Gastbeitrag Prof. August-Wilhelm Scheer: Industrie 4.0 oder The Industrial Big Change

Die neuen Informationstechniken unter Führung des Internets der Dinge wirken sich auf alle wesentlichen Funktionen des Industriebetriebes aus und führen zu neuen Businessmodellen mit neuen Produkten, Dienstleistungen und Geschäftsprozessen. Das zeigt im folgenden Beitrag Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer anhand seines „Y-Modells“ auf:

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Y-Modell (Quelle: Prof. August-Wilhelm Scheer)

Das Y-Modell (siehe Abbildung) zeigt die wesentlichen produktiven Prozesstypen eines Industriebetriebes, an denen die Wirkungen von Industrie 4.0 im Folgenden erläutert werden. Im Y-Modell bezeichnen die grafischen Symbole die Funktionen und die Balken enthalten die betriebswirtschaftlichen Treiber von Industrie 4.0. Außerhalb sind die wesentlichen mit Industrie 4.0 verbundenen Technologien aufgeführt.

  • Der linke Zweig des Y-Modells kennzeichnet die durch Aufträge getriebenen Geschäftsprozesse eines Industriebetriebes (Vertriebs-, Beschaffungs- und Produktionsaufträge), im Folgenden als Logistik
  • Der rechte Zweig des Y-Modells bezeichnet die durch das Produkt getriebenen (Entwicklungs-) Prozesse, im Folgenden als Produktentwicklung
  • Im unteren Teil des Y-Modells (der Fabrik) finden die logistischen und produktbezogenen Prozesse zusammen; hier erfolgt die Zuordnung der zu produzierenden Teile zu den Ressourcen, die zeitnahe Steuerung und die Durchführung der Fertigung.

Auf die drei Prozessbereiche Fabrik, Produktentwicklung sowie Logistik wird im Weiteren näher eingegangen.

Prozessbereich Fabrik

Die wesentliche neue Industrie 4.0-Technologie in der Fabrik sind sogenannte Cyber Physical Systems (CPS). Dieses sind softwareintensive Produktionssysteme, die mit dem Internet verbunden sind und untereinander sowie mit intelligenten Materialien kommunizieren können. Materialien werden als intelligent bezeichnet, wenn sie ihre Eigenschaften wie Qualität und benötigte Fertigungsschritte auf einem Datenträger (chip) mit sich führen. Über RFID-Technologien können dann die Materialien quasi selbstständig den Weg durch die Fertigung finden. Fällt ein CPS plötzlich aus, so übernimmt ein anderes System automatisch dessen Aufgabe.

Die hohe Flexibilität der CPS ermöglicht eine starke Individualisierung der Fertigung, da das Umrüsten des Systems ohne Zeitverlust und damit ohne Kosten erfolgt. Damit ist die Fertigung zu Mengen mit Losgröße 1 zu den Kosten der Massenproduktion möglich.

Eine weitere wesentliche Technologie ist die kostengünstige Speicherung von Massendaten in der Fertigung (big data), wie sie durch den Preisverfall von Speichermedien und neuen „In memory“-Datenbanktechnologien ermöglicht wird. Durch Sensoren können Maschinen-, Material- und Umfeldzustände realtime erfasst werden. Analytische Auswertungsverfahren nutzen den Gegenwartszustand zum sofortigen Eingreifen und geben darüber hinaus Hinweise über ein zu erwartendes zukünftiges Systemverhalten.

Insgesamt führt die Kombination der Technologien zu der Vision der realtime sich selbst steuernden, extrem dezentralisierten Fabrik (smart factory).

Prozessbereich Produktentwicklung

Der rechte obere Teil des Y-Modells kennzeichnet die Entwicklung von Produkten sowie produktnahen Dienstleistungen. Die gezeigte stärkere Flexibilisierung der Fertigung unterstützt eine stärkere Individualisierung der Produkte. Die Variantenzahl von Erzeugnissen kann gesteigert werden bis hin zur rein kundenindividuellen Fertigung.

Neue Technologien wie 3D-Druck erhöhen die Entwicklungsgeschwindigkeit neuer Produkte durch die schnellere Entwicklung von Prototypen (rapid prototyping). Konzepte wie speedfactory von Adidas erlauben sogar die kundenindividuelle Fertigung des Laufschuhs nach Scannen der Passform. In einer Industrie 4.0- Umgebung mit intelligenten Materialien und Bearbeitungseinheiten können über die gesamte Lebenszeit eines Produktes alle vorgenommenen Aktivitäten wie Reparaturen, Wartungen, Änderungen etc. sowie die Einsätze und Einsatzbedingungen des Produktes automatisch erfasst und gespeichert werden. Dieses führt zum Konzept des transparenten Product Lifecycle Managements (PLM).

Die Auswertung der PLM-Daten durch den Hersteller bringt neue Möglichkeiten für produktnahe Dienstleistungen.

Eine extreme Weiterentwicklung von Wartungsdienstleistungen ist die Übernahme des Betriebs der produzierten Anlagen durch den Hersteller selbst. Dieses Konzept wird als BOO = Build, Own, Operate bezeichnet. Der Hersteller kennt seine Maschinen und Anlagen am besten und kann über die PLM-Daten ihr Verhalten in Abhängigkeit aller Einsatzbedingungen analysieren und ihren Einsatz optimieren. Deshalb liegt es nahe, dass er den Betrieb der Systeme beim Kunden oder in von ihm eingerichteten Produktionsstätten selbst vornimmt. Der Kunde kauft dann kein Aggregat mehr, sondern erhält und bezahlt eine Dienstleistung.

Prozessbereich Logistik

Auch der linke obere Teil des Y-Modells, also die Logistik, wird durch Industrie 4.0 stark verändert. Zunächst kann ein Kunde über vielfältige Kanäle (omnichannel) wie Standardcomputer, Laptops oder Smartphones seinen Auftrag erteilen, stornieren oder ändern. Alle Kanäle müssen durcheinander benutzbar sein. Der leichte Zugang des Kunden zum Lieferanten führt zusammen mit der Individualisierung zu einem verstärkten Änderungsanfall und damit zu höheren Anforderungen an die Flexibilität in Fertigung und Produktentwicklung. Der Kunde kann dann bis kurz vor dem Beginn der Fertigung noch seinen Wunsch gegenüber seiner ursprünglichen Produktdefinition ändern.

Die Individualisierung der Produkte durch höhere Variantenzahl und kundenindividueller Fertigung erhöht die Zahl der Zulieferer und verringert die Fertigungstiefe des Unternehmens. Das bedeutet, dass das Logistiknetzwerk des Unternehmens schneller reagieren muss. Das gesamte supplychain-Netzwerk muss daher transparent sein.

Die Beschreibung der drei Ansatzpunkte für Industrie 4.0, also Fabrik, Produkt und Logistik, zeigt deutlich, wie tief die betriebswirtschaftlichen Treiber Individualisierung, Dezentralisierung, Selbststeuerung, Dienstleistungsorientierung und Transparenz Industrieunternehmen verändern werden. Das Industrie 4.0-Zeitalter hat begonnen!

Mehr zum Thema Industrie 4.0 finden Sie im ausführlichen Whitepaper von Prof. Dr. Scheer: http://scheer-management.com/scheer-whitepaper-industrie-4-0/

Im Rahmen der IT2Industry Open Conference wird Prof. August-Wilhelm Scheer am 11. November 2015 um 11:30 Uhr in Halle B3 der Messe München die Keynote „Industrie 4.0 oder The Industrial Big Change“ halten.

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