Initial-Zündung für Industrie 4.0

    „Übertragen Sie die Dynamik der Digitalisierung auf Ihr Unternehmen.“

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    Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer, Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart, und des Instituts für Arbeitswirtschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart

    und

    FraunhoferSebastian Schlund

    Dr.-Ing. Sebastian Schlund, Leiter des Competence Centers Produktionsmanagement des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart

    Wir leben und arbeiten mitten in der digitalen Transformation. Lexika, Tickets und Musik sind schon digitalisiert und können problem- und papierlos versendet, aktualisiert und überall mitgenommen werden. Das Smartphone ist Teil unseres Alltags und vielfach so etwas wie ein Familienmitglied geworden. Google kennt inzwischen unser Fahrverhalten besser als die Automobilhersteller, Mülleimer werden intelligent und organisieren ihre Entleerung selbständig. Kurzum, das Internet wird mehr und mehr zum Internet der Dinge.

    Unter dem Überbegriff »Industrie 4.0« wird nun schon seit geraumer Zeit die Übertragung des Internets der Dinge in den Business-Bereich und die damit verbundene Digitalisierung industrieller Wertschöpfung vorangetrieben. Doch während sich in unserem Privatleben die Innovationszyklen neuer Vernetzungslösungen immer weiter verkürzen, kommt die »Industrie 4.0« langsamer als vielfach erwartet in unserem Arbeitsleben an. Schon ist von einer »Revolution im Schneckentempo« die Rede. Anlass genug, genauer auf den Umsetzungsstand zu schauen.

    Als jährlicher Fixpunkt öffnet die Hannover Messe Industrie (HMI)/Ende April wieder die Pforten. Um der Bedeutung des Themas gerecht zu werden, trägt die HMI auch dieses Jahr wieder den Titel »Integrated Industry«. Die USA als Partnerland erlauben zugleich, den Entwicklungsstand der deutschen und der amerikanischen Ansätze im Thema unter dem Brennglas zu vergleichen.

    Industrie 4.0 – der Anfang ist gemacht

    Fraunhofer

    Vor ziemlich genau drei Jahren haben wir die Zukunftsstudie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0« veröffentlicht. Zeit genug, die diesjährige HMI als Anlass zu nehmen, um die damals zentralen Erwartungshaltungen im Themenfeld zu reflektieren. Aufsatzpunkt, uns damals dem Thema zu widmen, war die weithin akzeptierte Meinung, dass sich im Nachgang der größten Wirtschaftskrise nach dem zweiten Weltkrieg und der anschließenden rasanten wirtschaftlichen Erholung gezeigt hat, dass die Produktion ein Garant für die stabile Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft ist.

    Volatile Märkte, neue global agierende Marktteilnehmer, schnelllebige Absatzmärkte, kundenspezifische Produkte und diffizile Produktionsprozesse erfordern flexiblere und reaktionsfähigere Produktionssysteme und -mitarbeiter. Gleichzeitig galt und gilt es, das Niveau der Produktivität und Qualität unverändert hoch zu halten. Neue Wege versprechen aktuelle technische Entwicklungen wie Industrie 4.0, flexible Low-Cost-Automation und die Nutzung von Mobilgeräten und Social Media – auch im Produktionsbereich. Die Diskussion um »Industrie 4.0« stand damals ebenso am Anfang wie die betriebliche Umsetzung intelligenter Vernetzung.

    Wie weit sind wir heute?

    Und heute? Was hat sich seitdem getan? Den heutigen Entwicklungsstand des Themas würden wir folgendermaßen einordnen:

    • »Industrie 4.0« hat sich als deutscher Begriff für die Digitalisierung industrieller Wertschöpfung etabliert.

    Der Begriff ist inzwischen zur Marke geworden, zieht Interesse und Diskussionen an und wird international viel beachtet. Wenngleich oftmals nicht wortwörtlich übersetzt, finden sich große Gemeinsamkeiten in der Diskussion des diesjährigen Weltwirtschaftsforums in Davos, in der US-amerikanischen Reindustrialisierungsdebatte und im groß angelegten chinesischen Modernisierungsfahrplan »Made in China 2025«.

    • Losgröße 1 zu Kosten der Massenproduktion ist als gemeinsames Ziel weitestgehend akzeptiert.

    Während es offensichtlich sehr schwierig ist, unternehmensübergreifend vergleichbare Transformationspfade und Musterlösungen für die Umsetzung von »Industrie 4.0« zu definieren, herrscht breiter Konsens über die Zielstellung »Losgröße 1 zu Kosten der Massenproduktion«. Gleiches gilt für die Beibehaltung und Weiterentwicklung etablierter und gut funktionierender Organisationsprozesse, beispielsweise des Lean Managements. Unklarheit herrscht häufig noch darüber, in welchem Unternehmensbereich und mit welchen Projektschwerpunkten gestartet werden sollte. Je nach Unternehmenskontext sind Maßnahmen aus diesen Vernetzungsbereichen denkbar:

    • Integration über den Produktlebenszyklus,
    • Vertikale Vernetzung durch Interaktion von Produkt, Produktion und Betriebsmitteln sowie
    • Horizontale Vernetzung in Wertschöpfungsnetzwerken.

    Das jeweilige Marktumfeld und die Geschäftsstrategie müssen deshalb zwingend bei abgeleiteten Aussagen wie Handlungsempfehlungen und Auswirkungsabschätzungen berücksichtigt werden.

    • Es existiert nach wie vor keine allgemein geteilte Begriffsdefinition.

    Dies ist insofern bemerkenswert, als dass sich zahlreiche Protagonisten auf diese beziehen und die Deutungshoheit beanspruchen, welche Lösungen »Industrie 4.0« sind und welche nicht. Fasst man die Hauptströmungen zusammen, wird unter dem Überbegriff »Industrie 4.0« die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung erwartet. Haupttreiber dafür ist die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen.

    Diese begriffliche Breite erschwert die Vergleichbarkeit der möglichen Lösungsansätze, hat aber im Rückblick ermöglicht, dass sich eine große domänenübergreife Community hinter dem Begriff versammelt und das Thema gestaltet. Diese reicht von den Kern-Fachdomänen Maschinenbau, Elektro- und hier vor allem Automatisierungstechnik, IT bis in die Arbeitswissenschaften, HR und die Soziologie. Die gemeinsame Verständigung und gemeinsame Ziele werden nach wie vor schwierig bleiben, ermöglichen aber gänzlich andere Projektkonstellationen und organisatorische Innovationen.

    • Die Erwartungshaltung auf Geschäftsführungsebene ist hoch; die vorliegenden Erfahrungen zu den Auswirkungen sind gering.

    Die Führungsebenen deutscher Unternehmen kennen und nutzen weitgehend den Begriff »Industrie 4.0«. Information und Sensibilisierung liefen und laufen sehr erfolgreich über Veranstaltungen und Veröffentlichungen und Förderprogramme. Die Erwartungshaltung durch die Digitalisierung industrieller Wertschöpfung ist heute sehr hoch; die durchgeführten Studien dazu bestätigt dies.

    Der Umsetzungsstand und insbesondere die durch Industrie 4.0-Projekte erzielten Ergebnisse erfüllen diese Erwartungshaltung bisher allerdings nur in sehr überschaubaren Bereichen. In den nächsten Monaten wird es verstärkt darauf ankommen, die Wirksamkeit der Maßnahmen nachzuweisen, diese zu übertragen und die oftmals nötigen Infrastruktur-Investitionen in den Unternehmen zu amortisieren. Gleichzeitig werden die Anstrengungen intensiviert werden müssen, das Thema breit in den Unternehmen zu verankern und bei den Beteiligten positiv zu besetzen.

    • Die Anzahl betrieblicher Anwendungsfälle und Umsetzungslösungen steigt stark an.

    Während sich Manche noch an den Begrifflichkeiten abarbeiten, existieren mittlerweile zahlreiche laufende Anwendungsfälle und Umsetzungslösungen. Diese sind auch notwendig, damit aus dem ausgerufenen Agenda-Setting realisierter Mehrwert wird.

    Die Landkarte der Plattform Industrie 4.0 [1] oder die »100 Orte für Industrie 4.0 in Baden-Württemberg« [2] zeigen bereits heute in Summe etwa 250 Anwendungsbeispiele in unterschiedlichen Realisierungsstufen. Die Orientierung an der Umsetzung und an einer stärker experimentellen betrieblichen Ausgestaltung fördert unkonventionelle Projektansätze, Modellfabriken, Test-Labs, aber auch die dafür notwendige Kreativität, agile Projektformate und Querdenker.

    • Arbeitsorganisatorische Aspekte und Qualifizierung gewinnen stetig an Bedeutung.

    Die digitale Transformation läuft mitnichten als rein technischer Prozess ab. Vielmehr werden bestehende Unternehmensprozesse verändert und in Teilen neu gestaltet. Dabei werden Änderungen immer das Gestaltungsdreieck Technik–Organisation–Personal beeinflussen oder nur mittelbar technisch getrieben. Zahlreiche Projekte gehen beispielsweise auf die Nutzung von Arbeitsmitteln zurück, die im privaten Umfeld schon weite Verbreitung gefunden haben. Der aktuelle Hype um den Einsatz von Smartwatches und anderen Wearables zur mobilen und kontextsensitiven Information und Interaktion belegt das.

    Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die Einführung von Maßnahmen intelligenter Vernetzung organisatorische und personelle Auswirkungen zur Folge hat. Noch nicht absehbar ist heute, ob es auf Personalseite eine Polarisierung der Berufsgruppen in sehr hoch oder sehr gering qualifizierte oder ein durchgehendes Kompetenz-Upgrading über alle Mitarbeiter geben wird. Beide Entwicklungsrichtungen erscheinen aus heutiger Sicht plausibel.

    • Hinsichtlich der Umsetzung lag der Schwerpunkt lange im Bereich Prozesseffizienz; der Fokus verlagert sich auf innovative Geschäftsmodelle.

    Die Grundprinzipien von Industrie 4.0 – Vernetzung, Autonomie, Selbststeuerung und (R)Echtzeitfähigkeit – finden sich in zahlreichen unternehmensinternen oder Verbund-Projektaktivitäten zur Steigerung der Prozesseffizienz wieder. Die Nutzung des Potenzials des Internets der Dinge durch den Einsatz intelligenter Vernetzung (CPS – Cyber-Physische Systeme) ist heute schon sichtbar im Einsatz von Smartphones zum Störungsmanagement, der Nutzung von Social Media zur Personalorganisation, schwarmorganisierten fahrerlosen Transportsystemen und Augmented Reality-Anwendungen in der Produktion, beispielsweise in Form des Einsatzes von Datenbrillen zur Kommissionierung. Die Nutzung der Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zur Schaffung neuer Produkte, Dienste und Geschäftsmodelle steckt heute noch in den Kinderschuhen. Die Möglichkeiten sind immens, die Diskussion und die Veranstaltungsdichte zum Thema sind es momentan auch. Der Erfolg wird davon abhängen, wie gut es Unternehmen gelingen wird, Daten ihrer Produkte und deren Nutzer zu erfassen, zu verstehen und zu nutzen.

    • Die Auseinandersetzung mit dem Thema »Industrie 4.0« hat im Mittelstand und Handwerksbetrieben gerade erst begonnen.

    Eng verbunden mit einer hohen Erwartungshaltung durch die Digitalisierung quasi aller Wertschöpfungsprozesse ist vielfach eine tief sitzende Skepsis mit dem Begriff »Industrie 4.0«. Diese findet ihre Entsprechung in zwei Richtungen. Einerseits wird eine Einschränkung auf »die konzerngeprägte Großindustrie« vermutet. Andererseits wird der Gestaltungsanspruch einer erwarteten vierten industriellen Revolution in Frage gestellt. An dieser Stelle setzen momentan zahlreiche Formate an, um Mittelstand und besonders Handwerksbetriebe zu sensibilisieren und in Umsetzungsprojekten das Thema zu bearbeiten.

    • Normung und Standardisierung werden von allen Beteiligten gefordert, laufen aber jedem zu langsam.

    Kaum eine Diskussion zum Thema vergeht, ohne dass sich einige Beteiligte über die schleppende Standardisierung im Thema beklagen. Aktivitäten sind angelaufen; Plattformen und Verbände organisieren die Beteiligung. Inwieweit die Ergebnisse der gleichzeitig laufenden Anwendungsentwicklung gerecht werden, lässt sich heute noch nicht abschätzen. Hauptgrund dafür ist die internationale Dynamik des Themas und die Entwicklung von Datenaustausch-Standards wie OPC-UA und AutomationML, die unterschiedliche Vernetzungsbereiche abdecken. Auch die Fraunhofer-Gesellschaft trägt mit ihrem »Industrial Data Space« dazu bei.

    Résumé

    Zusammenfassend lässt sich schon heute feststellen, dass diese industrielle Revolution wohl etwas länger dauern wird. Gleichwohl zeigt die Erfahrung aus anderen Branchen, dass eine Verweigerung der Digitalisierung schnell die gesamte Geschäftsgrundlage obsolet werden lässt.

    Folgende fünf Handlungsvorschläge bieten Unternehmen eine Orientierung:

    1. »Erkennen Sie die Chancen«: Vernetzung, günstige Hardware und skalierbare Software haben bereits andere Branchen komplett umgekrempelt.
    2. »Gestalten Sie«: Pilotieren Sie tragfähige Anwendungen und Geschäftsmodelle für Ihr Unternehmen und arbeiten Sie deren Mehrwert heraus.
    3. »Führen Sie nicht nur Technologien ein; verändern Sie Prozesse«: Hardware ist schnell beschafft, deren zielgerichtete Nutzung bedarf jedoch meist tiefgreifender organisatorischer Veränderungen.
    4. »Nutzen Sie die Diversität und individuelle Bedürfnisse Ihrer Beschäftigten«: Befähigen Sie Ihre Beschäftigten als zentraler Schlüssel von Kreativität und industrieller Wertschöpfung und bauen Sie deren Kompetenzen stetig aus.
    5. »Seien Sie Erster«: Übertragen Sie die Dynamik der IuK-Branche auf Ihr Unternehmen, um Leitmarkt und -anbieter zu sein. Wer neue Geschäftsmodelle erfolgreich im Markt umsetzt, hat die besten Zukunftschancen.

    Vor diesem Hintergrund gilt es, die Chancen für das eigene Unternehmen zu erkennen, Kundennutzen und Prozesseffizienz mit Hilfsmitteln digitaler Vernetzung zu generieren.

    www.iao.fraunhofer.de

    Das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO in Stuttgart ist seit über 30 Jahren ein renommierter Anbieter von Dienstleistungen in den Bereichen Unternehmens- und Arbeitsorganisation, Technologiemanagement sowie Informations- und Kommunikationstechnik. Durch die enge Kooperation mit dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologie­management IAT der Universität Stuttgart verbindet das Fraunhofer IAO universitäre Grundlagenforschung, anwendungsorientierte Wissenschaft und wirtschaftliche Praxis.

    Hannover Messe: Exponate des Fraunhofer IAO im Baden-Württemberg-Pavillon in Halle 27, Stand H71:

    • Autonomes Fahren: Demonstrator zur sozialen Interaktion
    • »Physical Apps«: Smarte Teile nach individuellen Wünschen herstellen
    • Future Urban Taxi: Wie sieht das Taxi der Zukunft aus?
    • Projekt »LieSE« (gehört zum Partnerinstitut: Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart): Auf dem Weg zum E-Mobilitäts-Anbieter

    Exponat zur Fraunhofer-Initiative „Morgenstadt“ am VDI-Stand in Halle 2, Stand C40

    Referenzen

    [1]          www.plattform-i40.de

    [2]          http://www.i40-bw.de/initiatives/__Initiativen.html

    [3]          Ganschar, O., Gerlach, S., Hämmerle, M., Krause, T., Schlund, S., Spath, D. (Hrsg.): Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0, Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2013.

    [4]          Plattform Industrie 4.0: Landkarte Industrie 4.0: http://www.plattform-i40.de/I40/Navigation/DE/In-der-Praxis/Karte/karte.html.

    [5]          Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg: 100 Orte für Industrie 4.0 in Baden-Württemberg, http://www.i40-bw.de/100_places/__100-Orte.html.

    [6]          agiplan et al.: Erschließen der Potenziale der Anwendungen von Industrie 4.0 im Mittelstand“, Berlin 2015

    [7]          Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, (et. al.): Die digitale Agenda 2014 – 2017. Berlin 2014, http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/Publikationen/digitale-agenda-2014.

    [8]          acatech. Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion Wirtschaft und Wissenschaft (Hrsg.) 2013: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Berlin.

    [9]          Heng, S: Industrie 4.0 – Upgrade des Industriestandorts Deutschland steht bevor, Deutsche Bank Research, 2014.

    [10]        Schlund, S., Hämmerle, M., Strölin, T.: Industrie 4.0 – Eine Revolution der Arbeitsgestaltung, Stuttgart/Ulm, 2015, Ingenics AG, 2014, 31 S.

    [11]        Bauer, W., Schlund, S., Marrenbach, D., Ganschar, O., Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. -bitkom-: Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland., Berlin, BITKOM, 2014, 43 S.

    [12]        Bauer, W., Schlund, S.: Wandel der Arbeit in indirekten Bereichen: Planung und Engineering. In: Digitalisierung industrieller Arbeit: Die Vision Industrie 4.0 und ihre sozialen Herausforderungen, H. Hirsch-Kreinsen (Hrsg.); Edition Sigma, Nomos-Verlag, 1. Auflage, Baden-Baden, 2015, S.53–69.