Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die produktionsnahe Steuerung der Wertschöpfung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Allgemeine Definitionen der Grundbegriffe
2.1 Wertschöpfung
2.2 Industrie 4.0

3 Facetten und Konzepte der Industrie 4.0

4 Wertschöpfung und produktionsnahe Steuerung in der Industrie 4.0
4.1 Wandel von der Wertschöpfungskette zum Wertschöpfungsnetzwerk
4.2 Steuerungskonzepte nach der Push- und Pull-Strategie
4.3 Dynamische cloudbasierte Produktionssteuerung

5 Fazit

Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Wertschöpfungskreislauf

Abbildung 2: Push-Strategie

Abbildung 3: Pull-Strategie

Abbildung 4: Auflösung der hierarchischen Struktur in der Produktion

1 Einleitung

Die heutige Arbeitswelt steht im digitalen Zeitalter der Industrie 4.0 vor einem radikalen Umbruch. Ständige Innovationen sowie der damit verbundene technologische Fortschritt treiben die zunehmende Globalisierung und Tendenz zur weltweiten Vernetzung zwischen Menschen, Maschinen und der industriellen Produktion voran.^[1] Die steigende Anzahl an automatisierten Prozessen bringt neue Herausforderungen für die arbeitende Gesellschaft mit sich. Während die Technologie vermehrt in den Vordergrund rückt, läuft der Mensch Gefahr, schrittweise von ihr verdrängt zu werden. Durch den Einsatz intelligenter Cyber-Physischer-Systeme ermöglichen digitalisierte Vorgänge die nahezu selbststeuernde Fertigung eines Produktes von der Kundenbestellung bis hin zum fertigen Produkt.^[2] Dabei werden Kundenwünsche immer individueller und die Massenfertigung verliert an Bedeutung.

Infolgedessen befasst sich diese wissenschaftliche Ausarbeitung mit der Thematik der vierten großen industriellen Revolution. Dabei wird das Ziel verfolgt, die Frage der ‚Auswirkungen der Industrie 4.0 auf die produktionsnahe Steuerung der Wertschöpfung‘ zu beantworten. Zu Beginn der Arbeit wird erläutert, was man generell unter ‚Wertschöpfung‘ versteht und welche Einflussmöglichkeiten ein Unternehmen diesbezüglich hat. Anschließend wird in Kapitel 2.2 der Begriff ‚Industrie 4.0‘ definiert, bevor die mit ihr einhergehenden Facetten und Konzepte in Kapitel 3 vorgestellt werden, um die Einführung in das Thema abzuschließen. Darauf aufbauend beschäftigt sich das folgende Kapitel mit dem Wandel von der starren Wertschöpfungskette eines Unternehmens hin zum globalen Wertschöpfungsnetzwerk. Weiterhin werden praxisnahe Steuerungsmethoden im Rahmen der Industrie 4.0 analysiert. Mit einem abschließenden Fazit, welches das Endergebnis der Recherche reflektiert und einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen gibt, wird diese schriftliche Ausarbeitung abgerundet.

2 Allgemeine Definitionen der Grundbegriffe

Dieses Kapitel ist in zwei Unterpunkte aufgeteilt. Zunächst werden die beiden Begriffe ‚Wertschöpfung‘ sowie ‚Industrie 4.0‘ definiert, um ein Grundverständnis der Thematik zu schaffen. Anschließend wird genauer erläutert, welche Möglichkeiten einem Unternehmen zur Verfügung stehen, um einen materiellen Mehrwert zu schaffen. Darauf aufbauend werden sowohl der Zusammenhang der unterschiedlichen Erfolgsgrößen als auch die Besonderheiten der vierten großen Revolution der industriellen Entwicklung dargestellt.

2.1 Wertschöpfung

Unter dem Begriff ‚Wertschöpfung‘ versteht man aus monetärer Sicht die Erzeugung eines Mehrwertes, den das Unternehmen den eingesetzten Vorleistungen durch Kombination von Produktionsfaktoren im Transformationsprozess hinzugefügt hat.^[3] Rechnerisch lässt sich dieser Wert ermitteln, indem man von dem Verkaufspreis der abgesetzten Produkte oder Dienstleistungen die Einstandspreise der bezogenen Vorleistungen abzieht. In der Regel unterliegen Unternehmen einem Wertschöpfungszweck, der mit einer individuellen Berufung vergleichbar ist. Diese wird dem jeweiligen Unternehmen von der gesellschaftlichen Umwelt gedanklich zugeordnet. Allgemein werden mit der Wertschöpfung drei verschiedene sowie voneinander unabhängige Zwecke verbunden. Die Bedarfsdeckung bildet den ersten ab und entsteht durch die Entwicklung, Erzeugung sowie Vermarktung von Produkten oder Dienstleistungen und lässt sich weiter in Eigen- und Fremdbedarf unterteilen.^[4] Da die meisten Unternehmen als Produktionsbetriebe tätig sind, überwiegt die Deckung des Fremdbedarfs. Den zweiten Zweck stellt die Entgelterzielung dar, bei der es sich beispielsweise um gezahlte Steuern, Beiträge, Löhne, Zinsen oder Gewinne handeln kann. Der letzte Zweck ist die sogenannte Bedürfnisbefriedigung, welche mit den fünf Bedürfnissen nach dem US-amerikanischen Psychologen Abraham Maslow verbunden wird. Dabei handelt es sich um physiologische-, Sicherheits-, soziale- und Individualbedürfnisse sowie Selbstverwirklichung.^[5]

Die dabei entstandene Wertschöpfung steht verschiedenen Gruppen des Unternehmens zu, die durch Bereitstellung von Produktionsfaktoren einen Anspruch darauf haben. Unterschieden wird einerseits zwischen Eigenkapitalgebern, die eine Gewinnerzielungsabsicht verfolgen, und andererseits Fremdkapitalgebern, die aufgrund zuvor abgeschlossener Darlehensverträge Zinserträge erhalten. Darüber hinaus stellen Mitarbeiter sowohl ihr Wissen als auch ihre Arbeitskraft zur Verfügung, wodurch sie am Monatsende Lohn oder Gehalt ausgezahlt bekommen. Außerdem erhebt der Staat aufgrund der bereitgestellten Infrastruktur Steuern, Beiträge und Gebühren.^[6]

Um die Wertschöpfung eines Unternehmens zu erhöhen, stehen im Allgemeinen zwei Alternativen zur Verfügung. Entweder erzielt das Unternehmen höhere Preise am Markt, indem es beispielsweise eine Differenzierungsstrategie verfolgt und sich positiv von seinen Wettbewerbern abhebt, oder es reduziert seine Stückkosten im Rahmen sogenannter ‚Economies of Scale‘, die durch hohe Absatzmengen bei Ausübung einer Kostenführerschaftsstrategie ermöglicht werden.^[7] Um als Unternehmen langfristig erfolgreich zu sein, sollte „die Wertschöpfungsorientierung integraler Bestandteil aller Überlegungen der Unternehmensführung und aller Ausführungshandlungen [sein].“^[8] Weiterhin gilt es zu beachten, dass die Erzielung von Wettbewerbsvorteilen im Rahmen der produktionsnahen Steuerung grundlegende Voraussetzung für die Wertschöpfung ist. Solche Vorteile sind in Relevanz, Wahrnehmbarkeit und Dauerhaftigkeit begründet und basieren darauf, dass den Kunden mit dem eigenen Angebot ein gegenüber der Konkurrenz überlegenes Preis/Nutzen- beziehungsweise Kosten/Nutzen-Verhältnis geboten wird.^[9] Anhand des Wertkettenansatzes von Porter wird ersichtlich, dass Wettbewerbsvorteile entweder in primären Aktivitäten, wie zum Beispiel Supply Chain Management, Produktion, Marketing und Vertrieb, oder in unterstützenden Tätigkeiten wie beispielsweise Personalwirtschaft, Finanzwirtschaft, Risikomanagement, Forschung und Entwicklung sowie Informationstechnologie erzielt werden können.^[10] In beiden Fällen wird unterschieden zwischen Führungsaktivitäten, also Entscheidungen treffen sowie deren Konsequenzen tragen, und Ausführungsaktivitäten, bei denen getroffene Entscheidungen gemäß den Vorgaben umgesetzt werden. Außerdem lassen sich Wettbewerbsvorteile nur dann realisieren, wenn ein Unternehmen über Erfolgspotenziale verfügt. Darunter versteht man die Übereinstimmung von Stärken des Unternehmens mit sich bietenden Chancen auf den Absatzmärkten.^[11] Sofern das Unternehmen seine Stärken zur Erzielung von Wettbewerbsvorteilen einsetzen kann, wird es langfristig am Markt einen Mehrwert beziehungsweise Erfolg erwirtschaften. Dieser hat direkten Einfluss auf den Zahlungsmittelbestand des Betriebes und sichert die Liquidität, welche essentiell für das Fortbestehen des Unternehmens ist. Um dem oben genannten Kriterium der Dauerhaftigkeit gerecht zu werden, ist es unabdingbar, die

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

vorhandenen Erfolgspotenziale zu pflegen und gleichzeitig neue aufzubauen, um nicht von möglichen Wettbewerbern eingeholt zu werden. Die drei beschriebenen Führungsgrößen Erfolgspotenzial, Erfolg und Liquidität stehen in einem zeitlichen wie auch logischen Zusammenhang, der durch den Wertschöpfungskreislauf in Abbildung 1 visuell dargestellt wird.^[12]

2.2 Industrie 4.0

Nachdem die Bedeutung der Wertschöpfung im vorangegangen Kapitel geklärt wurde, geht es in diesem Unterpunkt um den Begriff der ‚Industrie 4.0‘. Sie stellt die vierte große Revolution im Rahmen der industriellen Entwicklung dar (um 2000) und ist verantwortlich für die Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette eines Produktes von der ursprünglichen Idee bis hin zum Recycling. Zeitlich vorangegangen sind ihr die Entwicklung der Dampfmaschine (Ende des 18. Jahrhunderts), die Massenfertigung von Henry Ford (1913) und die entwickelte Elektronik- und Internettechnologie (um 1975).^[13] Die Industrie 4.0 zeichnet sich vor allem durch die Verschmelzung der realen und der virtuellen Welt sowie die damit einhergehende ganzheitliche Vernetzung aus.^[14] Des Weiteren stehen die Individualisierung der Produkte, im Vergleich zur vorherigen Massenfertigung, und speziell die Integration der Kunden und Geschäftspartner in die Geschäftsprozesse im Vordergrund.^[15] Um der zunehmenden Digitalisierung und der Erhöhung der Veränderungsraten gerecht zu werden, sind fehler- und störungsfreie automatisierte Produktionsprozesse erforderlich. Folglich übernehmen Roboter nunmehr nicht lediglich einfache Routineaufgaben, sondern ebenfalls komplexe Tätigkeiten ohne menschliches Zutun, wodurch sowohl ein Produktivitätswachstum als auch eine Wohlfahrtssteigerung erzielt werden.^[16]

Die ganzheitliche Vernetzung über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg erhöht die Prozessgeschwindigkeit enorm, wodurch die Unternehmen den immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen nachkommen können. Stetige Technologie- und Produktneuerungen machen die Innovationsfähigkeit der Unternehmen sowie die Fortbildungen der Mitarbeiter obligatorisch, um modernste Technologien bedienen zu können und nicht von Wettbewerbern überholt zu werden.^[17] Kennzeichnend für die durchgängige Digitalisierung speziell im produzierenden Gewerbe ist das Vorhandensein eines digitalen Abbildes von diversen Informationsflüssen und Abläufen sämtlicher Prozesse, welches fortlaufend in Echtzeit aktualisiert wird. Diese Art der Vernetzung ermöglicht eine günstigere, effizientere sowie ressourcenschonendere Produktion und resultiert in der Befriedigung individueller Kundenwünsche, welche wirtschaftlich nun bis hin zur Kleinstserienproduktion mit einer Losgröße von eins vertretbar ist.^[18] Die im Rahmen der Digitalisierung entstehende Datentransparenz, -verfügbarkeit und -vielfalt sind maßgeblich für die Optimierung sämtlicher Geschäftsprozesse entlang der Wertschöpfungskette verantwortlich.^[19] Aufgrund der vorhandenen echtzeitnahen Informationen wird die Flexibilität der Produktionsprozesse erheblich gesteigert. Dadurch ist es möglich, auch kurzfristig auf dynamische Marktentwicklungen präzise zu reagieren.

3 Facetten und Konzepte der Industrie 4.0

Nachdem die Industrie 4.0 im vorangegangen Kapitel vorgestellt wurde, geht es in diesem Teil um die mit ihr verbundenen Facetten und Konzepte, von denen vier genauer erläutert werden.

Als Basis der ganzheitlichen Vernetzung der Prozesse sowie der Entwicklung intelligenter Maschinen sind die ‚ Cyber-Physischen-Systeme‘ zu nennen. Sie verfügen über eine Schnittstelle zwischen der digitalen und der physischen Welt und basieren auf zwei verschiedenen Technologien.^[20] Zunächst werden die Cyber-Physischen-Systeme durch eingebettete Systeme in Form von hochleistungsfähigen Kleinstcomputern gekennzeichnet, welche ihrerseits in sämtliche Maschinen und Gegenstände des Alltags integriert werden.^[21] Sie sind mit Sensoren ausgestattet, über welche sie Daten aus der physischen Welt erfassen können. Die gewonnenen Informationen werden über eingebaute Aktoren verarbeitet und aufbereitet, sodass anschließend auf die natürliche Umwelt Einfluss genommen werden kann.^[22] Des Weiteren sind globale Datennetze notwendig, um sowohl die Vielzahl als auch die Geschwindigkeit der neu gewonnenen Daten bewerkstelligen zu können. „Cyber-Physische-Systeme entstehen aus der Verknüpfung eingebetteter Systeme – und damit der Geräte, in die sie eingebaut sind – zu digitalen Netzwerken aus physischen Objekten wie Maschinen oder Produktbestandteilen.“^[23] Aufgrund der Ausstattung mit eigener IP-Adresse lassen sie sich über das Internet steuern und lokalisieren. Cyber-Physische-Systeme sind meist in drahtlose Kommunikationskanäle wie das Internet eingebunden und verfügen über diverse Mensch-Maschine-Schnittstellen.^[24] Dabei gilt es zu beachten, dass diese Art der Technologie den Arbeitskomfort der Mitarbeiter aufgrund vereinfachter oder effizienterer Arbeitsprozesse zwar deutlich erhöhen, auf der anderen Seite dieser Eingriff in das bisherige bestehende Fertigungssystem allerdings auch zu Kompatibilitätsproblemen führen kann. Die derzeitige Entwicklung deutet darauf hin, dass zukünftig zwischen verschiedensten Objekten weltweit eine Vernetzung über das Internet hergestellt werden kann, wodurch das ‚ Internet der Dinge ‘ entsteht.^[25]

Die soeben beschriebene Vernetzung über eine globale Infrastruktur ermöglicht es den Unternehmen, sich mit anderen Betrieben trotz großer Distanzen über sogenannte Wertschöpfungsnetzwerke zu verbinden.^[26] Die damit einhergehende horizontale Integration erhöht die allgemeine Wettbewerbsfähigkeit der jeweiligen Unternehmen, da diese flexibler werden und ihre Anpassungsfähigkeit der steigenden Marktdynamik gerecht wird. Weiterhin ist das ‚Ubiquitos Computing‘, also die Allgegenwärtigkeit von Informationsverarbeitung, von großer Bedeutung. Es gilt zu beachten, dass die großen vorhandenen Datenmengen gefiltert werden müssen, um sinnvoll eingesetzt werden zu können. Dadurch soll vermieden werden, dass beispielsweise Entscheidungsträger vor sogenannte ‚Overload-Phänomene‘, bei denen der Überblick aufgrund der Masse an Daten verloren geht, gestellt werden und die Anzahl an Zielkonflikten stattdessen überschaubar bleibt.^[27] Der Grad der Mobilität wird dadurch erhöht, dass allen Mitarbeitern sämtliche Informationen jederzeit zugänglich sind. Die Miniaturisierung der Endgeräte schafft die Voraussetzung für eine nahezu unsichtbare Integration vieler Kleinstcomputer in den Alltag.

Auf der anderen Seite ermöglichen moderne Technologien, wie zum Beispiel Augmented-Reality-Systeme, effizientere Produktionsprozesse, indem die reale Welt durch Informationen aus der virtuellen Welt angereichert wird. Dabei werden Informationen über Datenbrillen in das Gesichtsfeld des Arbeiters eingeblendet, sodass dieser seinen Blick stets auf das Produkt richten kann und nicht durch störende Umwelteinflüsse abgelenkt wird.^[28] Besonders kennzeichnend für das Internet der Dinge ist, dass Geräte autonome Kommunikationen führen können und nicht mehr auf den Menschen angewiesen sind. Diese Tatsache ist ein signifikanter Unterschied der industriellen Entwicklung von der reinen Elektronik- und Internettechnologie hin zur Industrie 4.0.

Die Kommunikation zwischen Maschinen wird als ‚ Maschine-Maschine- Kommunikation ‘ bezeichnet. Dabei informieren sich diese gegenseitig über knappe Ressourcen oder Fehler im Fertigungsprozess. Sobald die Materialbestände zur Neige gehen, wird der benötigte Bedarf automatisch an weitere Systeme übermittelt, welche dann eine Bestellung bei dem entsprechenden Lieferanten auslösen.^[29] Die enge Verknüpfung der Internet- und Kommunikationstechnologie führt zu erheblichen Kosten- und Zeitvorteilen, die ihrerseits die Effizienz des Gesamtbetriebes erhöhen. Außerdem ermöglicht die Rationalisierung sämtlicher Arbeitsprozesse eine Produktivitätssteigerung und bietet damit ein hohes Marktpotenzial. Die Besonderheit der Maschine-Maschine-Kommunikation liegt darin, dass der Informationsaustausch zwischen den verschiedenen Recheneinheiten ohne menschliche Eingriffe stattfindet.^[30] Neben den beschriebenen Auswirkungen auf die Abläufe der Produktionsprozesse bietet sich durch eingebettete Systeme die Möglichkeit der vollständigen Transparenz über den Zustand eingesetzter Maschinen. Sofern eventuelle Störungen oder Verschleiße auftreten, bestellen die Maschinen selbständig Ersatzteile nach. Die daraus resultierende zugewonnene Flexibilität erhöht die Effizienz des Unternehmens sowie die Auslastung der Produktionskapazitäten, da Produktionsstillstände durch kürzer werdende Ausfallzeiten der Maschinen verringert werden.^[31] Jedoch bedeutet die Maschine-Maschine-Kommunikation weitaus mehr als lediglich den autonomen Austausch von Informationen. Schließlich werden die durch Sensoren gespeicherten Daten ausgelesen und in nützliche Werte für den Kunden transformiert. Diese dazugewonnenen Erkenntnisse ermöglichen ein leichteres Abwägen von Handlungsalternativen, weshalb die Maschine-Maschine-Kommunikation als ein wertsteigernder Prozess der Wertschöpfungskette verstanden wird.^[32]

[...]

^[1] Vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2013), S.10.

^[2] Vgl. Hänel, Tom (2017), S.110.

^[3] Vgl. Becker, Wolfgang; Baltzer, Björn; Ulrich, Patrick (2014), S.54f.

^[4] Ebd. Vgl. S.54.

^[5] Vgl. Maslow, Abraham (1943), S.370-396.

^[6] Vgl. Becker, Wolfgang; Baltzer, Björn; Ulrich, Patrick (2014), S.54.

^[7] Vgl. Porter, Michael (1999a), S.77.

^[8] Becker, Wolfgang; Baltzer, Björn; Ulrich, Patrick (2014), S.57.

^[9] Vgl. Simon, Hermann (1988), S.464f.

^[10] Vgl. Porter, Michael (1999b), S.66.

^[11] Vgl. Becker, Wolfgang; Baltzer, Björn; Ulrich, Patrick (2014), S.58.

^[12] Ebd. Vgl. S.59.

^[13] Vgl. Spiegel Online (2015), S.1ff.

^[14] Vgl. Vogel-Heuser, Birgit; Bauernhansl, Thomas; ten Hompel, Michael, Bd.1 (2017), S.3ff.

^[15] Vgl. Jeske, Tim (2015), S.152.

^[16] Vgl. Ifo Institute (2015), S.3.

^[17] Vgl. Vogel-Heuser, Birgit; Bauernhansl, Thomas; ten Hompel, Michael, Bd.1 (2017), S.3.

^[18] Vgl. Vogel-Heuser, Birgit; Bauernhansl, Thomas; ten Hompel, Michael, Bd.1 (2017), S.223.

^[19] Ebd. Vgl. S.15.

^[20] Vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2013), S.28.

^[21] Ebd. Vgl. S.10.

^[22] Vgl. Obermaier, Robert; Hofmann, Johann; Kirsch, Victoria (2015), S.486.

^[23] Bundesministerium für Bildung und Forschung (2013), S.10.

^[24] Vgl. Obermaier, Robert; Hofmann, Johann; Kirsch, Victoria (2015), S.486.

^[25] Vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2013), S.10.

^[26] Vgl. Lingnau, Volker; Brenning, Matthias (2015), S.457.

^[27] Ebd. Vgl. S.457.

^[28] Vgl. Jeske, Tim (2015), S.153.

^[29] Vgl. Vogel-Heuser, Birgit; Bauernhansl, Thomas; ten Hompel, Michael, Bd.1 (2017), S.15.

^[30] Vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2014), S.1.

^[31] Vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2013), S.7.

^[32] Vgl. Vogel-Heuser, Birgit; Bauernhansl, Thomas; ten Hompel, Michael, Bd.3 (2017), S.348f.