lndustrie 4.0. Ein konzeptioneller Rahmen des Wandels von der traditionellen Produktion hin zur intelligenten Fabrik


Masterarbeit, 2016
74 Seiten, Note: 1,7

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Themeneinführung und zentrale Fragestellung

2. Forschungshintergrund und -methodik
2.1. Forschungshintergrund
2.2. Methodik systematische Literaturanalyse
2.3. Konzeptuelles Rahmenwerk für den Wandel der Produktion

3. Auslöser des Wandels
3.1. Motivation für den Wandel Effizienz durch Flexibilität
3.2. Technologische Basis des Wandels Das Internet der Dinge und Dienste

4. Ausgestaltung des Wandels die Intelligente Fabrik
4.1. Einordnung und Charakterisierung der Intelligenten Fabrik
4.2. Evolution der Produktionstechnik
4.3. Konzept und Produktionslogik der Intelligenten Fabrik
4.4. Gestaltungsleitsätze der Intelligenten Fabrik
4.5. Integration der Intelligenten Fabrik in Wertschöpfungsnetzwerke
4.6. Produktionsarbeit der Zukunft Arbeit 4.0

5. Herausforderungen und Chancen des Wandels
5.1. Herausforderungen und Handlungsfelder von Industrie 4.0
5.1.1 IT-Standardisierung, -Infrastruktur & -Sicherheit
5.1.2 Arbeitsorganisation, Ausbildung und rechtliche Rahmenbedingungen
5.2. Chancen durch Industrie 4.0
5.2.1 Ökonomische Chancen
5.2.2 Ökologische Chancen
5.2.3 Soziale Chancen

6. Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Sektorale Gliederung der Wirtschaft

Abbildung 2: Die vier Stufen industrieller Revolutionen

Abbildung 3: Forschungsdesign

Abbildung 4: Konzeptuelles Rahmenwerk von Industrie 4.0

Abbildung 5: Rahmenwerk der Motivation

Abbildung 6: CPS auf Basis des Internets der Menschen, Dinge und Dienste

Abbildung 7: Ebenen eines cyberphysischen Systems

Abbildung 8: Konzept der Smart Factory

Abbildung 9: Wandel zu einem modularen Fabriksystem

Abbildung 10: Integrationsebenen der intelligenten Fabrik

Abbildung 11: Horizontales Wertschöpfungsnetzwerk

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Gestaltungsleitsätze der Intelligenten Fabrik

Tabelle 2: Herausforderungen von Industrie 4.0

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zusammenfassung

Der Wandel der Produktion ist charakterisiert durch den Einzug des digitalen Zeitalters in die Fabrik. Das Konzept des Internets der Dinge und Dienste mit seinen intelligenten und vernetzten Objekten wird in Form von cyberphysischen Systemen auf die Produktion angewandt. Ausge- staltet entstehen intelligente Fabriken, welche ihre Produktionsprozesse autonom und flexibel steuern können und so individuelle Massenproduktion möglich machen. Obwohl die Umsetzung noch in den Kinderschuhen steckt, ist bereits das weitreichende Potenzial von Industrie 4.0 ab- zusehen. Um dieses abzurufen, gilt es neben technischen und soziopolitischen Herausforderun- gen vor allem das mangelnde Verständnis des Wandels und daraus resultierende Vorbehalte in Wirtschaft und Bevölkerung zu überwinden. Über ein konzeptuelles Rahmenwerk, welches zentrale Begriffe, Aspekte und Zusammenhänge von Industrie 4.0 erklärt, will diese Arbeit zu einem umfassenden Grundverständnis von Industrie 4.0 beitragen.

Schlagworte: Industrie 4.0, Industry 4.0, Intelligente Fabrik, Smart Factory, Wandel der Industrie, Wandel der Produktion.

1. Themeneinführung und zentrale Fragestellung

Der jüngste Quantensprung in der menschlichen Evolution war der Eintritt in das digitale Zeitalter, in dem wir uns seit Ende des 20. Jahrhunderts befinden. Ähnlich wie die Erfindung der Dampfmaschine Anfang des 19. Jahrhunderts bringen heute die technischen Innovationen des digitalen Zeitalters tiefgreifende Veränderungen der Gesellschaft mit sich. Hat die Dampfmaschine weitgehend die menschliche Muskelkraft ersetzt, so übernehmen vernetzte Computer in Gestalt von intelligenten Dingen heute zum großen Teil die Denkleistung. Besonders plastisch zeigt sich dies heute wie damals in der Revolution der Industrie. Traditionelle, von maschinenbedienenden Arbeitern bevölkerte Produktionsstätten werden zu hochmodernen, von computergesteuerten Maschinen betriebenen Intelligenten Fabriken. In diesen ist der Mensch hochqualifizierter Problemlöser und Koordinator. Der Wandel, welcher sich im digitalen Zeitalter in der Industrie und folglich in der gesamten Wirtschaft und Gesellschaft vollzieht, manifestiert sich in dem Begriff Industrie 4.0.

Mit diesem Wandel und den Möglichkeiten, diesen aktiv zu gestalten, beschäftigen sich mittlerweile nicht ausschließlich Forschungsinstitute, sondern auch zahlreiche Industrie- unternehmen und Politikausschüsse, beispielsweise in Form der digitalen Agenda des deutschen Wirtschaftsministeriums. Auch in den Medien hat der Begriff Industrie 4.0 derzeit Hochkonjunktur. Vielerorts werden bahnbrechende durch die erfolgreiche Implementierung von neuer IT in die Fertigungsanlagen realisierbare Effizienzsteigerungen von 30% und mehr prognostiziert (vgl. Eisert 2013, S. 1; BMWi 2014, S. 5). Nahezu alle nationalen und inter- nationalen Wirtschaftsexperten vertreten die Meinung, dass am globalisierten Markt in Zukunft nur überleben kann, wer den Zug der Revolution zu Industrie 4.0 nicht verpasst (vgl. Verzijl et al. 2014, S. 2). Folge dieser Prognosen ist ein allgegenwärtiger Druck auf Unternehmen, sich tiefgreifend mit Industrie 4.0 auseinanderzusetzen. Das Thema ist jedoch sehr komplex und schwer zugänglich. So existieren zahlreiche, immer wieder mit Industrie 4.0 in Zusammenhang genannte Schlagwörter wie Smart Factory oder Cyber-Physical-Systems, welche selten genau definiert oder präzise in den Kontext Industrie 4.0 eingeordnet werden. Als Folge erscheint Industrie 4.0 oftmals als ungenaue und schwer greifbare Begriffshülle. Dies ist vor allem für die Akzeptanz von Industrie 4.0 bei Unternehmen gleichermaßen wie in der breiten Bevölkerung hinderlich und verlangsamt die aktive Umsetzung (vgl. Bendel 2015, S. 747).

Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, den Begriff Industrie 4.0 zu konkretisieren und somit klarer verständlich und zugänglich zu machen. Dabei werden folgende zentrale Forschungsfragen zu Grunde gelegt: Was sind bezogen auf den Wandel der industriellen Produktion im digitalen Zeitalter die zentralen Begriffe und Aspekte? Was beinhalten diese Begriffe und Aspekte. Wie hängen die verschiedenen Aspekte des Wandels zusammen? Beantwortet werden sollen diese Fragen anhand des Aufbaus eines konzeptuellen Rahmenwerks für den Wandel der industriellen Produktion. Auf Basis des aktuellen Forschungstands, welcher mit Hilfe einer systematischen Literaturanalyse zugänglich gemacht wurde, werden die wichtigsten Bestandteile von Industrie 4.0 identifiziert, anhand ihrer zentralen Inhalte charakterisiert und in Zusammenhang gebracht.

Zunächst wird der zentrale Themenbereich, die industrielle Produktion, abgegrenzt und in einen historischen Kontext gebracht. Danach wird die zur Forschung ausgewählte Methodik, die systematische Literaturanalyse, mit ihrer konkreten Anwendung beschrieben. Anschließend werden die grundlegenden Ergebnisse dieser Analyse in einem selbst konstruierten Rahmenwerk präsentiert. Im zweiten Kapitel werden die beiden Treiber des Wandels und ihr Zusammenwirken charakterisiert. Die industrielle Grundmotivation des effizienten Pro- duzierens hat durch bestimmte globale Entwicklungen eine neue wesentlich gefragte Determinante erhalten, die Flexibilität. Diese kann von traditioneller Produktionstechnik nur unzureichend bereitgestellt werden. Lösungen versprechen durch die digitale Revolution hervorgebrachte neuartige Informationstechnologien. Im dritten Abschnitt wird die Ausgestaltung einer durch die digitale Revolution beeinflussten Produktion skizziert. Durch den Einzug von cyberphysischen Systemen ändert sich die Gestalt der Produktionsstätten von der traditionellen hin zur Intelligenten Fabrik. Diese ist zentrales Element vieler Zukunftsvisionen des Wandels, weshalb Charakteristika, Konzepte, Produktionslogik und Gestaltungsleitsätze detailliert beschrieben werden. Diese Form der Produktion bringt ein vollkommen neuartiges Verständnis von Arbeit mit sich. Der klassische Industriearbeiter wird der Vergangenheit angehören. In Zukunft werden hochausgebildete Fachkräfte die computergesteuerten, automatisierten Systeme lediglich überwachen und kreativ optimieren. Diese als Arbeit 4.0 etikettierte Prognose der künftigen Arbeitsorganisation zieht einen tiefgreifenden Wandel der Gesellschaft, vor allem in Bezug auf soziale Strukturen und Bildungsanforderungen nach sich. Im vierten Teil wird eine Bewertung des Wandels anhand von in der Literatur häufig diskutierten ableitbaren Herausforderungen und Chancen vorgenommen.

Das herausgearbeitete konzeptuelle Rahmenwerk bezieht sich aufgrund der Literaturbasis vorrangig auf den Wandel der industriellen Produktion in Deutschland. Der hiesige hohe Stellenwert dieses Themas ist direkt vom Verständnis Deutschlands als weltweit führende und charakteristische Industrienation und seiner Vorherrschaft in Fabrik- und Anlagenbau ableitbar. Trotz dieses nationalen Fokus finden auch internationale Konzepte und Forschungsergebnisse in dieser Arbeit Berücksichtigung, da den identifizierten Aspekten und Zusammenhängen des Rahmenwerks auch in vielen anderen westlichen Industrienationen zentrale Bedeutung im Hinblick auf den Wandel der Industrie zukommen.

2. Forschungshintergrund und -methodik

In diesem Kapitel wird zunächst der Themenbereich dieser Arbeit die industrielle Produktion sowie deren als Industrie 4.0 bezeichneter Wandel im Kontext des digitalen Zeitalters eingegrenzt. Danach wird die zur Beantwortung der Forschungsfrage herangezogene Methodik der systematischen Literaturanalyse und deren individuelle Anwendung in dieser Arbeit skizziert. Das Ergebnis der systematischen Literaturrecherche ist ein konzeptuelles Rahmenwerk für den Wandel der Produktion. Dieses Rahmenwerk sowie dessen zentrale Bestandteile und Zusammenhänge werden komprimiert vorgestellt.

2.1. Forschungshintergrund

Abgeleitet von der volkswirtschaftlichen Theorie der Drei-Sektoren-Hypothese werden in den Wirtschaftswissenschaften verschiedene Wirtschaftssektoren unterschieden. Der Primärsektor (Urproduktion) beinhaltet die Rohstoffgewinnung. Der Sekundärsektor (Industrieller Sektor) umfasst die Rohstoffverarbeitung zu einem Produkt. Der Tertiärsektor (Dienstleistungssektor) inklusive dem in der Literatur seit Neuestem aufgeführten Quartärsektor (Sektor der höheren Dienstleistungen bzw. Informationssektor) bildet den Überbegriff für jegliches Erbringen von Dienstleistungen (Hohlstein 2009).

Die folgende Abbildung veranschaulicht die sektorale Gliederung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Sektorale Gliederung der Wirtschaft (Rost 2007, S. 1)

In der vorliegenden Arbeit richtet sich die Konzentration auf die industrielle Produktion, welche den sekundären Wirtschaftssektor prägt. Sie beschreibt den Teil der Wirtschaft, welcher durch die in hohem Grade mechanisierte und automatisierte Herstellung und Weiterverarbeitung von materiellen Gütern oder Waren in Fabriken und Anlagen gekennzeichnet ist (Eidenmüller 1991, S. 232 f.; Kummer, Grün & Jammernegg 2009, S. 173).

Wie jedes dynamische System ist auch das Wirtschaftssystem und seine Bereiche einem ständigen Wandel ausgesetzt. Zu einer tiefgreifenden Revolution kommt es womöglich jedoch erst, wenn durch den Einsatz neuartiger Technologie ein Paradigmenwechsel herbeigeführt wird. Genau dieses Phänomen scheint sich aktuell deutlich abzuzeichnen. Im Zuge des am Ende des 20. Jahrhunderts eingeleiteten digitalen Zeitalters werden neuartige Informationstechno- logien (IT) entwickelt, welche die gesamte globale Gesellschaft verändern. Die Erscheinungs- formen und mögliche Folgen des Einflusses der digitalen IT auf den Menschen soll in dieser Arbeit exemplarisch am revolutionären Wandel der industriellen Produktion in Deutschland illustriert werden (u.a. Lemke & Brenner 2014, S. 21 f.; Russwurm 2013, S. 21).

Da es sich historisch um die vierte industrielle Revolution handelt (vgl. Abbildung 2), wurde diese in Wissenschaft und Praxis mit dem Leitbegriff Industrie 4.0 etikettiert (Spath et al. 2013, S. 23).

Geboren wurde der Begriff Industrie 4.0 im Jahr 2011 auf einer Tagung von deutschen Wirtschaftsvertretern, Politikern und Akademikern. Deren Anliegen war es, den Industrie- standort Deutschland zu sichern, zu stärken und wettbewerbsfähig zu halten. Zum nachhaltigen wirtschaftspolitischen Thema wurde Industrie 4.0 spätestens, als es im Jahr 2013 als zentraler Bestandteil in die von der Bundesregierung postulierte -Tech-Strategie 2020 für Dombrowski, Riechel & Evers 2014, S. 133; Jacobi 2013, S. 87; Ramsauer 2013, S. 7).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Die vier Stufen industrieller Revolutionen Quelle: Spath et al. 2013, S. 23

Was der als Industrie 4.0 bekannte Wandel und Zukunftsplan der industriellen Produktion genau bedeutet welche Aspekte, Technologien und Konzepte zentral sind, wo sie im Kontext von Industrie 4.0 angesiedelt sind und wie sie zusammenhängen bleibt häufig unklar. Eine Charakterisierung und Einordnung will diese Arbeit anhand eines konzeptuellen Rahmens für den Wandel der industriellen Produktion leisten (Bendel 2015, S. 747).

2.2. Methodik systematische Literaturanalyse

Die Forschungsfragen dieser Arbeit sollen anhand einer systematischen Literaturanalyse untersucht werden. Die systematische Literaturanalyse hat sich laut Professor Peter Fettke von der Universität des Saarlandes als geeignete Forschungsmethodik etabliert, um aktuell vorliegende Erkenntnisse methodisch zu erarbeiten und eventuellen Forschungsbedarf aufzuzeigen (Fettke 2006, S. 257 ff.; Himmler & Amberg 2013, S. 168).

Das Forschungsdesign folgt dem Leitfaden zur systematischen Literaturrecherche des Forschungsteams um Vom Brocke (Vom Brocke et al. 2009, S. 1 ff.). Um relevante Publikationen ausfindig zu machen, wurde eine Kombination aus Schlüsselwortsuche und Vorwärts- bzw. Rückwärtssuche angewandt.

Als Ausgangspunkt der Suche wurden relevante Schlüsselwörter bzw. Keywords identifiziert. Der Fokus der Arbeit liegt auf der deutschen Industrie, weswegen der in der deutschstämmigen Forschung und Literatur geläufige Begriff Industrie 4.0 (bzw. Industy 4.0 in Englisch verfassten Texten) als Basis-Schlüsselwort dient. Zentrales Konzept für die Ausgestaltung des industriellen Wandels ist die Intelligente Fabrik. In vielen Publikationen werden die für den Wandel zentralen Aspekte auf die Intelligente Fabrik projiziert und veranschaulicht. Deshalb werden die Begriffe Intelligente Fabrik und Smart Factory mit Industrie 4.0/Industry 4.0 im Rahmen der Suche kombiniert. Darüber hinaus sollen durch eine Recherche auf Basis der Schlüsselwörter ubiquitous factory, u-factory, real-time-factory sowie future manufacturing internationale Texte identifiziert werden, die sich mit den technischen Grundlagen, Konzepten und Gestaltungsleitlinien von Intelligenten Fabriken auseinandersetzen.

Die Schlüsselwortsuche wurde in den Literaturdatenbanken ACM Digital Library, Business Source Premier/EBSCO, Science Direct/Elsevier und SpringerLink sowie in der wissenschaftlichen Suchmaschine Google Scholar durchgeführt.

Ergebnis dieser Suchmethodik war eine Sammlung von 158 Publikationen. Nach Ausschluss aufgrund technischer Barrieren (Volltext nicht verfügbar), Qualitätskriterien (kein Fachbuch, -artikel, -konferenz, -Dissertation) oder inhaltlicher Irrelevanz (nach Analyse als nicht themenrelevant eingeordnet), wurden 98 Publikationen als mögliche Literaturquellen identifiziert, von denen schlussendlich 81 zur Beantwortung der Forschungsfrage herangezogen wurden. Vervollständigt wurde die Liste der potenziell relevanten Publikationen durch eine auf den durch die Schlüsselwortsuche gefundenen Artikeln basierende Vorwärts- und Rückwärtssuche. Damit stieg die Anzahl auf 103 letztlich analysierte und verwendete Literaturquellen (siehe Abbildung 3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Forschungsdesign (in Anlehnung an Himmler & Amberg 2013, S. 169)

2.3. Konzeptuelles Rahmenwerk für den Wandel der Produktion

Im Zuge der inhaltlichen Analyse der Literatur konnten prägende Auslöser, Ausgestaltungsformen, Herausforderungen und Chancen des Wandels der industriellen Produktion herauskristallisiert werden. Darüber hinaus konnten Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen den einzelnen zentralen Aspekten gewonnen werden. Dargestellt werden diese in Form eines konzeptuellen Rahmenwerks für Industrie 4.0 (Abbildung 4):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Konzeptuelles Rahmenwerk von Industrie 4.0 (eigene Darstellung)

Laut Fachliteratur wird der Wandel der Produktion durch ein Zusammenwirken von auf der Forderung nach Flexibilität basierender Motivation und der Entstehung neuer Realisierungs- möglichkeiten im Kontext des digitalen Zeitalters eingeleitet. Effizientes Produzieren bedingt aufgrund betriebswirtschaftlich relevanter Entwicklungen wie der Globalisierung, einer globalen Ressourcenverknappung und der Individualisierung von Produkten eine neue Dimen- sion an Flexibilität und Ressourceneffizienz. Diese neue Dimension erfordert ein revolutionäres Umdenken in der Produktionslogik (u.a. Scheer 2013, S. 13; Spath et al. 2013, S. 27). Dabei scheint sowohl das Selbstverständnis als einer der führenden Industriestaaten und bedeutender Inno-vationsstandort als auch die daraus antizipierten Startvorteile die deutsche Industrie zu prädestinieren und motivieren, dieses Streben nach Flexibilität als Herausforderung anzunehmen. Den Prozess der vierten industriellen Revolution will die deutsche Industrie als Vorreiter und als Vorbild für andere westliche Industrienationen mit hohen Lohnniveaus in Angriff nehmen (u.a. Kagermann et al. 2013, S. 33; Ramsauer 2013, S. 9 f.; Russwurm 2013, S. 23; Spath et al. 2013, S. 4). Zu dem notwendigen Paradigmenwechsel in der Industrie ist diese Motivation zu effizientem, flexiblen Produzieren alleine allerdings nicht ausreichend. Erst durch die Errungenschaften des digitalen Zeitalters, vornehmlich den intelligenten Objekten realweltliche Dinge und virtuelle Dienste und deren Vernetzung in Form des Internets der Dinge und Dienste, werden grundlegend neue Möglichkeiten für eine industrielle Revolution geschaffen (u.a. Lemke & Brenner 2014, S. 21 f.)

Die neuartige Informations- und Kommunikationstechnologie findet in Form von cyber- physischen Systemen ihren Weg in die Produktion. Konzepte, deren Produktionsumgebung und -logik auf cyberphysischen Systemen basiert, werden im Kontext von wissenschaftlichen Abhandlungen zu Industrie 4.0 regelmäßig unter dem Begriff Intelligente Fabrik oder Smart Factory subsumiert (u.a. Bauernhansl 2014, S. 18). In technischen Fachartikeln wird die Produktionslogik der Intelligenten Fabrik als Ubiquitous Manufacturing bezeichnet, für die kontextbewusste, intelligente Fabrikobjekte charakteristisch sind (u.a. Zhang et al. 2011, S. 138 f.; Zühlke 2010, S. 129). Diese können sowohl untereinander über ein Fabriknetzwerk kommunizieren und interagieren, als auch autonome Entscheidungen auf Basis von Daten treffen und so den Produktionsprozess weitreichend automatisieren (Lucke 2013, S. 253 f.). Die Intelligente Fabrik und ihre Bestandteile unterliegen laut wissenschaftlicher Fachliteratur den zentralen Gestaltungsleitlinien Modularität, Dezentralität und Digitale Integration und Ver- netzung (vgl. Kapitel 4.4). Über diese soll ein neues Maß an Flexibilität in der Produktion möglich werden. Die genannten Leitlinien sollen zusätzlich eine umfassende und tiefgreifende Integration in die Wertschöpfungskette, also ein effizientes Zusammenwirken mit der Produktion vor- und nachgelagerten Funktionen wie Beschaffung oder Absatz, ermöglichen (u.a. Brettel et al. 2014, S. 40; Forstner & Dümmler 2014, S. 199). In wissenschaftlichen Prognosen wird davon ausgegangen, dass mit dem Wandel der Produktionstechnik und -logik unweigerlich auch ein Wandel der Produktionsarbeit einhergehen wird. Durch die neue Generation der Fabriksysteme wird voraussichtlich eine neue Dimension der Automatisierung Realität, welche die Rolle des Menschen in der Fabrik massiv verändern wird. Dieses neue Verhältnis von Mensch und Maschine und die daraus resultierenden Aufgabenfelder der Men- schen im Kontext von Industrie 4.0 wird gemeinhin als Arbeit 4.0 betitelt (u.a. Botthof 2015, S. 5; Dombrowski et al. 2014, S. 135).

Der Wandel der Produktion wird in hohem Maße von vielfältigen Herausforderungen geprägt. Das Entwickeln und Vorantreiben von IT-Sicherheit, -Infrastruktur und -Standardisierung, einer menschgerechten Arbeitsorganisation, Bildung und eines rechtlich stabilen Umfelds werden für die erfolgreiche und zeitnahe Realisierung von Industrie 4.0 als maßgebend eingeschätzt (Kagermann et al. 2013, S. 42 ff.). Gelingt dies, verspricht die Digitalisierung der Industrie weitreichende Potenziale und Chancen. In Intelligenten Fabriken kann aller Voraussicht nach erheblich flexibler und ressourceneffizienter als in traditionellen Fabriken produziert werden. Zudem besteht die Chance, dass die Arbeit des Menschen an Kreativität und Vielseitigkeit gewinnt (u.a. Brühl 2015a, S. 210; Kagermann 2014, S. 607 ff.).

3. Auslöser des Wandels

Die als Industrie 4.0 bezeichnete Revolution der industriellen Produktion wurde ausgelöst durch das Zusammenwirken zweier Faktoren: Die Sichtweise auf die Maximierung der Produktions- effizienz die elementare Motivation in der industriellen Produktion hat sich im Zuge der Globalisierung verändert. Flexibilität wird zum neuen Schlüsselfaktor. Instrumente, um Flexibilität zunehmend als Produktionsparadigma zu etablieren, bringt das digitale Zeitalter in Form von neuartiger Informationstechnologie hervor. Im Folgenden werden die verschiedenen Facetten der Motivation sowie die grundlegenden informationstechnischen Neuheiten und deren Potenziale erläutert.

3.1. Motivation für den Wandel Effizienz durch Flexibilität

Effizienzdenken ist seit der ersten industriellen Revolution im 17. Jahrhundert und den durch diese eingeleiteten und bis heute andauernden Siegeszug des Kapitalismus das Fundament der vorherrschenden Wirtschaftslogik. In Bezug auf die Produktion ist Effizienz definiert als „Zustand, in dem es bei gegebener Ressourcenausstattung und Technologie nicht möglich ist, von mindestens einem Gut mehr und von allen anderen Güter mindestens genauso viel herzustellen." (Gabler 2015, S. 1). Diese grundlegende Definition konzentriert sich allein auf das Verhältnis von eingesetzten Ressourcen (Input) und Produktionsergebnis (Output). Über die letzten Jahrzehnte wurde das Verständnis von effizienter Produktion durch wichtige Parameter erweitert. Eingesetzte Technologie und an der Nachfrage ausgerichtete Produktionsmengen ergänzen die traditionelle Input-Output-Betrachtung. Darüber hinaus bestimmt die Branche, beziehungsweise die Art des hergestellten Produkts, welche Faktoren für die effiziente Produktion eine Rolle spielen (siehe Abbildung 5). In Hinsicht auf die Produktart lassen sich einfache, standardisierte Produkte von komplexen, an Individualität zunehmenden Produkten abgrenzen (Brühl 2015b, S. 62).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Rahmenwerk der Motivation (eigene Darstellung)

Rohstoffgewinnung und -verarbeitung, Stahlindustrie, Basischemikalienherstellung oder die Herstellung von einfachen technischen Produkten sind Branchen, in welchen Standardprodukte (Commodity-Products) ohne oder mit geringfügiger Individualisierung die Produktlandschaft bestimmen. Hier wird effizientes Produzieren ausschließlich über die Kosteneffizienz realisiert (Brühl 2015b, S. 62). Erzielt wird Kosteneffizienz zunächst über das Ausnutzen von Mengen- effekten (Skaleneffekte; economies of scale): In hochautomatisierten Fertigungsverfahren werden standardisierte Produkte in großen Mengen produziert, wodurch eine Kostendegression und folglich günstige Zielpreise erreicht werden können (Bauernhansl 2014, S. 6, 9; Brühl 2015b, S. 62). Neben den Skaleneffekten wird Kosteneffizienz über die möglichst geringen Kosten der eingesetzten Ressourcen erzielt. Als zentrale Produktionsressourcen gelten Energie, Rohstoffe bzw. Material und Arbeitskraft (Niggemann, Jasperneite & Vodencarevic 2014, S. 179; Ramsauer 2013, S. 9 f.). Der Einsatz möglichst kostengünstiger Ressourcen scheint vor allem im Zuge der Globalisierung deutlich an Gewicht gewonnen zu haben. So bestehen weltweit erhebliche Unterschiede bezüglich des Kostenniveaus von Produktionsressourcen. Besonders deutlich wird dies bei der Ressource Arbeitskraft sichtbar. Diese bietet aufgrund des global stark differierenden Lohnniveaus erhebliche Kosteneinsparungspotenziale. Deshalb verlangt die Prämisse Kosteneffizienz zwingend die Verlagerung der Produktion von Standard- produkten von den traditionellen Industrienationen in Niedriglohnländer. Ersichtlich wird diese Entwicklung nicht zuletzt im Rückgang der industriellen Wertschöpfung und der sinkenden Anzahl der direkt im industriellen Sektor beschäftigen Mitarbeiter in allen Industriestaaten (Bochum 2015, S. 35; Ramsauer 2013, S. 9 f.; Russwurm 2013, S. 23; Spath et al. 2013, S. 2).

Es sind andererseits jedoch zahlreiche Branchen ausmachbar, in denen Kosteneffizienz als alleiniger Erfolgsfaktor für effizientes Produzieren nicht ausreichend ist. In Branchen, in denen komplexe Produkte hergestellt werden beispielsweise der Automobilindustrie, dem Maschinenbau, der Haushaltsgeräte- und Möbelherstellung oder der High-Tech-Branche wird das Handlungsfeld der Industrieunternehmen zunehmend dynamischer und unvorhersehbarer. Ursächlich hierfür sind vor allem drei global identifizierbare Trends (Bauernhansl 2014, S. 9; Spath et al. 2013, S. 4).

Als Erste dieser Entwicklungen ist der durch die Globalisierung entfachte, starke internationale Wettbewerb zu nennen. Dieser führt zum einen zu volatilen Märkten, charakterisiert durch eine stark schwankende Nachfrage. Als Konsequenz droht die Gefahr von Überproduktion. Zum anderen manifestiert sich durch die Vielzahl der global im Wettbewerb stehenden Anbieter ein enormer Kostendruck. Im Zusammenspiel mit der dynamischen Marktsituation wird der Kostendruck durch die hohen Fixkosten, wie sie in traditionellen Fabriken anfallen, intensiviert (Bauer et al. 2015, S. 417; Brettel et al. 2014, S. 39; Brühl 2015b, S. 63; Buchholz 2010, S. 993; Soder 2014, S. 85; Spath et al. 2013, S. 4; Steegmüller 2014, S. 104; Windelband 2014, S. 154).

Des Weiteren führen zunehmend kürzer werdende Produktlebenszyklen zu einer Verschärfung der Marktdynamik. Sich immer rasanter verkürzende Abstände zwischen Technologie- und Produktneuerungen bestimmen das Bild der Absatzmärkte. Es ist abzusehen, dass dies für traditionelle Fabriken massive Probleme mit sich bringt, vor allem aufgrund ihrer eindimensional ausgerichteten Produktionssysteme und Maschinen sowie ihrer auf Jahre ausgelegten Amortisationszeiten (Brettel et al. 2014; Brühl 2015b, S. 62f.; Deuse et al. 2015, S. 104; Himmler & Amberg 2013, S. 1; Hirsch-Kreinsen 2014, S. 6; Schließmann 2014, S. 453; Soder 2014, S. 85; Spath et al. 2013, S. 4, 53, 108).

Letztlich wünschen Kunden eine immer feingranularer werdende Individualisierung der Produkte in Bezug auf Technik, Design und Funktionalität. Die individuelle Gestaltung bedingt eine zunehmende Einbindung des Kunden in den Produktionsprozess. Diese aktive Rolle des Konsumenten schlägt sich in der teilweise bereits geläufigen Wortneuschöpfung Prosument" nieder (Bendel 2015, S. 41, 43; Brühl 2015b, S. 62, 101; Niggemann et al. 2014, S. 179; Sattelberger 2015; Scheer 2015, S. 6, 8, 11, 12, 16; Schlick et al. 2014, S. 77; Spath et al. 2013, S. 42).

Eine Verstärkung der aufgeführten Trends, vorrangig des Drangs nach Produktindividualität und -differenzierung, wird für die kommenden Jahre prognostiziert. Um darauf reagieren zu können, wird die Industrie nicht umhinkommen, ihr Verständnis von effizientem Produzieren weiterzuentwickeln. Die Produktion, orientiert an der Kosteneffizienz als alleinigem Erfolgsfaktor, kann den wachsenden Anforderungen nicht mehr gerecht werden (Brühl 2015b, S. 62). Es liegt nahe, dass der Einzug einer neuen Dimension von Flexibilität in die Pro- duktionssysteme unvermeidlich ist, um die Kosteneffizienz mit Individualisierung und Marktdynamik in Einklang zu bringen. Nur so kann eine Versorgung der Kunden mit indivi- duellen Produkten gelingen, ohne sie gleichzeitig mit einem zu hohen Preisniveau und langen Lieferzeiten zu konfrontieren (Bauer et al. 2015, S. 417; Brühl 2015b, S. 62, 101; Hirsch-Kreinsen 2014, S. 17; Russwurm 2013, S. 21; Scheer 2015, S. 6, Scheer 2013, S. 29; Spath et al. 2013, S. 70 ff.; Steegmüller 2014, S. 103 ff.).

Die praktische Umsetzung dieses Konzepts der Flexibilität im Produktionsprozess scheint jetzt erst möglich zu werden. Grundlage sind innovative Informations- und Kommunikationstechnologien der digitalen Revolution, welche eine transparente Echtzeit- Kommunikation in der Fabrik sowie in Wertschöpfungsnetzwerken ermöglichen sollen. Dadurch scheint die Vereinigung von zwei bislang in der Produktionswirtschaft als unvereinbar geltenden Paradigmen, Skaleneffekte und Individualisierung, realisierbar. Die Verwirklichung der Vision von kundenindividueller Massenfertigung (Mass Customization) könnte durch Industrie 4.0 in greifbare Nähe rücken (Baum 2013, S. 45, 51; Deuse et al. 2015, S. 99 ff.; Dombrowski et al. 2014, S. 133; Hengsbach 2015, S. 1; Forstner & Dümmler 2014, S. 199; Jacobi 2013, S. 70; Kärcher 2015, S. 49; Lucke, Constantinescu & Westkämpfer 2008, S. 115; Niggemann et al. 2014, S. 179; Scheer 2015, S. 6; Schlick et al. 2014, S. 77; Veit 2015, S. 1).

Die Industrie verspricht sich aus einer zunehmend flexibler werdenden Produktionsweise zudem eine deutlich verbesserte Ressourceneffizienz (Bauernhansl 2014, S. 9; Niggemann et al. 2014, S. 179). Im Kontext der Globalisierung wird eine ressourceneffiziente Produktion für die Industrieunternehmen immer wichtiger (Bochum 2015, S. 35; Ramsauer 2013, S. 9; Russwurm 2013, S. 22; Spath et al. 2013, S. 18). Die wachsende Weltbevölkerung sowie ein sich weltweit angleichendes Konsumverhalten der Bevölkerung führen in Bezug auf Energie und Rohstoffe zu einem massiven Anstieg des Ressourcenverbrauchs und folglich einer Ressourcen- verknappung. Dies zeigt sich in bislang nicht vorstellbaren Energie- und Rohstoffpreis- steigerungen. Betrachtet man diese weltweite Ressourcenverknappung vor dem Hintergrund, dass vor allem Europa über wenig Ressourcen, also Energiequellen und Rohstoffvorkommen, verfügt, sind Ressourcenengpässe und hohe Preisniveaus als dauerhafter Zustand für die deutsche Industrie nicht auszuschließen (Ramsauer 2013, S. 9). Zieht man die hohen Kosten für die Ressource ,,menschliche Arbeitskraft" begründet im hohen Lohnniveau der Industrie- länder hinzu, ist ein effizienter Umgang mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen unumgänglich. Traditionelle Fabriken weisen bezüglich Energie, Material und Arbeitskraft in vielerlei Hinsicht ineffizienten Ressourceneinsatz auf. Beispielsweise bleibt durch Produktions- prozesse freigesetzte Wärmeenergie oftmals ungenutzt. Weiterhin werden häufig in Bezug auf die Nachfrage zu hohe Mengen produziert (Überproduktion); bisweilen fällt zudem ein hohes Maß an Verschnitt an. Darüber hinaus sind Fabriken personell nicht selten über-, unter- oder sogar fehlbesetzt (Ramsauer 2013, S. 9).

In den letzten Jahren ist eine branchenübergreifende Globalisierung der Wertschöpfungsketten faktisch real geworden (Bauernhansl 2014, S. 7, 13; Eigner 2013, S. 92; Forstner & Dümmler 2014, S. 200; Huber 2013, S. 114; Russwurm 2013, S. 22; Scheer 2013, S. 37; Sendler 2013, S. 2). In Anbetracht dessen könnte das neue Verständnis von Produktionseffizienz, das wie oben skizziert auf von IT gewährleisteter Flexibilität und Ressourceneffizienz basiert, für etablierte Industrienationen eine unverhoffte Chance darstellen. Deren Produktionsstandort verspricht durch Industrie 4.0 gesichert oder gar in Form von Rückgewinn verlorener Produktionsbranchen aus Niedriglohnländern gestärkt zu werden. Dies trifft im besonderen Maße auf Deutschland zu. Die hiesige Industrie wird fast ausschließlich von Branchen bestimmt, die von den oben aufgeführten Trends massiv beeinflusst werden (Brühl 2015a, S. 2014; Brühl 2015b, S. 86; Buchholz 2010, S. 993; Diemer 2014, S. 369; Dubey, Gunasekaran & Chakrabarty 2015, S. 1; Govindan 2014, S. 25; MacDougall 2014, S. 8; Mehrabi, Ulsoy & Koren 2000, S. 411, 413; Radziwon et al. 2014, S. 1186; 1189; Soder 2014, S. 85 Spath et al. 2013, S. 18; Veza, Mladineo & Gjeldum 2015, S. 555).

Ähnlich wie in anderen Industrienationen (vgl. National Network of Manufacturing Innovation + NNMII in den USA) gelingt es der Industrie in Deutschland zunehmend, in Zusammenarbeit mit der Politik, diese Entwicklungen und Zusammenhänge zu erkennen (Ramsauer 2013, S. 6). Im ersten Schritt wurde die eigene Standortsicherung zum industrie- politischen Thema erhoben. So wurde mit dem Zukunftsprojekt Industrie 4.0 im Aktionsplan zur High-Tech Strategie 2020 eine Agenda entwickelt, die systematisch aktuelle Trends aus der Welt der Informations- und Kommunikationswirtschaft in die Produktion bringen und so ein neues Leitbild für alle deutschen Industriebranchen zeichnen soll (Dais 2014, S. 632; Dombrowski et al. 2014, S. 133; Jacobi 2013, S. 87). Die Ausgangssituation für eine erfolgrei- che Gestaltung des Wandels scheint für die deutsche Industrielandschaft vorteilhaft (Spath et al. 2013, S. 49, 131). Während andere traditionelle Industrienationen (z.B. England) von der Outsourcing-Welle der letzten zwei Jahrzehnte relativ stark betroffen waren, hatte es den Anschein, dass die Auswirkungen auf die deutsche Industrie wesentlich geringer ausfielen.

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Ende der Leseprobe aus 74 Seiten

Details

Titel
lndustrie 4.0. Ein konzeptioneller Rahmen des Wandels von der traditionellen Produktion hin zur intelligenten Fabrik
Hochschule
Universität des Saarlandes
Note
1,7
Autor
Jahr
2016
Seiten
74
Katalognummer
V351558
ISBN (eBook)
9783668383234
ISBN (Buch)
9783668383241
Dateigröße
1951 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Industrie 4.0, Industry 4.0, Intelligente Fabrik, Smart Factory, Digital Factory, Cyberphysical Systems, CPS, Digitale Produktion, Wandel der Industrie, Wandel der Produktion, Arbeit 4.0, Modularisierung, Lean Manufacturing
Arbeit zitieren
Philipp Schuster (Autor), 2016, lndustrie 4.0. Ein konzeptioneller Rahmen des Wandels von der traditionellen Produktion hin zur intelligenten Fabrik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/351558

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