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2019/09/12

Digitalisierung im Großanlagenbau

Denn sie wissen nicht wirklich, was sie tun sollen

Der Maschinenbau steckt in der Krise, die Digitalisierung stockt und die Chinesen haben die Startlöcher bereits verlassen, sagt Dr. Michael Krenz, Leiter des Studiengangs „Internationales Projektmanagement im Großanlagenbau“ an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Im Gespräch mit Guido Horstmann, Partner der Industry Practice Manufacturing bei Detecon, beschreibt der Projektmanagement-Experte, wie die Großanlagenbauer mit Industrie 4.0 umgehen.

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Guido Horstmann: Als Berater beobachten wir bei unseren Kunden, dass sie die Digitalisierung nicht länger als Kür bewerten, sondern als Pflicht, um auch in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben. Sie sind mit ihrem Studiengang, den Studierenden und Projekten ganz nah an den Maschinenbauern, insbesondere den Großanlagenbauern. Wie sehen Sie als Wissenschaftler die derzeitige Lage?

Dr. Michael Krenz: Die Unternehmen haben erkannt, dass sie sich digitalisieren müssen. Die Mehrheit der Unternehmen hat jedoch kein Digitalisierungskonzept geschweige denn eine Digitalisierungsvision. Einige wissen nicht wirklich, wie sie die Digitalisierung angehen sollen. Mein Eindruck ist: Die Unternehmen rufen nach Orientierung. Sie brauchen einen Kompass, da sie gezwungen sind wie im Nebel zu operieren. Diejenigen, die digitalisieren haben keine einheitliche Vorgehensweise. Diese hängt unter anderem von ihrem aktuellen digitalen Reifegrad ab. Sie wenden sowohl Gras­wurzelansätze als auch Top-down-Strategien an. Mit dem Graswurzelansatz setzen sie direkt am Tagesgeschäft an. Sie lernen durch direkte Ergebnisse, entwickeln daraus die nächsten Schritte weiter und erzielen durchaus auch unmittelbar Wettbewerbsvorteile. Auf Basis dieser Resultate leitet das Management dann umfassende Digitalisierungsstrategien ab und gibt sie für das Unternehmen top-down vor. Die Verbindung dieser beiden Ansätze ermöglicht eine schritt­weise Digitalisierung ganzer Unternehmen.

Die Unsicherheit liegt wahrscheinlich auch darin begründet, dass es zu wenig Fachleute gibt, die wissen, wie Digitalisierung geht. Das wird sich aber ändern, wenn neu ausgebildeter Nachwuchs in die Unternehmen kommt. 

Das wäre schön, aber da muss ich Sie enttäuschen. Wir haben zu wenig Humanpotenzial. Obwohl das Interesse bei Studierenden und Postgraduierten sehr groß ist, gibt es in der universitären Lehre, mit Bezug auf das Thema Digitalisierung und Industrie 4.0, signifikante Ausbildungsengpässe. Es fehlt gegenwärtig an entsprechenden Lehrkräften.
Entsprechend weiß niemand so recht, was zu tun ist. Ich gebe Ihnen ein typisches Beispiel. Wir Deutsche sind für die Herstellung hochqualitativer Pumpen international bekannt. Pumpen benötigen heute smarte Komponenten: Sensoren, Aktoren sowie Software und Vernetzung. Einerseits gibt es wirklich gute Vorlesungen darüber, wie man Pumpen konstruiert und fertigt. Andererseits werden aber viel zu wenig Lehrveranstaltungen angeboten, die sich mit der Pumpe als cyber-physisches System befassen. Über digitale Standards der Zukunft und Schnittstellen ist wenig bekannt. Darüber hinaus brauchen sie für jede Komponente einen digitalen Zwilling. Wie macht man den eigentlich? Wie bekomme ich die Funktionalität in den Zwilling? Welche Software gibt es? Und dann gibt es noch den Bereich, wie sich diese smarten Lösungen mit neuen Geschäftsmodellen verbinden lassen. Hier sind wir auch in der Lehre unterbelichtet.

Leider beobachten wir aber auch ein Produktivitätsparadoxon in Bezug auf die Digitalisierung: Trotz steigendem Digitalisierungsgrad sinkt die Produktivität. Das ZEW, also das Leibniz-Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung in Mannheim, hat schon vor einigen Jahren festgestellt, dass die Arbeitsproduktivität beim deutschen Maschinenbau im Jahr 2016 unter dem Wert von 2005 lag, was angesichts neuer Digitalisierungsanwendungen erstaunt. Der VDMA sieht dafür Gründe in den hohen Anfangsinvestitionen in die Digitalisierung, aber auch in der zunehmenden Internationalisierung oder im steigenden Dienstleistungsanteil im Maschinenbau.

Speziell bei den Großanlagenbauern sehe ich noch weitere Gründe. Der Großanlagenbau zeichnet sich durch große Auftragsvolumina und verschiedene Branchen­partner aus. In der Regel gibt es einen Generalunternehmer, der die verschiedenen Komponenten für das Gesamtsystem an Unterlieferanten vergibt. Hierzu müssen verschiedenste Disziplinen unter variierenden Randbedingungen kombiniert und koordiniert werden. Hauptprozessschritte sind die Konzeptionierung, Planung und Umsetzung industrieller Anlagen. Durch die Auftragsgröße und Auftragsbestandteile entwickelt sich der Bau von Großanlagen schnell von einem schwierigen zu einem komplexen System bezüglich der Produktstruktur und der Organisation. Das Projekt kann nicht mehr zwangsläufig durch klassisches Projektmanagement beherrscht werden, denn komplexe Systeme sind nur sehr begrenzt vorausschauend planbar und Ursache-Wirk-Beziehungen können häufig erst rückwirkend be­stimmt werden. Im Verlauf eines Großprojekts droht in Spitzenzeiten sogar das Umkippen in den chaotischen Systemzustand. Beispiele dafür sind aktuelle Großprojekte wie Stuttgart 21 oder der Flughafen BER. Projekte dieser Art sind extrem dynamisch und verändern sich laufend, wobei Ursache-Wirk-Beziehungen unklar bleiben.

Aktuell profitieren die Unternehmen noch von der guten wirtschaftlichen Lage. Sie investieren in die Umsetzung ihrer Digitalisierungsstrategie. Die Digitalisierung beschränkt sich allerdings meist auf kundenspezifische Anforderungen. Firmenspezifische, wie zum Beispiel Prozessverbesserungen, packen sie nicht an. Könnte die Digitalisierung nicht helfen, solche Großanlagenprojekte in den Griff zu bekommen?

Durchaus, denn die besonderen Strukturen und Eigenschaften des Großanlagenbaus erfordern spezielle Methoden. Um der Komplexitätsfalle solcher Projekte zu entkommen, sollten Anlagenbauer auf die Digitalisierung als Unter­stützung entlang des gesamten Entwicklungs- und Herstellungsprozesses setzen, wodurch die Komplexität der Produktstruktur beherrscht werden kann. Für die Organisation von Großprojekten sollten zusätzlich neue Managementformen, die das klassische Projektmanagement erweitern, aktiv entwickelt und angewendet werden. Wir brauchen also einen doppelten Befreiungsschlag: eine neue Generation von Projektmanagern und einen komplett neuen Ansatz von Projektmanagement.

Der Schwerpunkt liegt allerdings noch auf dem Punktuellen. Es wird weniger strategisch vorgegangen. Wir sehen in Bezug auf die Digitalisierung Hürden in den Unternehmen. Nicht nur im Maschinenbau. Digitalisierung zieht sich durch alle Abteilungen. Es müssen Abteilungen miteinander kooperieren, die bisher nicht direkt etwas miteinander zu tun hatten. Das fällt manchen Abteilungen schwer. Man scheitert meist an der Organisationsstruktur, da Digitalisierung cross-funktional ist. Es geht um Macht, Linien und Personal. Die Leiter sehen Digitalisierung als Chance, das Team eher als Gefahr. Daher braucht ein Unternehmen eine Digitalisierungsvision. Ansonsten fehlt Mitarbeitern die Orientierung. Auch die IT wandelt sich in ihrer Rolle fundamental. Bisher war IT ein Cost Center und interner Lieferant, der wenig zum Geschäftserfolg beigetragen hat. Jetzt ist die IT ein Profit Center, das eigenen Umsatz generieren kann, oder sagen wir genauer: generieren sollte. Sie ist nicht nur zentraler Umsetzer der Digitalisierungsstrategie, sondern Teil neuer Geschäftsmodelle, beispielsweise für neue Services wie Predictive Maintenance. Aber auch die IT muss für den digitalen Wandel ein hohes Maß an Änderungswillen und -können entwickeln.

Vollkommen richtig. Die IT kommt nicht immer gut weg. Es gibt zu wenig spezifische Benchmarks und fachorientierte Studien zur Digitalisierung. Den ersten Schritt mit Sensoren und Aktoren versuchen alle. Das setzen sie mit Schlüsselkomponenten ihrer Anlagen um. An der nächsten Stufe, der Vernetzung zur intelligenten Anlage mit digitalem Zwilling arbeiten sie intensiv. Im digitalen Zwilling ist die gesamte Anlage abgebildet: Isometrie, Funktionalitäten, Datenzuordnungen u.v.m. Das wird über Plattformen mit der Organisation verknüpft. Darin sehe ich einen strategischen Erfolgsfaktor für die Zukunft. Auf diesen Plattformen sind alle notwendigen Informationen hinterlegt und auf diese greifen alle am Projekt Beteiligten zu. Die Vision: Wenn das Projekt beendet ist, haben sie die Anlage und deren kongruenten digitalen Zwilling. Und damit die Basis für ganz spezielle Services. Was sie allerdings noch zu wenig verinnerlichen: Die Plattform ist der ideale Hebel für Disruption. Denn wer beherrscht das Geschäft? Derjenige, der die Plattform kontrolliert. Die Plattform können Großanlagenbauer betreiben, aber eben auch Schlüssellieferanten, IT-Firmen und Engineering-Unternehmen.

Diese Plattform-Ökonomie verbreitet sich vehement. Bisher setzen sich die IT-Unternehmen an die Spitze der Entwicklung. Zum Beispiel Microsoft mit Azure. Damit bekommt ein branchenfremdes Unternehmen Zugriff auf eine wesentliche Komponente der Digitalisierung: Daten. Wer die Daten hat, bekommt eine Basis für neue Geschäftsmodelle. Das müssen die Maschinenbauer verstehen.

Im Großanlagenbau hängt vieles auch an der Veränderung der Aufträge. Bisher wurden Großanlagen auf Basis von konventionellen Ausschreibungen konzipiert. Künftig werden neue Geschäfts­modelle Grundlage für Anlagenprojekte sein und dadurch weitere Geschäftsfelder erschlossen. Die Entwicklung von neuen Geschäftsmodellen im Großanlagenbau wird parallel zum technologischen Fortschritt erfolgen. Zu Beginn werden smarte Maschinenkomponenten entwickelt. Anschließend werden diese Komponenten vernetzt, wodurch „smarte Anlagen“ entstehen. Sie werden in der virtuellen Welt durch einen digitalen Zwilling abgebildet.

Das Generalunternehmen hat dann im nächsten Schritt die Möglichkeit, diese Anlagen auf einer Plattform zu verknüpfen. Dabei entsteht zusätzlich zum digitalen Abbild auch eine Arbeitsplattform, die alle nötigen Produktinformationen enthält und die Projektbeteiligten zur Kooperation befähigt. Dies ist besonders im Großanlagenbau von zentraler Bedeutung, da verschiedenste Hardware- und Softwarekomponenten unterschiedlich beauftragt und für das finale System integriert werden müssen. Erfolgt die Zusammenarbeit der Projektpartner wie beschrieben und wurden alle Vorstufen der Digitalisierung umgesetzt, steht am Ende dem Kunden nicht nur eine funktions­fähige Anlage zur Verfügung, sondern auch eine lückenlose Dokumentation und ein deckungs­gleicher digitaler Zwilling seiner Anlage. Das ist ein völlig neuer Ansatz, Großanlagen zu bauen.

Und ist dann die Basis für neue Geschäftsmodelle. Wenn ein Unternehmen einen digitalen Zwilling der Anlage hat, die Anlage über eine Plattform verknüpft wird, spielen Daten eine wichtige Rolle. Wer am meisten Daten hat, ist König der Geschäftsmodelle.

Absolut. Der Nutzen dieses Digitalisierungsvorgehens wandelt sich über den Lebenszyklus der Großanlage. Zu Beginn des Projekts ist die Plattform von maßgeblicher Bedeutung für den Entwurf und Bau der Anlage, später liefert sie durch die generierten Daten die Basis für Leistungssteigerungen, Updates und Upgrades sowie spezielle Wartungs- und Remote-Services. Solche cyber-physikalischen Systeme (CPS) sind der Hebel für digitale Disruption im Großanlagenbau, für neue Geschäftsmodelle und die Möglichkeit, die zunehmende Komplexität in den Griff zu bekommen. CPS unterstützen Generalunternehmer, ein komplettes Leistungspaket anbieten zu können, auch wenn sich Anforderungen und Bedürfnisse verändern, wie beispielsweise ein steigender Serviceanteil und Unterstützung im laufenden Betrieb der Großanlage. Weitere Geschäftsmodelle könnten sein: Anlagen verleasen, statt sie zu verkaufen. Oder teilverkaufen oder vermieten.

Noch ist der deutsche Maschinenbau aber wettbewerbsstark. Kein anderes Land hat so viele Hidden Champions und spezialisierte Unternehmen. Das macht uns vergleichsweise resistent gegen Marktschwankungen. Die Digitalisierung kann diese Position noch verstärken.

Da gebe ich Ihnen einerseits Recht. Andererseits warne ich davor, sich allzu lange auf den Lorbeeren auszuruhen. Die Strategien unterscheiden sich in den einzelnen Ländern. Während die deutschen Anlagenbauer ihre Zukunft stark im Bereich Industrie 4.0 sehen, erwarten internationale Wettbewerber größeres Potential in der Standardisierung und Modularisierung von Anlagen. Dabei sollen durch intelligente Vereinfachungen robuste und mobile Strukturen entstehen. Es bleibt abzuwarten, welche Strategie sich in den kommenden Jahrzehnten global durchsetzen wird. Ich wage da keine Prognose.

Aber die Chinesen kaufen doch gerade im Maschinenbau bei uns ein. Mit Maschinen aus Deutschland produzieren sie Massengüter.

Unterschätzen sie die Chinesen nicht. Die kupfern ab, inzwischen auch Großanlagen. Sie können nur aufholen, wenn sie das gnadenlos tun. Was die Chinesen aber on top machen: Sie kombinieren die innovativen Anteile kreativ neu und vereinfachen intelligent. Der Schritt von der Imitation zur Innovation wurde längst vollzogen. 2017 konnten in China 1,38 Mio. Patente angemeldet werden. Mehr als in Europa, den USA, Japan und Südkorea zusammen. Vergleichen Sie Alibaba mit Amazon. Alibaba verkauft auch Industriegüter und als drittes Standbein bietet Alibaba an, diese zu vernetzen. Sie arbeiten an Standards, womit man die unterschiedlichen Standards kompatibel machen kann. Darin liegt eine große Zukunft.

Was würden Sie denn einem Großanlagenbauer aktuell empfehlen?

Wir sind bereits in der Krise. Auch wenn sie sich noch nicht so deutlich zeigt. Heute wird Digitalisierung finanziert durch die aktuellen Gewinne. Wenn die Gewinne einbrechen, besteht die Gefahr, bei den Innovationen zu sparen. Doch der Großanlagenbau muss die Digitalisierung als Chance wahrnehmen, um seine Technologiekompetenz weiter auszubauen und der aktuellen Unsicherheit bezüglich der Entwicklung und Umsetzung cyber-physikalischer Systeme begegnen zu können. Digitalisierungsstrategien werden im Moment von Shareholdern eingefordert, selbst wenn sich diese Investitionen noch in keiner Amortisationsphase befinden. Entsprechend müssen Unternehmen jetzt handeln. Die Anlagenbauer verstehen aber noch nicht, dass sie zukünftig ihre Anlagen passend zum Geschäftsmodell bauen müssen. Wo sind diese neuen Geschäftsmodelle? Die Marktleistung der Großanlagenbauer wird sich, deutlich mehr als heute, von einer reinen Sachleistung hin zu einer Mischform aus Sach- und Dienstleistungen entwickeln. Diese Entwicklung ermöglicht auch Umsatzsteigerungen nach Abnahme und Inbetriebnahme der Anlage. Die durch die Digitalisierung ermöglichte stärkere Serviceorientierung wird auch im Großanlagenbau von enormer Bedeutung sein und muss deswegen fest im Produktportfolio etabliert werden. Und wie gehen Sie als Berater vor? Stimmen Sie mir zu?

Im Grunde unterscheidet sich unsere Arbeitsweise nicht von Ihren Vorschlägen. Detecon hilft an dieser Stelle Unternehmen verschiedener Größe bei der Konzeption des Technologie-Stacks für ein Produkt, das digitalisiert werden soll. Dazu werden Technologiekomponenten, Partner und Standard­produkte bewertet. Zudem werden Funktionalitäten unter Berücksichtigung von Produktsicherheit und Security entwickelt. So kann ein spezifisches Geschäftsmodell mit Services und einem passenden Marktrollout definiert werden.

Dann lassen Sie uns gemeinsam an der Zukunft arbeiten. Wir bilden unsere Studenten in die richtige Richtung aus, sie beraten die Unternehmen, wie sie sich richtig digitalisieren können.

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