zur Umsetzung.

Risiken und Herausforderungen für Industrie 4.0

Eine bisher noch kaum geführte Diskussion rund um Industrie 4.0 wird sich zukünftig um die Datenhoheit drehen: Wem gehören die Daten, das sogenannte neue Gold, die in der Produktion tagtäglich anfallen? Somit bedarf es zwingend eines methodischen Vorgehens bei der Umwandlung einer bestehenden Fabrik oder der Neukonzeption einer Smart Factory. Vision und Strategie sollten hierbei immer am Anfang stehen.

Auf technischer Ebene treten in diesem Zusammenhang immer wieder Risiken zu den Themen Cybersecurity und der Verfügbarkeit der IT-Infrastruktur. Aber auch eine zu schnelle Einführung von Technologien und ein zu langsames Internet können kritisch werden. Aktuell liegt Deutschland im internationalen Vergleich auf den hintersten Plätzen bzgl. dem Ausbau und der Verfügbarkeit eines schnellen Internets. Zu viel IT und Automatisierung hingegen führt in die CIM-Falle (Computer-integrated Manufacturing). Unternehmen werden unflexibel und können die eingeführte Technologie nicht mehr ausreichend beherrschen. Auch bei der Standardisierung gibt es Nachholbedarf. Deutsche Unternehmen beteiligen sich nur punktuell an internationalen Standards, über die aber maßgeblich Technologien geprägt werden.

Organisatorische Risiken stellen jedoch die größten Hindernisse dar. Industrie 4.0 verändert die Arbeitswelt in erheblichen Maße, sowohl in den direkten als auch in den indirekten Bereichen. Ohne ein aktives Change Management werden die Mitarbeiter nicht mitgenommen und Abwehrhaltungen oder sogar aktives dagegen Arbeiten nehmen zu. Unternehmen haben bei der Lean-Transformation bereits ähnliche Erfahrungen gemacht. Auf diesen lässt sich aufbauen und nutzen. Hierzu gehört als zentrales Element das Thema Qualifikation aller Mitarbeiter (auch der Manager).

Ein weiterer Punkt ist die speziell in Deutschland, stark ausgeprägte Technikfokussierung. Diese falsche Fokussierung tritt aktuell in vielen Big-Data-Projekten zu Tage. Industrie 4.0 im Allgemeinen und Big Data im Speziellen stellt nicht nur eine technische, sondern auch eine Management-Revolution dar. Werden derartige Projekte zu sehr mit der technologischen Brille gesehen, so wird die hierin liegende hohe Sprengkraft übersehen, mit entsprechenden Konsequenzen. Die immer schnellere Veränderung der Welt (vor allem durch die Software getrieben) haben auch für Unternehmen im Ganzen Konsequenzen. Sie müssen frühzeitig diese Veränderungen erkennen und darauf reagieren sonst droht das Abgleiten in die wirtschaftliche Bedeutungslosigkeit. Als Konsequenz dieser Entwicklung muss die aktuell vielfach vorhandene mangelnde Innovations- und Veränderungskraft von Unternehmen deutlich geändert werden.

Die mit Industrie 4.0 verbundene Digitalisierung und Vernetzung führt auch zu einer verstärkten Auseinandersetzung mit dem Thema Datenschutz. Hier gilt es sowohl die Rechte der eigenen Mitarbeiter aber natürlich auch der Kunden nicht einzuschränken.

Durch die immer stärkere und intensivere Interaktion zwischen Mensch und Maschinen steigt naturgemäß auch die Gefahr von Arbeitsunfällen. Dem Thema Arbeitsplatzsicherheit wird zwar durch die Hersteller (etwa von sensitiven Robotern) Rechnung getragen. Es sollte aber nicht unbeachtet bleiben. Zu guter Letzt muss nochmals auf das Thema Mitarbeiter zurückgekommen werden. Es entsteht ein immer größerer Bedarf an Fachkräften (nicht notwendiger Weise akademisch ausgebildeter). Ausreichende Angebote und eine strategische Unternehmens- und Mitarbeiterplanung sind hier zwingend erforderlich.

Wirtschaftliche Punkte dürfen in der Aufzählung natürlich auch nicht fehlen. Industrie 4.0-Projekte müssen sich sowohl wirtschaftlich für ein Unternehmen darstellen lassen als auch einen entsprechenden Return of Investments liefern. Diese Punkte verhindern teilweise das Starten von Industrie 4.0-Projekten. Vielfach lange ROI-Zeiten, mangelnde Investitionsbereitschaft,Verlust von Arbeitsplätzen und Geschäftsfeldern aufgrund der Disruption sind hierbei besonders zu beachten. Aber auch eine mangelnde Forschungsförderung und ein disruptives Gründer-Gen fehlen im Vergleich zu den großen Playern.

Das Aufzeigen von Risiken sollte jedoch nicht vor entsprechenden Projekten abschrecken, sondern vielmehr dazu ermutigen. Wenn man den Feind, also die Risiken, kennt, dann können schon im Vorfeld entsprechende Maßnahmen aufgesetzt werden. Somit gelingen nicht nur die Projekte, sondern es können auch die erhofften Potentiale gehoben werden.

Fazit

Die Plattform Industrie 4.0 hat sich zum Ziel gesetzt, IT mit Produktionstechnologien zu verschmelzen, um dadurch innovative Produkte und Leistungen zu ermöglichen. Dies beinhaltet zahlreiche in diesem Beitrag aufgeführte Herausforderungen. Dennoch glauben wir an einen möglichen Erfolg des Projekts Industrie 4.0, wenn die Lösungsansätze richtig ausgerichtet werden und wir nicht auf Technik oder Forschung als Selbstzweck, sondern auf neue Produkte und Services, die dafür notwendigen Fähigkeiten, unterstützende Werkzeuge und damit auf eine Business Transformation 4.0 setzen.

 

Ansprechpartner

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