Industrie 4.0 und Controlling. Der digitale Wandel im Industriesektor und der Einfluss auf das Controlling

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Entwicklung der industriellen Fertigung
2.1 Industrielle Revolution
2.2 Zweite industrielle Revolution
2.3 Dritte industrielle Revolution
2.4 Gesellschaftlicher Wandel

3. Untersuchung
3.1 Gegenstand der Untersuchung
3.2 Formulierung der Forschungsfragen
3.3 Gliederung und Vorgehensweise

4. Die Industrie
4.1 Begriffserklärung und Abgrenzung
4.2 Prinzipien und Ziele
4.3 Bedeutung und Umsetzung in Deutschland
4.4 Zentrale Elemente der Industrie
4.4.1 Cyber-Physische Systeme (CPS)
4.4.2 Big Data und Data-Mining
4.4.3 Internet der Dinge – Die Smart Factory
4.4.4 Industrieroboter und kollaborierende Roboter
4.4.5 Moderne 3D-Druck-Verfahren
4.5 Potenziale und Veränderungen
4.6 Hemmnisse und Risiken
4.7 Zwischenfazit

5. Potenzielle Auswirkungen auf das Controlling
5.1 Anforderungen an die Industrie
5.2 Controlling-Tätigkeiten im Umbruch
5.2.1 Planung, Forecasting und Budgetierung
5.2.2 Steuerung und Analyse
5.2.3 Reporting / Berichtwesen
5.3 Herausforderungen für das moderne Controlling
5.3.1 Controlling und Big Data
5.3.1.1 Nutzenpotenziale
5.3.1.2 Risiken
5.3.2 Künstliche Intelligenz (KI)
5.3.2.1 Kognitive Unterstützung für das Controlling
5.3.2.2 Praxisbeispiele
5.3.3 Zahlungsströme und die Blockchain-Technologie
5.3.3.1 Beispiel Handelswarenkauf: Integration der Blockchain
5.3.3.2 Implikationen für das Accounting/Controlling
5.4 Moderne Controlling-Werkzeuge und Systemlösungen
5.5 Ausblick und Zwischenfazit

6. Zukünftiges Rollenbild eines Controllers
6.1 Entwicklung der Controller-Rollenbilder
6.2 Aktueller Controller-Rollenmix
6.2.1 Controller als Business Partner
6.2.2 Controller als Analyst
6.2.3 Controller als Kontrolleur
6.2.4 Controller als Change Agent
6.3 Anforderungen und Voraussetzungen Controller
6.4 Einführung Data Scientist und Business Analyst
6.5 Bedeutung des Controllers im Zeitalter der Industrie
6.6 Zwischenfazit

7. Industrie 4.0 Projekte und die Rolle des Controllings
7.1 Auswahl und Vorbereitung von Industrie 4.0 Projekten
7.1.1 Bestandsaufnahme und Optimierungspotenziale
7.1.2 Auswahl und Bewertung
7.1.3 Erstellung einer Roadmap Industrie
7.2 Implementierung neuer Technologien
7.2.1 Widerstände und Hindernisse
7.2.2 Erfolgsfaktoren
7.2.2.1 Definition der Ziele
7.2.2.2 Kommunikation
7.2.2.3 Qualifizierungen
7.3 Steuerung, Kontrolle und Weiterentwicklung
7.4 Zwischenfazit

8. Fazit .

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Vier Stufen der industriellen Revolution

Abbildung 2: Liegende Einzylinder-Dampfmaschine

Abbildung 3: Schaubild Abgrenzung vertikale und horizontale Integration

Abbildung 4: Aktueller Stand Industrie

Abbildung 5: Potenziale der Industrie

Abbildung 6: Hemmnisse und Risiken von Industrie

Abbildung 7: Auswirkungen der Digital. auf die Controllingteilprozesse

Abbildung 8: Die fünf Verfahren der Business Analytics

Abbildung 9: Die Entwicklung der Controllerrolle bei Hansgrohe

Abbildung 10: Kompetenzprofil Controller

Abbildung 11: Kompetenzprofil Zukunftsgestaltung

Abbildung 12: Matrix Ergebniswirksamkeit VS. Umsetzbarkeit

Abbildung 13: Beispiel Roadmap Industrie 4.0 ...

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Beispiele für kognitive Unterstützung für das Controllings

Tabelle 2: Notwendige Qualifikationen und Kompetenzen.

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Executive Summary

The fourth industrial revolution is at an early stage today and is only beginning to be implemented in German industrial companies. The primary reasons for this are the requirements for high investment in new machines and in the qualification of the employees – all for still unclear economic benefits. Industry 4.0 covers a range of future technologies aimed at digitally networking the entire value chain, including all components, to make it more transparent.

However, increasing digitization and the trend towards the Internet of Things will affect controlling business functions as well as result in a flood of data. The technologies of Industry 4.0 will have different effects on individual controlling processes. Routine activities such as the collection of data as well as the creation of reports and presentations will probably be handled by software in the future. Also, based on this study’s analysis, planning will focus on creating large internal and external data volumes and strengthening real-time control. The task area is, therefore, shifting more and more away from merely the collection and processing of data for operational analysis and forecasting.

The competence profile of the controller must change in the course of this digital transformation so that not all parts of controlling tasks are transferred to IT departments. The controller’s profile needs to be complemented with skills in business analytics, big data and other IT technologies. The controller will be even more in demand as a future designer. Otherwise, there is a risk for the company to lose competitiveness in dynamic markets. Excellent communication skills should, therefore, be just as much one of a controller's strengths as openness to change and goal-oriented leadership of employees.

1. Einleitung

„Wir wollen nicht im Technikmuseum enden mit Deutschland." „Die Welt schläft nicht." „Unseren Wohlstand werden wir uns nur erhalten können, wenn wir diese Innovationskraft auch weiter behalten." Diese Aussagen traf Bundeskanzlerin Angela Merkel 2017 im Bundestag zum Thema Digitalisierung und Industrie 4.0.¹

Die Digitalisierung stellt aktuell und auch zukünftig ein bedeutsames Thema hinsichtlich der Wettbewerbsfähigkeit in den globalen Märkten dar. Insbesondere deutsche Industrieunternehmen gelten als innovativ und technologisch in vielen Nischenmärkten als Benchmark. Dennoch wird die Konkurrenz aus Asien und Nordamerika immer stärker und hat in gewissen Bereichen wie der Informations- technologie schon einen großen Vorsprung gegenüber Europa. Bei der im Zuge der Digitalisierung immer wieder genannten Industrie 4.0 handelt es sich um die vierte industrielle Revolution. Dabei werden spektakuläre Veränderungen und Entwicklungs- perspektiven im Bereich Produktion und Verarbeitung prognostiziert und in der Öffentlichkeit diskutiert. Dies liegt vor allem an der traditionell hohen Bedeutung des Industriesektors für die deutsche Wirtschaft. Ungefähr 7,3 Millionen Menschen sind in diesem Sektor beschäftigt, wobei der Anteil an der Gesamtwertschöpfung bei etwa 26 % liegt.²

Durch die neuen Technologien wird es auch zu Veränderungen in den Betriebsabläufen kommen, auf die sich Führungskräfte und Mitarbeiter einstellen müssen. Insbesondere der Controller könnte in der Zukunft durch künstliche Intelligenz und Big Data ein anderes Anforderungsprofil benötigen. Die vorliegende Masterarbeit verfolgt das Ziel, die oftmals in enger Verbindung mit der IT oder Ingenieurswissenschaften stehende Industrie 4.0 in einem betriebswirtschaftlichen Kontext und insbesondere aus Sicht eines Controllers zu diskutieren. Die Auswirkungen neuer Technologien und daraus resultierende Chancen sowie Herausforderungen für das Controlling stehen dabei besonders im Fokus.

2. Entwicklung der industriellen Fertigung

Im Zuge von Industrie 4.0 wird häufig von der vierten industriellen Revolution gesprochen. In diesem Kapitel werden zunächst die vergangenen Revolutionen in ihren unterschiedlichen Phasen erläutert. Die nachfolgende Abbildung 1 zeigt die vier Stufen der industriellen Revolutionen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Screenshot von https://btelligent.com/ , abgerufen am 14.11.2018

Abbildung 1: Vier Stufen der industriellen Revolution

2.1 Industrielle Revolution

Die erste industrielle Revolution begann bereits in den fünfziger Jahren des 18. Jahrhunderts in England und minderte gesellschaftliche Probleme wie Missernten, Hungersnöte, Verteilungskriege und Seuchen. Eine `industrielle Revolution´ ist oft von neuen Antriebstechniken und Arbeitsmaschinen geprägt. Im weiteren Sinne bezeichnet der Begriff den durch den wissenschaftlichen Fortschritt und technische Entwicklung resultierenden schnellen Wechsel der Produktionstechniken sowie die damit verbundenen gesellschaftlichen Veränderungen.³ Im Laufe der Industrie 1.0 kam es zu zukunftsweisenden Erfindungen wie der Dampfmaschine oder dem mechanischen Webstuhl. Die erste Primärenergie war dabei die Wasserkraft. Durch die neuen Techniken wurden die bisherige Agrarwirtschaft und die Manufakturen abgelöst und die ersten Formen der arbeitsteiligen Groß- und Massenfertigung in Fabriken schrittweise eingeführt. Die Muskelkraft des Menschen wurde durch den Einsatz von Dampfmaschinen im Laufe der Industrialisierung ersetzt. Diese technologischen Neuerungen gingen zunächst von der englischen Textilindustrie aus. Später wurden aber auch andere wirtschaftliche Bereiche wie der Bergbau, die Hütten- und Stahlindustrie sowie der Maschinenbau nachhaltig beeinflusst.⁴

Eine weitere Innovation insbesondere für die Logistik war die von George Stevenson im Jahr 1814 erfundene Dampflokmaschine und die erste Eisenbahnlinie zwischen Liverpool und Manchester.⁵

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Screenshot von http://zeno.org, abgerufen am 14.11.2018

Abbildung 2: Liegende Einzylinder-Dampfmaschine

2.2 Zweite industrielle Revolution

Die zweite industrielle Revolution, die im Jahr 1870 ihren Anfang nahm, war insbesondere von der Entwicklung des Fließ- und Förderbands geprägt. Diese Erfindung von Henry Ford ermöglichte erstmalig die arbeitsteilige Massenproduktion durch elektrische Energie. Mithilfe der elektrifizierten Antriebssysteme konnten die Anlagen fortan dezentral betrieben werden und waren nicht mehr auf zentrale Kraftmaschinen angewiesen. Durch die Industrie 2.0 wurden die Produktionskosten aufgrund von Skaleneffekte deutlich gesenkt und die Profitabilität damit erhöht. Allerdings wurde immer mehr Investitionskapital zur Finanzierung von Maschinen und Fabrikanlagen benötigt. Die Ersparnisse von Familienunternehmen reichten dazu oftmals nicht aus und es entwickelten sich ein informeller Kapitalmarkt sowie ein leistungsfähiges Kreditsystem. Im Zuge der weiteren Entwicklung wurden viele neue Kapital- gesellschaften gegründet, die die Verteilung der Investitionssummen und des Risikos auf mehrere Gesellschafter ermöglichten.⁶

Zusammenfassend erfolgte in der Industrie 2.0 eine stetige, wenn auch weniger komplexe Automatisierung der Produktion. Die Fabrikhallen fertigten Automobile, Kleidung, Rohstoffe und Lebensmittel am Fließband und dem Menschen wurde durch Motoreneinsatz weitere Arbeiten abgenommen.⁷ Durch die Erfindungen im Bereich der Mobilität wie dem Automobil sowie der Luft- und Raumfahrt kam es auch zu den ersten Schritten der Globalisierung. Der Gütertransport erfolgte durch die Luft- und Schifffahrt zunehmend auch über Kontinente hinweg.⁸

2.3 Dritte industrielle Revolution

Die dritte industrielle Revolution, die bis heute noch als die vorherrschende Revolution bezeichnet wird, begann mit der Erfindung einer speicherprogrammierbaren Steuerung, der Modicon 084, zum Ende der siebziger Jahre. Sie ermöglichte eine fortschreitende Automatisierung der Produktionsprozesse und damit Rationalisierungsmöglichkeiten für die Unternehmen. Die menschliche Arbeitskraft wurde zunehmend durch Maschinen in der Reihenfertigung ersetzt. Personal-Computer fanden Einzug in die Büros bzw. privaten Haushalte und bildeten einen neuen Industriezweig.⁹ Außerdem ermöglichten die neuen Informations- und Kommunikationstechnologien eine variantenreichere Se- rienproduktion. In Deutschland waren viele Märkte nach den Wirtschaftswunderjahren in den 80er Jahren gesättigt und entwickelten sich dadurch von Verkäufer-zu Käufer- märkten.¹⁰ Es ging also für die Unternehmen nicht mehr darum, nur zu produzieren, sondern sich durch Variantenvielfalt und Qualität von den Wettbewerbern abzusetzen.

2.4 Gesellschaftlicher Wandel

Die Jahrzehnte der industriellen Revolutionen brachten neben dem Wirtschafts- aufschwung auch einen starken gesellschaftlichen Wandel mit sich. Erfolgreiche Unternehmerfamilien kamen zu großem Wohlstand, wohingegen viele Arbeiter aufgrund der neuen Fertigungsmaschinen zunächst ihren Job verloren. Das hohe Bevölkerungswachstum und der Zusammenbruch alter Gewerbe verschärften die soziale Not in einigen Regionen noch erheblich. Insbesondere das produzierende Handwerk war hiervon stark betroffen. Mit der Zeit fanden jedoch viele Handwerker einen Arbeitsplatz in den stark wachsenden Fabriken und das Handwerk konnte sich zunehmend an die industriekapitalistischen Bedingungen anpassen.¹¹ Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass nahezu jede namhafte industrielle Revolution zunächst auf großen Protest in der Bevölkerung stieß. Zeitweise kam es sogar zu Maschinen- stürmerei, also der Zerstörung oder Beschädigung neuer Fabriken durch wütende Arbeiter von Webereien oder Färberein. Die Entwicklung zeigte jedoch auch, dass durch den wirtschaftlichen Aufschwung viele neue Arbeitsplätze und Berufe entstanden. Diese erforderten zwar oft eine Anpassung der Arbeiter, sorgten aber letztlich für mehr Wohlstand und das Entstehen einer breiteren Mittelschicht in den Industriestaaten

3. Untersuchung

In diesem Kapitel soll dem Leser ein verständlicher Zugang zu den Hintergründen und der Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ermöglicht werden.

3.1 Gegenstand der Untersuchung und Zielsetzung

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit den neuen Technologien der Industrie 4.0 und deren Einflüssen auf das Controlling im Unternehmen. In der Vergangenheit gab es, wie aufgezeigt, immer wieder einschneidende Erfindungen und Revolutionen in der industriellen Fertigung. Die Auswirkungen sowohl auf die Gesellschaft als auch auf die Wirtschaft waren dabei stets weitreichend und mit vielen Unsicherheiten bezüglich der Zukunft verbunden. Für einen Controller ist es von großer Bedeutung, bei der Unternehmenssteuerung entsprechende Risiken und Potenziale möglichst früh zu erkennen und zukunftssichernde Maßnahmen einzuleiten.¹²

In dieser Arbeit soll erläutert werden, inwiefern der digitale Wandel in den Industrieunternehmen bereits vorangeschritten ist und welche Herausforderungen noch existieren. Aus den sich abzeichnenden Schwerpunkttechnologien sollen Auswirkungen auf die Hauptprozesse des Controllings abgeleitet und analysiert werden. Um den Einfluss auf das Controlling aufzuzeigen, werden die aktuellen Hauptprozesse und Controlling-Werkzeuge auf Veränderungen untersucht. Entstehende Potenziale und Risiken hinsichtlich der zunehmenden und schneller werdenden Datengenerierung stehen dabei ebenso im Fokus wie die Nutzung neuer Betriebssysteme und Controlling- Werkzeuge.

Des Weiteren soll auch das aktuelle Rollenbild und Anforderungsprofil eines Controllers überprüft werden. Bei der Recherche fiel auf, dass die Digitalisierung mittlerweile nicht nur in den Unternehmen, sondern auch in der Politik und in der Gesellschaft im Fokus steht. Die Meinungen gehen dabei weit auseinander. Insbesondere Gewerkschaften und Arbeitnehmervertretungen rechnen mit einem hohen Verlust von Arbeitsplätzen in der Industrie. Andere Experten warnen, dass deutsche Unternehmen den digitalen Wandel aufgrund des starken internationalen Wettbewerbs nicht hinauszögern dürfen.¹³ Diese Arbeit soll deshalb auch aufzeigen, welche Controlling-Prozezwangsläufig Engpässe in dersse und gegebenenfalls Arbeitsplätze durch die Industrie 4.0 wegfallen könnten.

Des Weiteren soll auch das aktuelle Rollenbild und Anforderungsprofil eines Controllers überprüft werden. Bei der Recherche fiel auf, dass die Digitalisierung mittlerweile nicht nur in den Unternehmen, sondern auch in der Politik und in der Gesellschaft im Fokus steht. Die Meinungen gehen dabei weit auseinander. Insbesondere Gewerkschaften und Arbeitnehmervertretungen rechnen mit einem hohen Verlust von Arbeitsplätzen in der Industrie. Andere Experten warnen, dass deutsche Unternehmen den digitalen Wandel aufgrund des starken internationalen Wettbewerbs nicht hinauszögern dürfen.13 Diese Arbeit soll deshalb auch aufzeigen, welche Controlling-Prozezwangsläufig Engpässe in dersse und gegebenenfalls Arbeitsplätze durch die Industrie 4.0 wegfallen könnten.

Bei der oft sehr technologisch und betriebswirtschaftlich geprägten Debatte wird bisher kaum erwähnt, dass die neuen Technologien und Betriebsabläufe auch von den Kunden, Mitarbeitern und Lieferanten angenommen werden müssen. Aufkommende Probleme bei der Implementierung von neuen Prozessabläufen und mögliche Lösungsansätze sind deshalb ebenfalls zu diskutieren.

3.2 Formulierung der Forschungsfragen

Ziel dieser Arbeit ist, die Zusammenhänge zwischen den neuen Technologien der Industrie 4.0 und dem zukünftigen Unternehmenscontrolling vorzustellen und damit folgende Forschungsfragen zu beantworten:

Forschungsfrage 1: Wo liegen die Chancen und Risiken der Industrie 4.0 und welche Zukunftstechnologien verbergen sich dahinter?

Forschungsfrage 2: Welche Informationspotenziale und Veränderungen ergeben sich daraus für das Unternehmenscontrolling?

Forschungsfrage 3: Wie sehen das zukünftige Rollenbild und das entsprechende Anforderungsprofil eines Controllers aus?

Forschungsfrage 4: Inwiefern kann das Controlling bei der Auswahl und Implementierung entsprechender Industrie-4.0-Projekte unterstützen?

3.3. Gliederung und Vorgehensweise

Die Gliederung und Vorgehensweise wurden in Anbetracht der aufgezeigten Problemstellung und Zielsetzungen gewählt. Zu Beginn werden kurz die einzelnen Phasen in der industriellen Fertigung bis hin zur Industrie 4.0 betrachtet. Anschließend wird untersucht, was sich hinter dem Begriff Industrie 4.0 verbirgt und welche Schwerpunktechnologien die Industriebranche in den kommenden Jahren prägen werden. Die Chancen und Risiken aus Unternehmenssicht stehen hierbei besonders im Fokus. Diese und weitere Aspekte werden anschließend im fünften Kapitel hinsichtlich der aktuellen und der zukünftigen Controllingprozesse diskutiert. Die Planung, Analyse, Kontrolle und das Forecasting stehen hierbei im Vordergrund. Hinsichtlich der aktuellen Diskussion über den Wegfall vieler Arbeitsplätze wird insbesondere auf das zukünftige Berufsbild des Controllers und seine Rolle im Unternehmen eingegangen. Abschließend werden mögliche Werkzeuge zur Auswahl von Industrie-4.0-Projekten und der Mitarbeitersensibilisierung näher untersucht. Im Fazit erfolgen die Zusammenfassung der Ergebnisse sowie die Beantwortung der aufgestellten Forschungsfragen.

4. Die Industrie 4.0

In diesem Kapitel soll die die vierte und aktuelle Phase der industriellen Fertigung näher betrachtet werden.

4.1 Begriffserklärung und Abgrenzung

Unter dem Begriff der vierten industriellen Revolution oder auch abgekürzt „Industrie 4.0“ wird die intelligente Vernetzung von Produktentwicklung, Produktion, Kunden und Logistik mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie verstanden.¹⁴ In dieser Phase der industriellen Fertigung wird der Fokus auf die Digitalisierung früherer analoger Techniken und die Integration cyber-physischer Systeme gelegt. Die Industrie 4.0 gilt als Marketingbegriff und wurde erstmals im Jahr 2011 auf der Hannover-Messe vorgestellt. Damals wurde sie von der deutschen Bundesregierung als eine Zukunftsvision für die Weiterentwicklung der „Informatisierung“ der deutschen Technik im Fertigungsprozess beschrieben.¹⁵ Hinsichtlich der Industrie 4.0 wird von einer horizontalen und einer vertikalen Integration gesprochen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Adaption nach P. Mertens (2013) Integrierte Informationsverarbeitung

Abbildung 3: Schaubild Abgrenzung vertikale und horizontale Integration

Die vertikale Integration beschreibt die innerbetriebliche Vernetzung von Systemen und Prozessen von der Produktionsebene bis hin zur Feldebene. Sie liegt meist im Entscheidungsbereich eines oder zweier Verantwortlicher und wird in der Industrie bereits häufiger betrieben. So sammelt, aggregiert und stellt beispielsweise ein Fertigungsleitstand dem Produktionscontrolling alle Daten einer oder mehrerer Produktionslinien zentral zur Verfügung.¹⁶ Durch die Analyse der generierten Daten in Echtzeit sollen die produkt- bzw. maschinenbezogenen Prozessparameter kontinuierlich verbessert und vorausschauend gewartet werden.

Die horizontale Integration verbindet die Wertschöpfungskette über Abteilungs-, Bereichs- und Unternehmensgrenzen hinaus zu einem Wertschöpfungsnetzwerk. Die Kunden und Lieferanten werden somit miteingebunden. Die Ersatzteilbeschaffung des Kunden könnte beispielsweise automatisch eine Bestellung der notwendigen Bauteile beim Lieferanten auslösen und bei Erhalt der Liefertermine die entsprechende Produktionskapazität im eigenen Haus prüfen. Dieser Informationsaustausch erfolgt dabei während des gesamten Wertschöpfungsprozesses. Die Umsetzung ist im Vergleich zur vertikalen Integration wesentlich komplexer, da die Bedürfnisse vieler, teils unterschiedlicher Systeme, Prozesse und Kulturen berücksichtigt werden müssen. Auch der Abstimmungsaufwand ist hierbei deutlich höher.¹⁷

4.2 Prinzipien und Ziele

Die vierte industrielle Revolution basiert auf einem Organisationsgestaltungskonzept, welches sich aus vier Bestandteilen zusammensetzt:¹⁸

1. Vernetzung
2. Transparenz
3. Dezentralisierung
4. Technische Assistenz

Die Basis der Industrie 4.0 bildet die Vernetzung. Die Kommunikation miteinander erfolgt nun zwischen Menschen und gleichzeitig mit Maschinen, Produktionsanlagen sowie verschiedenen Bereichen der Industrie wie z.B. Logistik. So wird in Zukunft nicht nur eine Kommunikation, sondern auch eine Zusammenarbeit sowohl zwischen Mensch und Maschine als auch zwischen Maschine und Maschine stattfinden. Dadurch ermöglicht die Vernetzung nicht nur die Optimierung einzelner Prozesse, sondern der gesamten Wertschöpfungskette. Unter dem Prinzip der Transparenz findet eine Bezugnahme auf die Informationen statt, die nun per Sensoren eine Auswertung ermöglichen. Die Sensordaten erweitern Informationssysteme der digitalen Produktionsmodelle, die dadurch eine virtuelle Abbildung der Realität ermöglichen. Durch die Dezentralisierung können Entscheidungen zum Teil aufgrund der Vernetzung der Systeme eigenständig getroffen werden. Dies ermöglicht auch eine Vielzahl an Aufgaben, die nun autonom ohne eine Berechtigung von Menschen erledigt werden. Das letzte Prinzip der technischen Assistenz bezieht sich auf die Assistenzsysteme, die den Menschen durch verständliche, visualisierte und logisch zusammengefasste Informationen in der Datenanalyse unterstützen sollen. Entstehende Probleme können so in Echtzeit erkannt und durch künstliche Intelligenz oder manuell gelöst werden.¹⁹

Flexibilität ist ein wichtiger Bestandteil der vierten industriellen Revolution, denn hierbei wird auf eine Umstellung des Geschäftsmodelles der Fertigung abgezielt. So verschiebt sich der Schwerpunkt von der Massenproduktion hin zu den individuellen Kundenwünschen. Diese flexible Fertigung ermöglicht es nun, dank kürzerer Lieferzeiten und kundenspezifischer Produkte den Marktanforderungen besser gerecht zu werden. Die dadurch gestiegene Produktivität und die Verringerung der Kosten sorgen dafür, dass Industrieunternehmen auf den globalen Märkten wettbewerbsfähig bleiben können.²⁰

Die Ressourceneffizienz ist ein fester Bestandteil der Zukunftsvision der vierten industriellen Revolution und bleibt immer das Ziel eines Unternehmens. Die stetig steigenden Rohstoff- und Energiepreise verursachen bei oft sinkender Verfügbarkeit zwangsläufig Engpässe in der Produktion.²¹ Neue Systemlösungen bieten die Möglichkeit, Rohstoffe entlang der gesamten Wertschöpfungskette effizienter und nachhaltiger einzusetzen.²² Laut einer Studie von PWC, in der 235 Industrie- unternehmen befragt wurden, soll sich durch die Industrie 4.0 und den daraus resultierenden Nutzen in fünf Jahren über allen Branchen hinweg eine Erhöhung der durchschnittlichen Effizienzsteigerung in Höhe von 18 % ergeben. Ein weiterer Grund, der für eine Industrie 4.0 spricht, ist die erhöhte Transparenz, die schon bei den Prinzipien beschrieben wurde. Die erhöhte Transparenz verbessert die Planung der Maschinen- und Anlagenauslastung durch die Losgrößenoptimierung.²³ Bei der Losgrößenoptimierung handelt es sich um die Ermittlung der Bestellmenge und des Bestellmengenzeitpunkts für den bestehenden Bedarf an Betriebsmitteln für den Planungszeitraum. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Kosten bei der Bedarfs- deckung und bietet gleichzeitig eine Sicherheit bei der Versorgung.²⁴ Durch diese Kostenreduktion soll zukünftig die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Unternehmen gestärkt werden. So sind sich die befragten Unternehmen einig, dass die größten Potenziale durch den Einsatz der neuen Technologien in einer besseren Planung und Steuerung der Produktions- und Logistikprozesse bestehen.²⁵

4.3 Bedeutung und Umsetzung in Deutschland

Die Thematik der Industrie 4.0 wird in Deutschland zunehmend von Politik und Öffentlichkeit diskutiert. So werden zunehmend Meetings, Projektgruppen und Kooperationen gebildet, die sich mit dem Thema auseinandersetzen und sogenannte „Whitepaper“ verfassen. Die Ergebnisse werden dann in Form von Fachberichten beispielsweise vom Bundesministerium für Bildung und Forschung der Öffentlichkeit präsentiert. Trotz der vielen Bemühungen und der intensiven Forschungsarbeiten wurden bislang keine einheitlichen Standards oder konkrete Konzepte zur Realisierung und Einführung von Industrie 4.0 geschaffen. Deshalb findet die Industrie 4.0 bei vielen Unternehmen noch nicht die Akzeptanz, die erforderlich ist, um die vorhandenen Problemstellungen zu lösen.²⁶ Der internationale Vergleich zeigt zwar, dass Deutschland zu den Industrienationen mit dem höchsten Bestand an Industrierobotern gehört, jedoch ist deren Einsatz auf wenige Unternehmen beschränkt.²⁷ Die Notwendigkeit für Unternehmen, die Digitalisierung der betrieblichen Abläufe voranzutreiben, resultiert vor allem aus dem internationalen Wettbewerbsdruck. Mit den zunehmend globalen Märkten steigt auch der Druck, das Unternehmen auszubauen, um auf Marktveränderungen flexibel reagieren zu können. Insbesondere Zulieferer wollen etablierte Geschäftsbeziehungen durch neue Technologien aufrechterhalten oder sogar ausweiten.

Eine STAUFEN-Studie zeigt, dass die Bedeutung der Industrie 4.0 wesentlich zugenommen hat, während deren Potenziale in deutschen Unternehmen aber bisher kaum konkret umgesetzt worden sind (siehe Abbildung 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung: STAUFEN Industrie 4.0 Index 2017

Abbildung 4: Aktueller Stand Industrie 4.0

In der INDUSTRIE 4.0 INDEX-Studie wurden seit 2014 jährlich Unternehmen aus Maschinen- und Anlagenbau, Elektroindustrie und Automobilindustrie zu Themen rund um die Industrie 4.0 befragt. Die Befragung zeigt deutlich, dass sich mittlerweile fast alle Unternehmen aus diesen Bereichen konkret mit dem Thema Industrie 4.0 auseinandergesetzt haben. Diesbezüglich befinden sich 24 % der Unternehmen aber noch in der Beobachtungs- und Analysephase. Ein Großteil verfolgt bereits operative Einzelprojekte in Sachen Industrie 4.0. Lediglich 7 % der befragten Unternehmen aus dem Industriesektor setzen Anwendungen der Industrie 4.0 schon konkret um.

4.4 Zentrale Elemente der Industrie 4.0

Zum Begriff Industrie 4.0 gehört eine Reihe von Konzepten und Technologien. Dazu zählen insbesondere cyber-physische Systeme, Smart Factory, Big Data, kolla- borierende Roboter und der 3D-Druck, die nachfolgend beschrieben werden.

4.4.1 Cyber-physische Systeme (CPS)

„Cyber-physische Systeme sind Systeme, bei denen informations- und software- technische mit mechanischen Komponenten verbunden sind, wobei Datentransfer und - austausch sowie Kontrolle bzw. Steuerung über eine Infrastruktur wie das Internet in Echtzeit erfolgen.“²⁸ CPS bauen hierbei auf mobilen Einrichtungen, Geräten und Maschinen, eingebetteten Systeme und vernetzten Gegenstände auf. Auf die Produktion zugeschnittene Systeme werden auch als cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) bezeichnet. Wichtige Bestandteile eines CPS sind Sensoren, Aktoren, eine Benutzerschnittstelle und Funktionen, die alle Aufgaben der Datenaufnahme, - verarbeitung und -ausgabe ausführen. Die ständige Vernetzung durch Internet- technologien und die Verwendung von offenen Standards stellen einen erheblichen Fortschritt zu vorangegangenen Ansätzen dar.²⁹ Außerdem kann die Rechenleistung verteilt werden und damit Funktionen gegebenenfalls erst wirtschaftlich realisierbar machen. Der technische Wandel in der Produktion wird zugleich weitereichende organisatorische Konsequenzen haben und Chancen für neue Geschäftsmodelle und die Kundenbindung mit sich bringen. Bei der Implementierung von CPS sollten jedoch die bereits installierten Produktionssysteme weiterhin eine zentrale Rolle spielen.³⁰ Neben der industriellen Fertigung können CSP auch in einer Vielzahl von anderen Bereichen wie in der Energieversorgung oder IT-Verkehrssteuerung sowie in Sicherheits- und Fahrerassistenzsystemen angewendet werden.

4.4.2 Big Data und Data-Mining

Durch die zunehmende Digitalisierung bis hin zur Industrie 4.0 kommt es auch zu einem erheblichen Datenzuwachs. Big Data bezeichnet einen Ansatz zur wirtschaftlich sinnvollen Verwaltung und Anwendung dieser Daten. Es handelt sich dabei um Daten zu Produkten, Prozessen, Qualitätsmerkmalen und Fehlern sowie deren spezifischen Umfeld. Die Erfassung und Auswertung generierter Daten spielen hinsichtlich der Prozess- und Qualitätsoptimierung eine immer größere Rolle. Die detaillierten Prozessdaten sollen in dem Produktionscontrolling dabei helfen, den höheren Qualitäts- anforderungen und dem gleichzeitig hohen Kostendruck mit einem effizienten Ressourceneinsatz zu begegnen.³¹

Der Begriff Data Mining sollte getrennt von Big Data betrachtet werden. Big Data befasst sich mit besonders großen Datenmengen, die sich mit den herkömmlichen Methoden und Tools nicht effizient und in einem vertretbaren zeitlichen Rahmen verarbeiten lassen. Das Data Ming findet zwar oft bei großen Datenmengen Anwendung, ist aber nicht auf Big Data beschränkt.³²

4.4.3 Internet der Dinge Die Smart Factory

Das Internet der Dinge und die digitalisierte Produktion sind wesentliche Bestandteile der Industrie 4.0. Es geht hierbei um Geräte, Häuser, Maschinen und andere Gegenstände, die mit elektronischen Bauteilen, Sensoren und Software ausgestattet sowie über das Internet miteinander verbunden sind. Die digitale Welt wird mit der bisherigen industriellen Produktion verknüpft, um dadurch hochflexible und analysierbare Fertigungsprozesse zu entwerfen. Diese Flexibilität soll insbesondere eine individualisierte Produktion ermöglichen. Unter einer individualisierten Produktion wird die Verbindung zwischen den gegensätzlichen Konzepten der Massenfertigung und der Einzelfertigung verstanden. Das Ziel ist es, den Widerspruch der vom Kunden gewünschten Individualisierung und der Prozesseffizienz der Fertigung aufzulösen. Dies soll für Kundenzufriedenheit und vor allem für eine langfristige Kundenbindung sorgen.³³

Das Internet der Dinge bildet zusammen mit cyber-physischen Systemen die Basis einer sogenannten Smart Factory. Der Begriff Smart Factory lässt sich mit „intelligente Fabrik“ übersetzen und bezeichnet eine Produktionsumgebung, die sich selbst ohne menschliche Eingriffe organisiert.³⁴ Diese kann als Idealbild bzw. Zielvorstellung der vierten industriellen Revolution gesehen werden. Für die Verwirklichung einer Smart Factory ist in technischer Hinsicht eine intelligente Zusammenarbeit von Automatisierungstechnik, Sensorik und Aktorik, Mikroelektronik, Halbleitertechnologie und damit vernetzten Softwarelösungen notwendig.³⁵

4.4.4 Industrieroboter und kollaborierende Roboter

Im Jahr 2020 werden erstmals mehr als drei Millionen Industrie-Roboter im weltweiten Einsatz sein.³⁶ Ein Hauptziel der Industrie 4.0 ist die Vernetzung dieser Roboter mit herkömmlichen Fertigungsanlagen und den betrieblichen Systemen mithilfe des erläuterten Internets der Dinge. Neben dieser digitalen Vernetzung steht auch die Kollaboration von Robotern mit dem Menschen im Vordergrund der industriellen Weiterentwicklung. Die sogenannten kollaborierenden Roboter agieren im Gegensatz zu normalen Industrierobotern ohne trennende Schutzeinrichtungen. Sie arbeiten im direkten Kontakt mit dem Menschen. Dadurch müssen sie das Kollisionsrisiko permanent ermitteln und über die Robotersteuerung ständig überprüfen. Die sicherheitstechnischen Anforderungen sind daher sehr hoch und wurden in der ISO- Norm 10218 festgehalten. Die Augsburger Firma KUKA hat mit „LBR iiwa“ den weltweit ersten in Serie gefertigten kollaborativen Leichtbauroboter für die Industrie zur Marktreife geführt.³⁷ Ein weiteres Praxisbeispiel, das ebenfalls von KUKA stammt, ist der Laderoboter CarLa, der in einer Entwicklungspartnerschaft mit Volkswagen entstand. In diesem Forschungsprojekt verbindet der mobile Roboter CarLa ein E- Fahrzeug eigenständig mit einer Ladestation.³⁸ Die Entwickler erhoffen sich dadurch eine neue Sparte der Servicerobotik und auch die generelle Steigerung der Akzeptanz von E-Mobilität.

4.4.5 Moderne 3D-Druck-Verfahren

Ein wichtiges Ziel der Industrie 4.0 ist die kundenindividuelle Maßanfertigung auf Kosten der Großserienproduktion. Schlüsselfaktoren sind die bereits erläuterten Komponenten einer Smart Factory, aber auch disruptive Technologien wie zum Beispiel die additive Fertigung. Durch die Weiterentwicklung der 3D-Druck-Verfahren ist es möglich, eine Vielzahl von Stoffen wie Glas, Zucker, Zement oder Biozellen für die individuelle Fertigung zu nutzen. Auf diese Weise wird der 3D-Druck heute schon für die Fertigung verschiedener Bauteile bspw. Motorkomponenten verwendet. Dabei wird ein Gegenstand auf Basis eines per Computer erstellten 3D-Modells (CAD Modell) von Grunde auf neu erschaffen. Anschließend wird das Modell in Scheiben zerlegt und mithilfe eines oder mehrerer Laser Schicht für Schicht gedruckt. Die gedruckten Komponenten entsprechen mittlerweile je nach Anforderungsprofil höchsten Ansprüchen an Oberflächenstruktur, Biokompatibilität oder Stabilität. In der Vergangenheit waren diese Verfahren nur bei Polymeren und Metallen einsetzbar.³⁹ Ein weiteres innovatives Einsatzgebiet ist die Produktentwicklung. Durch das 3D-Druck- Verfahren ist es immer schneller möglich, Prototypen nach der Konstruktion auch physisch dazustellen und zu testen. Fehler lassen sich somit wesentlich schneller entdecken und beheben. Die Anwendungen für den 3D-Druck in der industriellen Fertigung werden in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Aktuell sind die entsprechenden Geräte noch für die breite Masse zu kostenintensiv und deshalb hinsichtlich der Rentabilität nicht umsetzbar.

[...]

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¹ Vgl. bundesregierung.de.

² Vgl. destatis.de.

³ Vgl. Bremm, K.-J. (2014) S. 12.

⁴ Vgl. Bauernhansl/ ten Hompel/ Vogel-Heuser (2014) S. 19.

⁵ Vgl. Vgl. Oxford DNB (2008).

⁶ Vgl. Ziegler, D. (2005) S. 79f.

⁷ Vgl. Bremm, K.-J. (2014) S. 15.

⁸ Vgl. Bauernhansl/ ten Hompel/ Vogel-Heuser (2014) S. 27.

⁹ Vgl. industrie-wegweiser.de.

¹⁰ Vgl. Bremm, K.-J. (2014) S. 140.

¹¹ Vgl. Siemann, W. (1990) S. 150–152.

¹² Horváth in Wiesehahn, A./Kißler, M. (2017) S. 43.

¹³ Vgl. Handelsblatt (2017).

¹⁴ Vgl. plattform-i40.de.

¹⁵ Vgl. Roth, A. (2016) S.5.

¹⁶ Vgl. Swiss Innovation Forum (2015).

¹⁷ Vgl. Lachmann & Rink (2018).

¹⁸ Vgl. Schaffner (2017) S. 6.

¹⁹ Vgl. Platten, W. (2017).

²⁰ Vgl. gambica.org.uk.

²¹ Vgl. Ramsauer, C. (2013).

²² Vgl. Roth, A. (2016) S.7.

²³ Vgl. PwC (2014).

²⁴ Vgl. wirtschaftslexikon.gabler.de.

²⁵ Vgl. PwC (2014).

²⁶ Vgl. Roth, A. (2016) S. 5.

²⁷ Vgl. World Robotics (2016) S. 18.

²⁸ Vgl. wirtschaftslexikon.gabler.de.

²⁹ Vgl. Lucke, D. (2014) S. 13.

³⁰ Vgl. Bundesministerium für Bildung und Forschung (2017), S. 7.

³¹ Vgl. Gadatsch (2016), S. 35.

³² Vgl. Bauernhansl, T./ten Hompel, M./Vogel-Heuser, B. (2014) S. 543.

³³ Vgl. Brecher, C. (2011) S.83.

³⁴ Vgl. bigdata-insider.de.

³⁵ Vgl. Marschollek/Wirwas in Sassenberg/Faber (2017) S. 20.

³⁶ Vgl. ingenieur.de.

³⁷ siehe Anhang A: Abbildung LBR iisy.

³⁸ siehe Anhang B: Abbildung CarLa.

³⁹ Vgl. blog.schneider-electric.de.