Die Auswirkungen der Industrie 4.0 auf das Qualitätsmanagement. Herausforderungen, Chancen und Risiken

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2. Begriffliche Einordnung
2.1 Qualit
2.2 Qualitätsmanagemen
2.2.1 Qualitätsplanun
2.2.2 Qualitätslenkung
2.2.3 Qualitätssicherung
2.2.4 Qualitätsverbesseru

3. Digitalisieru
3.1 Industrie
3.2 Smart Factory

4 Digitalisierung des Qualitätsmanagemen
4.1 Auswirkun
4.2 Herausforderun
4.3 Chancen und Risi

5. Zusammenfassung/Faz

6. Literaturverzeichn

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Die drei Stufen der Industrie 4.0

Abbildung 2: Smart Factory

Abbildung 3: Sicherstellung von Produktqualität in der heutigen Fertigung

Abbildung 4: Zukünftige Sicherstellung von Produktqualität

Abbildung 5: Qualitätsmanagement 4.0 -Was kommt auf die Unternehmen zu?

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Chancen und Risiken des digitalisierten Qualitätsmanagements

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

„ Niemand kann heute sagen, wie genau sich die Wirtschaft durch die Digitalisierung verändern wird. Das Schlagwort Industrie 4.0 verweist nicht auf etwas Abgeschlossenes, sondern auf eine Entwicklung, die in vollem Gange ist. Es gibt keinen Masterplan, der uns sagen könnte, was wir tun müssen, um das Beste aus den Möglichkeiten der Digi­talisierung zu machen. “ ¹ Heinrich Hiesinger, Vorstandsvorsitzender ThyssenKrupp, in Davos (FAZ 31.1.2016)

Der Begriff Industrie 4.0 wurde im Jahr 2011 zum ersten Mal auf der Hannover Messe einem breiten Publikum bekannt, seitdem ist dieser Begriff ein fester Bestandteil der deutschen Wirtschaft und Medienlandschaft.² Deutschland, als eine der führenden In­dustrienationen, will die neuen Technologien nutzen, denn die Chancen der Digitalisie­rung bieten die Möglichkeit von neuen Wertschöpfungsmöglichkeiten und den damit ver­bundenen Wohlstand. Dafür müssen aber die Schlüsseltechnologien der Industrie 4.0 entwickelt werden, nur dann kann man die neuen Möglichkeiten dieser neuen Industrie generieren sowie eine Vorreiterrolle in der Nutzung der Digitalisierung einnehmen.³

„Qualität“ bzw. „Qualitätsmanagement“ hat, aufgrund der über Jahrzehnte stetig an­wachsenden Kundenanforderungen und Wünsche an Produkt- und Dienstleistungsqua­lität, bedeutend an Einfluss innerhalb der Unternehmenswelt genommen. Viele Unter­nehmen haben bereits vor Jahrzehnten erkannt, dass es wesentlich günstiger ist Fehlern vorzubeugen, anstatt diese im Nachgang zu beheben. Daher ist ein gutes Qualitätsma­nagement eine Lebensversicherung für die Unternehmen in der heutigen Weltwirtschaft. Nur welche Auswirkungen hat die Industrie 4.0 auf das Qualitätsmanagement?

Das Ziel dieser Arbeit beinhaltet die Vorstellung von Industrie 4.0 sowie deren Auswir­kungen auf das Qualitätsmanagement. Deshalb wird zu Beginn der Begriff Qualität de­finiert sowie weitere dazugehörige Begriffe eines Qualitätsmanagementsystems. Mit dem Komplex der Digitalisierung beschäftigt sich Abschnitt 3, hier werden die Begriffe und Industrie 4.0 und Smart Factory erläutert. Die Darstellung der Auswirkungen, Her­ausforderungen sowie der Chancen und Risiken dieser neuartigen Industrie auf das Qualitätsmanagement ist Inhalt des vierten Abschnitts. Im letzten Abschnitt wird die Ar­beit mit einem Fazit sowie einem Ausblick abgeschlossen.

2 Begriffliche Einordnung

2.1 Qualität

Die Bedeutung von Qualität hat sich vom Beginn der Fließbandproduktion bis zum heu­tigen Tag grundlegend verändert. Stellte früher die Qualitätskontrolle einen Mehrauf­wand dar, der mit Kosten und Zeiteinbußen verbunden war, so bietet das moderne Qua­litätsmanagement die Möglichkeit die Kosten zu reduzieren. Spätestens seit Anfang der 90er Jahren haben moderne Ansätze des Qualitätsmanagements, wie das Total Quality Management (TQM) und Methoden, wie das Quality Function Deployment (QFD), eine weltweite Verbreitung gefunden und die Wichtigkeit der Qualität erhöht.⁴

Die Norm ISO 8402 definiert den Begriff „Qualität“ folgendermaßen: „Qualität ist die Ge­samtheit der Merkmale und Merkmalswerte eines Produktes oder einer Dienstleistung bezüglich Ihrer Eignung, festgelegte und vorausgesetzte Erfordernisse zu erfüllen.“⁵

Daraus resultiert, dass Qualität die Eigenschaften des Produkts darstellt, die Kaufent­scheidung des Kunden maßgeblich beeinflusst und entscheidenden Einfluss auf die Wettbewerbssituation und Leistungsfähigkeit des Anbieters hat.⁶

Gemäß der Definition nach ISO 9000 ist Qualität der „Grad, in dem ein Satz inhärenter Merkmale Forderungen erfüllt.“⁷

Grundsätzlich beschreibt der Qualitätsbegriff folgende Ansätze:

- Qualität ist absolut und beschreibt die Übereinstimmung mit den an das Produkt gestellten Anforderungen.
- Qualität ist nicht messbar lediglich der Grad der Erfüllung der einzelnen Anforde­rungen.
- Qualität ist kein zweiwertiger Begriff, sondern kann nur in Ausprägungen zwi­schen „gut“ und „schlecht“ vorhanden sein.

Der Begriff Qualität ist somit dem Begriff der Zuverlässigkeit eng verknüpft. Die Zuverläs­sigkeitsforderung ist ein Bestandteil der Qualität, wobei aufgrund dessen das Verhalten während oder nach definierten Zeitspannen bei vorgegebenen Anwendungsbedingun­gen bestimmt wird (gem. DIN55350-11, DIN40041). Dadurch wird anhand der Zuverläs­sigkeit das Langzeitverhalten festgelegt.⁸

2.2 Qualitätsmanagement

Das Qualitätsmanagement ist besonders stark durch seine Interdisziplinarität geprägt und erfordert das Einbeziehen aller Unternehmensbereiche zur Gewinnung qualitätsre­levanter Daten und Informationen. Um das Qualitätsniveau des gesamten Unterneh­mens zu steigern, müssen die gewonnenen Daten ausgewertet werden. Informations­technische Systeme bieten das Potenzial, Daten aus unterschiedlichen Unternehmens­bereichen zusammenfließen zu lassen und diese aufzubereiten. In diesem Zusammen­hang existieren Lösungen wie z.B. Computer Aided Quality-Systeme (CAQ-Systeme) oder Manufacturing Execution Systeme (MES).⁹

Die Begriffe „Qualitätsmanagement“ und „Qualitätsmanagementsystem“ werden gemäß DIN EN ISO 9000 wie folgt definiert:

Qualitätsmanagement sind „aufeinander abgestimmte Tätigkeiten zum Leiten und Len­ken einer Organisation bezüglich Qualität.“¹⁰ Qualitätsmanagement soll den Aufbau und Ablauf verbessern und dadurch ein möglichst optimales Ergebnis erzielen. „Das Quali­tätsmanagementsystem ist das Managementsystem zum Leiten und Lenken einer Or­ganisation bezüglich Qualität.“ Ein Qualitätsmanagementsystem besteht aus vier zent­ralen Aufgaben: Qualitätsplanung, Qualitätslenkung, Qualitätssicherung und Qualitäts- verbesserung¹¹

2.2.1 Qualitätsplanung

Qualitätsplanung ist ein Bestandteil des QM, welche die Qualitätsziele definiert so-wie die dazugehörigen Ausführungsprozesse und deren Ressourcen zur Erfüllung der Ziele ausrichtet. Darunter fallen die Auswahl, Klassifikation und Gewichtung der Qualitäts­merkmale sowie die Konkretisierung der Qualitätsforderungen. Diese Vorgänge gesche­hen unter der Berücksichtigung von Niveau und Realisierungsmöglichkeiten.¹²

2.2.2 Qualitätslenkung

Nach DIN EN ISO 9000 ist die Qualitätslenkung so ausgerichtet, dass alle Qualitätsfor­derungen erfüllt werden und die Resultate der Qualitätsprüfungen mit den Anforderun­gen der Qualitätsplanung abgeglichen und bei Fehlern oder Abweichungen entspre­chende Korrekturmaßnahmen erfolgen. Anhand der Durchführung einer Qualitätsprü­fung kann festgestellt werden inwieweit eine Einheit den Anforderungen entspricht. Da­bei ist es wichtig die Ist-Werte der Produkt- und Prozessqualität zu kennen. Zusammen­fassend bedeutet das, dass die Qualitätslenkung die Umsetzung einer Einheit mit der Erfüllung aller Ziele der Qualitätsanforderungen überwacht und korrigiert.¹³

2.2.3 Qualitätssicherung

Ist ein wichtiger Bestandteil damit eine Vertrauensbasis entsteht und die Qualitätsforde­rungen erreicht werden können.¹⁴

2.2.4 Qualitätsverbesserung

Unter der Definition des Begriffes Qualitätsverbesserung versteht man alle Maßnahmen zur Steigerung von Effizienz und Effektivität in Prozessen und Tätigkeiten. Nach DIN EN ISO 9000 ist Qualitätsverbesserung so ausgerichtet, dass eine erhöhte Eignung zur Er­füllung der Qualitätsanforderungen erreicht werden kann.¹⁵

3 Digitalisierung

In diesem Abschnitt erfolgt die begriffliche Definierung von Industrie 4.0 und Smart Fac­tory, um im späteren Verlauf die Auswirkungen der Digitalisierung auf das Qualitätsma­nagement besser zu verstehen.

3.1 Industrie 4.0

Nach Dampfmaschine, Fließband, Elektronik und IT bestimmen nun intelligente Fabriken der Industrie 4.0 die neuen Fertigungs- und Herstellungsabläufe. Industrie 4.0 bedeutet, dass sich die Produktion mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik ver­knüpft.¹⁶ D. h., in der Vision dieser neuen Industrie kommunizieren und interagieren Menschen, Maschinen, Ressourcen und Produkte vollkommen selbstverständlich mitei­nander.¹⁷ Aufgrund dessen sind Produktions- und Logistikprozesse zwischen Unterneh­men im selben Produktionsprozess intelligent miteinander verzahnt. Dadurch sollen in­telligente Wertschöpfungsketten entstehen, welche den gesamten Prozess von der Idee bis hin zum Recycling eines Produktes abbilden. Die intelligenten Wertschöpfungsketten führen dann zu einer höheren Variantenvielfalt für den Kunden und senken gleichzeitig die Produktionskosten, da intelligent Wartungen, Produktion und die Beschaffung ge­steuert werden können.¹⁸ Der folgenden Grafik, welche die drei Stufen der Industrie 4.0 zeigt, können die dazugehörigen Komponenten entnommen werden.

Abbildung 1: Die drei Stufen der Industrie 4.0

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(Quelle: Siepmann, 2016a)

Die erste Stufe der Abbildung 2 zeigt das Cyber-physische System auch CPS genannt. Der Begriff CPS bezeichnet die Kombination von Software- und Hardwaresystemen zu einem komplexen und intelligenten Verbund in dem jedes ein­zelne physische Objekt eine eigene Identität besitzt. Wie in der Abbildung veranschau­licht wurde, setzt sich ein CPS aus den technologischen Ansätzen der drei Bausteine Internet der Dinge und Dienste, Ubiquitous Computing sowie Cloud Computing zusam­men.¹⁹ Im Folgenden werden diese drei Unterpunkte des CPS genauer erläutert:

- Bei der Industrie 4.0 sieht das „Internet der Dinge“ eine allgegenwärtige Vernet­zung von Personen, Dingen und Maschinen vor. Diese Verknüpfung soll eine Bandbreite neuer Angebote und Dienste herbeiführen. Produkte, Transportmittel oder Werkzeuge sollen auf einem virtuellen Marktplatz untereinander aushan­deln, welche Produktionselemente den nächsten Produktionsschritt am besten übernehmen könnten. So würde die virtuelle Welt eine Einheit mit Objekten der realen Welt bilden.²⁰
- Beim Ubiquitous Computing verfügt jedes Objekt in einem System über die Fä­higkeit Informationen und Daten zu verarbeiten und zu versenden, indem diese mit entsprechender Mikroelektronik, Sensorik, Kommunikationsmodulen und Re­chenleistung ausgestattet werden. Diese Objekte, welche mit Informationstech­nologien und über einer gewissen Intelligenz verfügen, kommen in Form intelli­genter Produkte, Produktionsmittel oder ganzer Produktionsmaschinen zum Ein­satz. Die Kombination mit dem Internet der Dinge und Dienste stattet die Objekte des Ubiquitous Computing mit der benötigten Kommunikationsfähigkeit aus.²¹
- Für den Begriff gibt es etliche Definitionen. Das Bundesamt definiert es folgen­dermaßen: „Cloud Computing bezeichnet das dynamisch an den Bedarf ange­passte Anbieten, Nutzen und Abrechnen von IT-Dienstleistungen über ein Netz. Angebot und Nutzung dieser Dienstleistungen erfolgen dabei ausschließlich über definierte technische Schnittstellen und Protokolle. Die Spannbreite der im Rah­men von Cloud Computing angebotenen Dienstleistungen umfasst das kom­plette Spektrum der Informationstechnik und beinhaltet unter anderem Infrastruk­tur (z. B. Rechenleistung, Speicherplatz), Plattformen und Software.“²²

Die zweite Stufe der Abbildung 2 beschreibt den Einsatz von CPPS, welche als CPPS- Verbund, die Produktion dezentral und kontextadaptiv über die Unternehmensgrenzen hinweg steuert. Nach dem Ansatz der Industrie 4.0 ist das CPPS eine komplette Pro­duktionsanlage, quasi eine Musteranlage, dieser neuen Industrie. Unter anderem be­steht das CPPS aus Produktionssystemen, die über Sensoren und Aktoren Daten an Steuerungssysteme senden, welche die Daten auswerten und dann zur Produktion zu­rücksenden. Um eine voll funktionierende Vernetzung und Kommunikation zwischen den Menschen und den Anlagen und Komponenten eines CCPS zu gewähren, ist die An­wendung geeigneter Schnittstellen notwendig.²³ Zum einen ist der Einsatz von geeigne­ter M2M-Kommunikation und zum anderen von der MMI erforderlich. Diese zwei Bau­steine der zweiten Stufe der Industrie 4.0 werden im Folgenden beschrieben:

- M2M steht für „Machine-to-Machine“ und steht für die Kommunikation und den automatisierten Datenaustausch zwischen Maschinen. Damit wird die Daten­übertragung zwischen Maschinen, aber auch zwischen Maschinen und IT-Sys­temen bezeichnet.²⁴
- MMI, geeignete Technologien dieser Interaktion dienen zur Überwachung und Steuerung der Produktionsanlagen. Als Schnittstelle zwischen Menschen und Maschinen können es Virtual Reality (VR) oder Augmented Reality (AR) ermög­lichen den Menschen als letzte Entscheidungsinstanz in die Produktionsplanung und -steuerung mit einzubeziehen.²⁵

Die letzte Stufe der Abbildung 2 zeigt die dritte Stufe und diese ist nicht wie die beiden vorangegangen Stufe eine technologische, sondern eine visionäre Stufe. Um die Um­setzung eines CPPS in einem Unternehmen zu verwirklichen, braucht es neben den technischen Komponenten vor allem eine visionäre Revolution der Denkweise auf der Managementebene. Wie dem Schaubild entnommen werden kann, müssen um eine vollfunktionierende Industrie 4.0 im Unternehmen zu erreichen, Strategieanpassungen vorgenommen sowie neue Geschäftsmodelle und -prozesse entwickelt werden. Erst nach technischer Implementierung der ersten zwei Stufen, sowie dem Umschalten auf digitalem Denken auf Managementebene, kann die Zukunftsvision Industrie 4.0 in einem Unternehmen verwirklicht werden. Ab diesem Zeitpunkt kann auch die Ausschöpfung von den neuen digitalen Ressourcen der Wertschöpfungsketten, sowohl logistisch, fer­tigungstechnisch als auch finanziell erfolgen.

3.2 Smart Factory

Das Hauptziel von Industrie 4.0 ist der Aufbau von Intelligenten Fabriken, im neudeut­schen auch Smart Factory genannt. Bei dieser Zukunftsvision arbeiten Fabriken und Produktionsstätten auch ohne menschliches Mitwirken, dies funktioniert, weil die kom­pletten Faktoren einer Fertigung miteinander elektronisch vernetzt sind.²⁶ Hierbei erfolgt die Vernetzung sowohl innerhalb einer Produktionsstätte sowie zukünftig zwischen den einzelnen Produktionsstätten, die dann Produktionsnetzwerke bilden. Zu diesen Netz­werken gehören neben den eigenen Werken eines Industrieunternehmens auch die Zu­lieferer mit Ihren Produktionsstätten und, je nach Geschäftsmodell, können auch die Kunden Teil dieses Netzwerkes sein.²⁷ Bei der intelligenten Fabrik findet, die Organisa­tion der Produktionsanlagen und die Koordinierung von Abläufen und Terminen selb­ständig statt.

Um über eine intelligente Fabrik zu verfügen, werden intelligente Produkte, Services, Stromnetzte, Gebäude, Logistik und eine Intelligente Mobilität benötigt. All diese Aktoren der Smart Factory haben eigene Daten gespeichert und können mit den eigenen sowie den Daten der anderen Aktoren intelligent und vorausschauend arbeiten.²⁸ Die Maschi­nen ziehen sich ihre Daten aus dem Maschinen-Netz heran, können diese aber auch lokal und eigenständig speichern, um im Notfall auch mit gekappter Netzverbindung wei­ter arbeiten zu können.²⁹

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Abbildung 3 verdeutlicht die Funktionalität einer Smart Factory, denn alle verschie­denen zehn Schritte agieren synchron miteinander. Gleichzeitig geben die einzelnen Lieferschritte den nachfolgenden Schritten Befehle, wie diese zu arbeiten haben. Die wichtigste Aussage dieses Schaubildes ist, dass man zu jeder Zeit die aktuellsten Daten seiner Fertigung zur Verfügung hat und dadurch auch auf kurzfristig auf Veränderungen der reagieren kann.

[...]

¹ (Lünendonk GmbH, 2016, S. 3)

² (Pfeiffer, 2015)

³ (Klingholz, o. J.)

⁴ (Kamiske, 2013)

⁵ (Hering, 2003, S. 1)

⁶ (Brüggemann, 2015)

⁷ (Brüggemann, 2015, S. 3)

⁸ (Brüggemann, 2015)

⁹ (Seghezzi et al., 2013)

¹⁰ (Brüggemann, 2015, S. 122)

¹¹ (Brüggemann, 2015, S. 122)

¹² (Brüggemann, 2015)

¹³ (Brüggemann, 2015)

¹⁴ (Brüggemann, 2015)

¹⁵ (Brüggemann, 2015)

¹⁶ (Samulat, 2017)

¹⁷ (Schack, 2017)

¹⁸ (Samulat, 2017)

¹⁹ (Siepmann, 2016a)

²⁰ (PwC, 2014)

²¹ (Siepmann, 2016a)

²² (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, o. J.)

²³ (Siepmann, 2016b)

²⁴ (Kaufmann, 2015)

²⁵ (Siepmann, 2016b)

²⁶ (Klemp & Pottebaum, 2017)

²⁷ (Lünendonk GmbH, 2016)

²⁸ (Ramsauer, 2013)

²⁹ (Hans-Böckler-Stiftung, 2016)