Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Hinführung zumThema
1.2 Aufbau der Arbeit
2. Begrifflich konzeptionelle Grundlegung
2.1 Industrie 4.0
2.2 Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0
3. Werttreiber Industrie 4.0
3.1 Werttreiberstrategie
3.2 Werttreiber betriebliche Abläufe / Operations
3.2.1 Cyber-Physische Systeme
3.2.2 Internet der Dinge
3.2.3 Smart Factory
3.2.4 Smart Logistic
3.3 Werttreiber Menschen und Umwelt
4. Kritische Würdigung
Glossar
Literaturverzeichnis
AGV - Automated Guided Vehicles
BITKOM - Bundesverbandes Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien
bspw. - beispielsweise
CPPS - cyber-physischen Produktionssysteme
CPS - cyber-physischen Systeme
IdD - Internet der Dinge
loT - Internet ofThings
RFID - Radio Frequency Identification
USP - unique selling proposition
VDMA - Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau
z.B. - zum Beispiel
ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.
Abbildung 1: Investitionen in Industrie 4.0 in Deutschland in den Jahren 2013 bis 2030 (in Milliarden EURO)
Abbildung 2: Welche Ziele verfolgt Ihr Unternehmen mit den Investitionen in digitale Technologien?
Abbildung 3: Welche Technologien werden in Ihrem Unternehmen genutzt ?
Abbildung 4: Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0)
Abbildung 5: Industrie-4.0-Transformationspfad
Abbildung 6: Marktmechanismus in derdezentralen Produktionssteuerung
Abbildung 7: Die Integration von Datensilos ist die Voraussetzung für datengesteuerte Betriebsoptimierung
Das Zitat von Philip Rosenthal ist im Jahr 2019 aktueller denn je. Die Märkte befinden sich schon immer kontinuierlich im Wandel. Sei es der Wandel vom Verkäufermarkt zum Käufermarkt, die Globalisierung oder der Hype den gerade beinahe jedes produzierende Unternehmen beschäftigt:Industrie 4.0.Das zeigt auch ein Zitat der deutschen Bundeskanzlerin Angela Merkel: „Das Wirtschaftswachstum in Deutschland kann im Grunde nur durch Innovationen sichergestellt werden, indem wir an den wesentlichen Trends der Weltwirtschaft teilhaben. Hier ist ganz besonders wichtig, dass wir die sogenannte Industrie 4.0-Entwicklung gestalten.“ Genau hier wird es für die Unternehmen interessant. Die Lückenlose Digitalisierung und durchgängige Vernetzung stehen im Fokus der Industrie 4.0. Zudem zählen die Standardisierung, die Beherrschung komplexer Systeme, Breitbandinfrastruktur und Ressourceneffizienz zu den zentralen Themen.1 Zusätzlich spielen eine effizientere Produktion und die Vereinfachung des Alltags der Menschen eine wichtige Rolle. Dabei kommunizieren Maschinen, Menschen und Gegenstände untereinander und miteinander. Das Beratungsunternehmen McKinsey schätzt allein das Potential des „Internets der Dinge“ auf 11 Billionen Dollar und das bereits in den nächsten sechs Jahren!2
Für den Begriff Industrie 4.0 existieren mehr als 100 unterschiedliche Definitionen. Deshalb wird im Punkt 2.1 der Begriff kurz erläutert und zusammengefasst.3
Ein wichtiger Faktor ist außerdem die Geschwindigkeit der Veränderungen. Dies zeigt sich anhand der auf der nächsten Seite folgenden Abbildung der Investitionen in Industrie 4.0 in Deutschland.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: BITKOM 2014 zitiert nach de.statista.com,
URL https://de.statista.com/statistik/studie/id/21467/dokument/industrie-40-in-deutschland-statista-dossier/, Abruf: 21.10.2019
Unternehmen werden im kommenden Jahr 2020 2.620.000.000 € für Investitionen im Segment Industrie 4.0 ausgeben. Das ist über achtmal so viel wie im Jahre 2013. Nun stellt sich die Frage wofür genau dieses Geld investiert wird. Das Unternehmen Ernst & Young hat Ende 2017 1157 Unternehmen befragt und kam zu folgender Auswertung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Ernst & Young 2018 zitiert nach de.statista.com,
URL https://de.statista.com/statistik/studie/id/21467/dokument/industrie-40-in-deutschland-statista-dossier/, Abruf: 21.10.2019
Zusammengefasst zeigt dies, dass die größten Werttreiber und Potentiale in den betrieblichen Abläufen (Operations) liegen. Flankiert werden diese von strategischen Werttreibern und Werttreibern für Umwelt und Mensch. Alle drei Ausprägungen werden im Verlauf dieser wissenschaftlichen Arbeit betrachtet, wobei der Fokus auf den betrieblichen Abläufen liegt und die damit einhergehenden Technologien. Die folgende Abbildung zeigt eine Übersicht der wichtigsten Technologien der Industrie 4.0 für viele Unternehmen von denen ausgewählte im Punkt 3.2 detailliert behandelt werden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Welche Technologien werden in Ihrem Unternehmen genutzt ?
Quelle: BITCOM 2018 zitiert nach de.statista.com,
URL https://de.statista.com/statistik/studie/id/21467/dokument/industrie-40-in-deutschland-statista- dossier/, Abruf: 21.10.2019
Im Kapitel 2 der begrifflich konzeptionellen Grundlegung wird zunächst der Begriff Industrie 4.0 (Kapitel 2.1) definiert und erläutert. In diesem Zusammenhang wird anschließend im Punkt 2.2 das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 beschrieben. Im Kapitel 3 werden die Werttreiber der Industrie 4.0 beschrieben, erläutert und diskutiert. Dabei werden wie bereits erwähnt die strategischen Werttreiber (3.1), die Werttreiber der betrieblichen Abläufe (3.2) und die Werttreiber aus der Sicht von Mensch und Umwelt (3.3) beschrieben. Im Kapitel 4 folgt eine kritische Würdigung der wissenschaftlichen Ausarbeitung und ein kurzer Ausblick. Im Glossar werden die wichtigsten Begriffe nochmals kurz anhand von Daten des Bundesministeriums für Bildung und Forschung definiert.
Der Begriff Industrie 4.0 steht in Deutschland für die sogenannte „vierte industrielle Revolution“ und kam erstmals 2011 auf der Hannover Messe in den Fokus. Wie auch bei den vorhergegangenen industriellen Revolutionen (1.0 Mechanisierung, 2.0 Elektrifizierung, 3.0 Automatisierung) steht bei der Industrie 4.0 ein Grundprinzip bzw. eine technische Innovation im Vordergrund: Digitalisierung und digitale Vernetzung. Diese Vernetzung bezieht sich auf unterschiedlichste Bereiche wie z.B. die Produktion, die Organisation, die Supply Chain oder den Produktlebenszyklus. Dabei spielen in erster Linie die cyber-physischen Systeme (CPS) bzw. die cyber-physischen Produktionssysteme (CPPS) eine übergeordnete Rolle. Auf diese wird im Kapitel 3.2.1 im Detail eingegangen. In der Fachliteratur gelten für die Industrie 4.0 häufig folgende Hauptmerkmale:
- Echtzeitsteuerung und Echtzeitoptimierung
- horizontale Integration / Wertschöpfungsnetzwerke
- durchgängige Entwicklungs- und Konstruktionsprozesse
- vertikale Integration durch vernetzte Produktionssysteme.4
Im Vergleich mit vorherigen industriellen Revolutionen verläuft die vierte mit exponentieller Geschwindigkeit.
Grundsätzlich kann die Industrie 4.0 aus der Makro- und Mikroperspektive betrachtet werden. Die Makroperspektive umfasst die horizontale Integration und damit das Netzwerk von Wertschöpfungsmodulen (Wertschöpfungsnetzwerke). Diese Module bestehen aus Menschen, Organisationen, Prozesse, Produkten und Maschinen. Ein Beispiel dafür ist die Smart Logistic (3.2.4). Die Mikroperspektive umfasst hauptsächlich die vertikale Integration. Hier befindet sich die sogenannte Smart Factory (3.2.3).5
Die drei Industrieverbände BITKOM (Bundesverbandes Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien), VDMA (Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) und ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.) haben in ihrem Ergebnisbericht der Plattform Industrie 4.0 folgende Definition erarbeitet: „Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen.
Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.“[6]
Diese Definition zeigt die hohe Bedeutung der Vernetzung und die damit einhergehende hohe Komplexität. Um diese Zusammenhänge verstehen zu können, ist es wichtig sich zunächst einen Gesamtüberblick zu verschaffen.7 Im folgenden Punkt 2.2 wird das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 beschrieben, welches in der Praxis genutzt wird, um diese Komplexitäten zu überwinden und das volle Potential der Industrie 4.0 auszuschöpfen.
Die Bedeutung der lückenlosen Digitalisierung und der durchgängigen Vernetzung wurde bereits in der Einleitung erwähnt. In der Realität ist dies jedoch nicht einfach umzusetzen, da viele unterschiedliche Unternehmen, Geschäftsprozesse und Organisationen beteiligt sind. Um diese Zusammenhänge besser zu verstehen werden nun grundlegende Informationen der Industrie 4.0 dargestellt.
Das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 versucht hier alle relevanten Komponenten zu einem Schichten- und Lebenszyklusmodell zusammenzufassen. Dieses zählt aktuell zu den am weitesten verbreiteten Modellen der Industrie 4.0 und wurde von der ZVEI entwickelt.8
Das Ziel ist es, eine unternehmensübergreifende einheitliche Basis zu schaffen. Die nachfolgende Abbildung zeigt das dreidimensionale Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0).
Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Modell kann in drei Achsen unterteilt werden. Auf der vertikalen Achse befinden sich sechs sogenannte Ebenen oder Schichten (Layers). Diese verbinden die physische Welt (Asset) mit der informationstechnischen Welt (Integration, Communication, Information, Functional) und der Organisation (Business). Die Produktionsgegenstände werden hier sozusagen in eine IT-Architektur eingebettet. An jeder der sechs Schichten liegen zwei weitere Achsen an. Auf der linken horizontalen Achse wird der Produktlebenszyklus integriert (Life Cycle Value Stream).9 Hier können zusätzlich Produktionsgegenstände erfasst werden, welche sich noch in der
Entwicklung befinden. Diese Besonderheit bietet die Möglichkeit bereits sehr früh im Produktlebenszyklus das Konzept Industrie 4.0 umzusetzen. Die rechte horizontale Achse entspricht der Hierarchiestufen der Fabrik/Produktion. Dies spiegelt die Wertschöpfungskette der Unternehmen wieder. Hier befinden sich Werttreiber wie Smart Factory oder Smart Supply Chain, auf die später im Detail eingegangen wird.10 Das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) ermöglicht es einen Produktionsgegenstand jederzeit einzuordnen. Davon profitieren die Zulieferer, die Maschinenbauer und der Produzent. Dies passiert z.B. da Überschneidungen und Lücken in der Zusammenarbeit oder der Standardisierung aufgedeckt werden.11
Die Industrie 4.0 bietet eine Vielzahl an Werttreibern. Im Zuge dieser wissenschaftlichen Ausarbeitung werden folgende Werttreiber dargestellt und diskutiert. Im Punkt 3.1 werden die strategischen Werttreiber betrachtet. Anschließend stehen im Punkt 3.2 die betrieblichen Abläufe der Industrie 4.0 im Fokus. Der letzte Punkt 3.3 befasst sich mit dem Werttreiber Umwelt und Mensch.
Viele Experten sind sich sicher, dass die Industrie 4.0 weitrechende Auswirkungen auf die Strategien von Unternehmen haben wird. Dies gilt sowohl für etablierte Geschäftsmodelle als auch für neue Geschäftsmodelle.12 Hier haben Geschäftsmodellinnovationen ein großes Potential. Dort gilt es für Unternehmen einen strategischen Wettbewerbsvorteil zu erarbeiten und den Kunden einen USP (unique selling proposition) zu bieten.13 Unternehmen versuchen sich die neuen technologischen Möglichkeiten in betriebswirtschaftliche Möglichkeiten umzuwandeln. Zur Veranschaulichung können Geschäftsmodelle/Strategien in einen Transformationspfad einer Matrix dargestellt werden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Quelle: Obermaier (Hrsg.) 2019, S.7
Beide Dimensionen stehen jeweils für den Grad der Digitalisierung und Vernetzung. Die Abszisse stellt den Wert für die Endprodukte/Dienstleistungen dar. Die Ordinate zeigt den Grad für den Wertschöpfungsprozess. In Folge dessen kann die Matrix in vier Quadranten unterteilt werden. Im unteren linken Quadranten befinden sich die Digitalen Starters.Diese verfügen über eine sehr geringe Digitalisierungskompetenz. Im rechten unteren Quadranten sind die Digitalen Konservative.Diese Unternehmen haben einen hohen Digitalisierungs- und Vernetzungsgrad ihrer Produkte stehen neuen Trends wie Industrie 4.0 jedoch skeptisch gegenüber. Im oberen linken Quadranten, den sogenannten Digitalen Progressiven,befinden sich Unternehmen deren Wertschöpfungskette sich durch neue Digitaltechnologien auszeichnen. Jedoch gilt dies nicht im gleichen Maße für die Produkte und Dienstleistungen. Im rechten oberen Quadranten befinden sich die Digitalen Profis,welche sich durch ihre digitalen Fähigkeiten wie auch ihrer Transformationskompetenz auszeichnen und so USP’s und echte strategische Wettbewerbsvorteile generieren können.14
Aus der operativen Sicht ermöglicht die Industrie 4.0 eine Prozessoptimierung der betrieblichen Abläufe. Wie im Kapitel 2.2 beschrieben zeigt das Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0 die Möglichkeiten einer vertikalen und horizontalen Verbindung. In diesem Kapitel werden zunächst die cyber-physische Systeme (CPS) und das Internet der Dinge als Basis für die folgenden Kapitel erläutert. Anschließend werden die beiden ausgewählten Werttreiber Smart Factory und Smart Logistic detailliert betrachtet.
In der Industrie 4.0 spielt die Vernetzung eine übergeordnete Rolle. Die CPS bieten hier eine kombinierte Technologieinnovation. Sie bestehen aus sorgenannten Embedded Systems und einem globalen Datennetz. Die Embedded Systems umfassen hochleistungsfähige „Kleinstcomputer“ (Microconroller) die in jeglichen Materialien oder Gegenstände eingebaut werden können. Diese Sensorik und Aktorik ermöglicht eine Erfassung und Verarbeitung von Daten anhand derer das Umfeld beeinflusst werden kann. Das globale Datennetz spielt bei der hohen Geschwindigkeit der Verarbeitung und Kommunikation unter den einzelnen Geräten eine wichtige Rolle.15 Die CPS vereinen in Echtzeit die physikalische und die digitale Welt und vernetzen sie weltweit.16 Die Technik ermöglicht es bisher einfachen Subsystemen zu intelligenten Objekten aufzuwerten.17 Diese Informationen sind im Internet der Dinge (3.2.2) implementiert.18 Durch die Anwendung der CPS in der Produktion entstehen sogenannte cyber-physische Produktionssysteme und befinden sich in erster Linie in der Smart Factory (Kapitel 3.2.3).19
[...]
1 Vgl. Internationaler Controller verein 2015, S. 1-9
2 Vgl. Zerres und Drechsler (Hrsg.) 2018, S. 197
3 Vgl. Internationaler Controller verein 2015, S. 1-9
4 Vgl. Mosler 2017, S. 492 - 501
5 Vgl. Stock and Seliger 2016, S. 537 ff.
6 Plattform Industrie 4.0
7 Vgl. Sendler (Hrsg.) 2016, S.17f.
8 Vgl. Zerres und Drechsler (Hrsg.) 2018, 200 ff.
9 Vgl. Zerres und Drechsler (Hrsg.) 2018, 200 ff.
10 Vgl. Mosler 2017, S. 504 ff.
11 Vgl. Mosler 2017, S. 504 ff.
12 Vgl. Arnold, Kiel und Voigt 2016, S. 20-24
13 Vgl. Brettel, et al. 2014, S. 37-44
14 Vgl. Obermaier (Hrsg.) 2019, S. 5-9
15 Vgl. Deckert2019, S. 13ff
16 Vgl. Kümpel, Schlenkrich und Heupel 2019, S. 65 ff.
17 Vgl. Rudtsch, et al. 2014, S. 313-319
18 Vgl. Stock and Seliger 2016, S. 536
19 Vgl. Rudtsch, et al. 2014, S. 313-319
