Industrie 4.0 in der Automobilbranche. Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Begriffliche und inhaltliche Definitionen
2.1 Der Weg von der Industrie 1.0 bis zur Industrie
2.2 Definition Industrie

3 Einsatz der Industrie 4.0 in der Automobilbranche
3.1 Überblick über die Charakteristika der Automobilbranche
3.2 Aktueller Stand der Industrie 4.0 in Unternehmen
3.3 Herausforderungen der Industrie 4.0 in der Automobilbranche
3.3.1 Standardisierung
3.3.2 Prozess-/Arbeitsorganisation
3.3.3 Neue Geschäftsmodelle
3.3.4 Big Data
3.4 Chancen der Industrie 4.0 in der Automobilbranche
3.4.1 Effiziente Produktionsmöglichkeiten
3.4.2 Neue Geschäftsmodelle
3.4.3 Neue Form der Kundenbeziehung
3.5 Abschließende Beurteilung

4 Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Ubiquitous Computing grafisch dargestellt

Abbildung 2: CPS in der „Industrie 4.0“

Abbildung 3: Megatrends und die Auswirkungen auf die Automobilbranche

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Chancen und Herausforderungen der Industrie 4.0 innerhalb der Automobilindustrie. Quelle: Eigene Darstellung

Abkürzungsverzeichnis

OEM - Original Equipment Manufacture

VR - Virtual Reality

AR - Augmented Reality

BMU - Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit

1 Einleitung

Die Digitalisierung schreitet seit einigen Jahren in sämtlichen Bereichen des all­täglichen Lebens und vor allem in Berufsleben immer weiter voran. Aktuell spricht man in der industriellen Produktion von Ära der Industrie 4.0, angelehnt an inno­vative Weiterentwicklungen im Computer-Bereich. Diese vierte industrielle Revo­lution nimmt in den letzten Jahren immer mehr an Fahrt auf. So nutzen mittler­weile sechs von zehn Industrieunternehmen mit mehr als 100 Mitarbeitern (59%) spezielle Anwendungen aus dem Bereich der Industrie 4.0. Vor zwei Jahren lag der Wert noch bei 49%. (vgl. AutomotiveIT, 2020) So legt bspw. auch der franzö­sische Präsident Macron im Zuge der Covid-19 Pandemie einen Milliardenplan für die Automobilindustrie vor, wobei davon 500 Millionen Euro in die „Unterstüt­zung der Mitarbeiterqualifizierung fließen und der Lehrlingsausbildung unter den Bedingungen der Digitalisierung und der Industrie 4.0 dienen” (vgl. Handels­blatt, 2020). Im Rahmen dieser Seminararbeit sollen die Chancen und Heraus­forderungen der Industrie 4.0 innerhalb der Automobilbranche näher beleuchtet werden. Zunächst soll im zweiten Kapitel der Weg von der Industrie 1.0 bis hin zur Industrie 4.0 erläutert werden, wobei die Industrie 4.0 im Detail betrachtet wird. Im darauffolgenden Kapitel werden zunächst die Herausforderungen und anschließend die Chancen der Industrie 4.0 in der Automobilbranche aufgezeigt, ehe im vierten und letzten Kapitel ein abschließendes Fazit gezogen wird.

2 Begriffliche und inhaltliche Definitionen

In diesem Kapitel wird zunächst erläutert, wo die Anfänge der Industrie im heuti­gen Sinne liegen und wie die Entwicklung von der Industrie 1.0 bis zur Industrie 4.0 verlief. Anschließend werden die Charakteristika der Entwicklungsstufe „In­dustrie 4.0“ im Besonderen näher beleuchtet.

2.1 Der Weg von der Industrie 1.0 bis zur Industrie 4.0

Die Industrie 1.0 begann nach Huber im Jahre 1784 (vgl. Huber, 2016, S. 4) und wurde besonders durch die Erfindung der Dampfmaschine vorangetrieben. Auf­grund dessen wurde sowohl die Entwicklung der Dampfschifffahrt als auch der Eisenbahn möglich. Dies hatte eine enorme Verbesserung der Infrastruktur zur Folge, so dass die Bevölkerung sowohl mit Nahrung als auch mit Kleidung ver­sorgt werden konnte. So blieben schwere Hungerkatastrophen aus und es kam zu einem regelrechten Bevölkerungswachstum. Mit dem Aufkommen von Fabri­ken wurde die Gesellschaft geteilt in Fabrikbesitzer und Fabrikarbeiter. Die Ar­beiter wurden in besonderem Maße von den Besitzern der Fabriken ausgebeutet. Zum Beispiel war Kinderarbeit an der Tagesordnung und die Belegschaft wurde in der Regel, aufgrund der schlechten Arbeitsbedingungen, nicht sonderlich alt. Dennoch hatte das Aufkommen der Fabriken zur Folge, dass immer mehr Men­schen in Städte zogen. Dies führte jedoch aufgrund der schlechten Arbeitsbedin­gungen zur einer Massenverelendung (vgl. Bauernhansl, 2014, S.5).

Aus dieser Situation heraus begann die Entwicklung und Übergang zur Industrie 2.0, welche um ca. 1870 begann. Die Industrie 2.0 ist gekennzeichnet durch die arbeitsteilige Massenproduktion mit Hilfe elektrischer Energie (vgl. Bauernhansl, 2014, S.5). Darüber hinaus wurden elektrische Antriebe und Verbrennungsmoto­ren entwickelt, welche die Grundlage für die Automatisierung darstellen. Auch bekam der Rohstoff Erdöl immer mehr Aufmerksamkeit als chemischer Grund­stoff in der Industrie und auch als neuer Treibstoff für mobile Systeme, vor allem in der Automobilindustrie. Aufgrund der Massenproduktion waren Skaleneffekte möglich und die Produkte wurden günstiger. Auf der gesellschaftlichen Seite ergaben sich weitere Entwicklungen: so war die Bevölkerung nicht mehr gewillt, sich ausbeuten zu lassen und die Sozialdemokratie wurde erfunden. Die günsti­gere Massenproduktion lag dann auch den Grundstein für unsere heutige kon­sumorientierte Wohlstandsgesellschaft (vgl. Bauernhansl, 2014, S.6).

Die dritte industrielle Revolution nahm ihren Ursprung im Jahre 1969 und ist be­sonders gekennzeichnet durch die Automatisierung. Immer mehr Aufgaben konnten dank der Automatisierung durch Maschinen statt durch den Menschen übernommen werden. Die Interaktion ist ebenfalls im Besonderen gekennzeich­net durch die Mensch-zu-Maschine-Kommunikation. So kann der Mensch der Maschine eine bestimmte Aufgabe über eine Schnittstelle wie z. B. durch eine Tastatur o.ä. zuweisen (vgl. Vogel-Heuser, 2017, S. 46). Die Automatisierung und die Mensch-zu-Maschine-Kommunikation ist wiederum Grundlage für die In­dustrie 4.0, welche im folgenden Kapitel näher beschrieben wird. Allerdings brachte auch diese industrielle Revolution einige Probleme mit sich, da sozio­technische Probleme auftraten. Als besonders negatives Beispiel gilt die „Halle 54” von VW, in der versucht wurde, mithilfe vieler Maschinen einen hohen Auto­matisierungsgrad zu erreichen. Hierbei traten jedoch zahlreiche Probleme auf, u. a. auf Seiten der Mensch-Maschine-Kommunikation (vgl. Heßler, 2014).

2.2 Definition Industrie 4.0

Nachdem nun die Historie der industriellen Entwicklung erläutert wurde, fehlt noch eine genauere Definition der aktuellen vierten industriellen Revolution oder auch Industrie 4.0. Dazu sei gesagt, dass es keine einheitliche beziehungsweise verbindliche Definition der Industrie 4.0 gibt. Laut Armin Roth zeichnet sich die Industrie 4.0 durch folgende Charakteristika aus:

- „Ein hohes Maß an Produktindividualisierung über die Standardkonfigura­tionsmöglichkeiten hinaus.
- Hoch flexibilisierte und zugleich effiziente Produktion bis zur Losgröße 1.
- Weitgehende Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Ge­schäfts- und Wertschöpfungsprozesse.
- Verkopplung von Produktion und hochwertigen Dienstleistungen (zum Beispiel nutzenorientierte Informationsbereitstellung), die in so genannten hybriden Produkten mündet (zum Beispiel Verkauf von „Mobilität” anstatt Fahrzeugen)” (Roth, 2016, S. 5).

Ganz allgemein kann man sagen, dass es sich bei der Industrie 4.0 um die digi­tale Transformation des produzierenden Gewerbes handelt (vgl. Roth, 2016, S.4).

Der Autor Huber definiert Industrie 4.0 wie folgt: „Verkürzt handelt sich bei der Industrie 4.0 [...] um die Verknüpfung von intelligenten Produkten (Smart Pro­ducts) mit einer intelligenten Fabrik und Produktion (Smart Factory).” (Huber, 2016, S. 8). Doch nun stellt sich die Frage, was sich hinter den begriffen Smart Products und Smart Factory verbirgt. Huber fasst diese beiden Begriffe unter den Begriff der „Smart Elements” zusammen und definiert diese anhand von vier Ei­genschaften. Allerdings dienen diese vier Elemente eher einer exemplarischen Darstellung und keiner vollständigen Definition. Zu den vier Elementen der Smart Elements zählen:

- „Digitalisierung (zum Beispiel Cloud-Computing, mobile Lösungen, etc.)
- Vernetzung (zum Beispiel selbstfahrende Einheiten, Machine-to-Machine, etc.)
- Smart Data (zum Beispiel Big Data, etc.)
- Cyber Physical Systems und Cyber Physical Production Systems (zum Beispiel sensitive Roboter, 3-D Drucker, etc.)” (vgl. Huber, 2016, S. 9).

Um die eben genannten Begriffe besser in Kontext zu setzen und verstehen zu können, folgt eine weitere Annäherung an den Begriff der „Industrie 4.0“. Nach Roth können grundsätzlich 3 Phasen der technologischen Entwicklung der In­dustrie 4.0 identifiziert werden.

Phase 1: Diese bezeichnet Roth als „Ubiquitous Computing”. Der Begriff „Ubiquitous” bedeutet frei übersetzt „allgegenwärtig” und meint damit, dass Pro­zessoren, Sensoren, Kommunikationsmodule, Speicherbausteine, etc. immer kleiner und leistungsstärker werden, sodass es immer mehr alltägliche Dinge mit günstigen und hocheffizienten Technologien ausgestattet werden können, was auch als „Embedded Computing” oder auch „Ubiquitous Computing” bezeichnet wird. In der folgenden Abbildung wird dies grafisch dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Ubiquitous Computing grafisch dargestellt. Quelle: Roth, 2016, S. 25.

Aus der Abbildung ist erkennbar, dass zunächst große Rechner bzw. Desktop- PC’s existierten, jedoch im Rahmen der Weiterentwicklung der Technik Elemente wie Computerchips, Speicher, Sensoren, etc. kleiner und effizienter wurden, so­dass diese in alltägliche Dinge, wie Rauchmelder, einbaubar sind.

Phase 2: Die Phase wird allgemeinhin als Internet der Dinge bzw. als Internet of Things (IoT) oder auch als Internet of Things and Services (IoTS) bezeichnet. Die zweite Phase der technologischen Entwicklung von Industrie 4.0 basiert auf der vollkommenen Vernetzung sämtlicher Alltagsgegenstände (siehe Phase 1). Das IoT beschreibt die „Erweiterung des allgegenwärtigen Internets” (Roth, 2018, S. 26) auf verschiedenste Alltagsprodukte, welche auch dann auch als „Smart Pro­ducts” bezeichnet werden können, da diese eine Anbindung zum Internet erhal­ten. Grundlage für eine intelligente Vernetzung ist jedoch, dass jedes Gerät eine eigene IP-Adresse benötigt, so dass jedes Gerät eindeutig identifizierbar ist. Im Zuge der Industrie 4.0 sollen neben Alltagsgegenständen auf dieser Grundlage auch ganze Produktionsanlagen über IoT miteinander verbunden werden. Durch diese Vernetzung können alle am Produktionsprozess Beteiligten, bspw. in der einer Automobilproduktion, miteinander kommunizieren. Das bedeutet, die Kom­munikation im IoT kann zwischen Mensch und Mensch, Mensch und Maschine sowie zwischen Maschine und Maschine erfolgen (vgl. Roth, 2018, S. 27f).

Phase 3: Als letzte Phase zur technologischen Entwicklung der Industrie 4.0 ist das Cyber-physische Produktionssystem (CPS) nötig. Grundlegend zeichnet sich ein CPS durch smarte Maschinen und Anlagen aus (siehe Phase 1 und 2). Der neue Aspekt liegt nun darin, dass auch eine Vernetzung außerhalb der eigenen Produktionsumgebung möglich ist. Dadurch ist eine nahezu unbegrenzte Verbin­dung mit anderen Prozessbeteiligten möglich. So kann auf Daten, Informationen und Dienste zugegriffen werden, welche außerhalb des eigenen Produktions­netzwerks liegen. Das wiederum ermöglicht sich selbst steuernde und konfigu­rierende bzw. optimierende Produktionsanlagen. Hieraus resultiert statt einer zentralen Organisation und Steuerung eine dezentrale und vernetzte Kommuni­kationsstruktur (vgl. Huber, 2016, S. 39). CPS sind dank dem Einsatz von Sen­soren in der Lage, Daten zu erfassen und in mechanische Bewegung umzuset­zen. Auf diese Art und Weise können diese direkt auf den Produktionsprozess einwirken. Die Daten, welches das CPS aufnimmt, werden auch durch das Sys­tem selbst ausgewertet, daher die selbststeuernde Möglichkeit. Aufgrund der In­ternetverbindung eines CPS, kann dieses System auch auf weltweit verfügbare Dienste und Daten zugreifen. Über bspw. Sprache, Gesten, Tastatur, Maus. oder andere Mensch-Maschine-Schnittstellen wie VR und AR kann direkt mit den Pro­duktionsanlagen interagiert werden (vgl. Roth, 2016, S. 30).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: CPS in der „Industrie 4.0“. Quelle: Roth, 2016, S:30.

Aus der Abbildung kann man die drei Ebenen der Dienstsysteme, Datenspeicher und der physischen Objekte entnehmen. Die Abbildung zeigt eine vertikale In­tegration ausgehend von der ersten bis hin zu dritten Ebene.

3 Einsatz der Industrie 4.0 in der Automobilbranche

Bevor der konkrete Einsatz der Industrie 4.0 in der Automobilindustrie erläutert wird und Herausforderungen sowie Chancen aufzeigt werden, sollen die beson­deren Charakteristika der Automobilbranche beschrieben werden, um den Kon­text zu verdeutlichen. Abschließend wird eine Bewertung der Herausforderung und Chancen vorgenommen.

3.1 Überblick über die Charakteristika der Automobilbranche

Zunächst ist festzustellen, dass sich in der globalen Betrachtung eine steigende Konzentration von OEM abzeichnet. „Zwischen 1960 und 2005 reduzierte sich die Zahl der Automobilhersteller von mehr als 60 unabhängigen OEMs auf 12 Unternehmen. Das entspricht einer Reduzierung auf rund ein Viertel.” (vgl. Sopha (2012). Diese steigende Konzentration ist im Wesentlichen auf den zunehmen­den Wettbewerbs- und Kostendruck zurückzuführen. Aufgrund des steigenden Kostendrucks versuchen immer Automobilhersteller, sowohl mehrere Marken als auch neue Technologien unter einem Dachkonzern zu bündeln, um so von Effi­zienzpotenzialen zu profitieren (vgl. Jaroschinsky, 2018, S. 21). Aufgrund der ge­ringen Anzahl der OEM lässt sich daraus ein Angebotsoligopol ableiten. Die Au­tomobilindustrie steht aktuell vor einigen Änderungen, die sich wie folgt struktu­rieren lassen. Im politischen Umfeld der Automobilindustrie ist im Besonderen festzustellen, dass die Industrie den Aspekt der Nachhaltigkeit weiterverfolgen muss, da Gesetze zur Reduzierung von CO2 existieren. Aus dem wirtschaftlichen Umfeld ist aktuell zu entnehmen, dass die Industrie eine Verschiebung des Ab­satzschwerpunktes feststellen muss, da besonders Schwellenländer Absatz­chancen bieten. Aus der Perspektive des sozialen Umfeldes steht die Automobil­industrie vor der Aufgabe, im Zuge der Individualisierung den Wünschen der Kun­den nachzukommen und eine größere Angebotsvielfalt herzustellen. In Bezug auf das technologische Umfeld ist ein disruptiver Wandel festzustellen, in welcher die Elektromobilität und das autonome Fahren im Vordergrund stehen (vgl. Ja- roschinsky, 2018, S. 20).

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