Industrie 4.0

Industrie 4.0 hat sich in den letzten Jahren als ein immer bedeutenderer Zukunftstrend herausgestellt. Forschung und Unternehmen erkennen zunehmend, dass gezielte Aktivitäten notwendig sind, um die Zukunftsfähigkeit der Industrie zu erhalten. In diesem Beitrag wird eine Übersicht über Industrie 4.0-Initiativen zehn europäischer Staaten gegeben und deren Vergleich hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien durchgeführt.

Die aktuelle Entwicklung im Zuge von Industrie 4.0 bietet neue Möglichkeiten zur verbesserten Koordination von Kooperationen in Produktions- und Logistiknetzwerken. Durch Einbindung leistungsfähiger und vernetzter Computersysteme sowie intelligenter Sensoren und Aktoren lassen sich Systemzustände nahezu in Echtzeit abbilden und analysieren. In diesem Zusammenhang stellen Shared Resources ein vielversprechendes Konzept zur Erhöhung der Effizienz der Netzwerke dar. Der vorliegende Beitrag erläutert Unterschiede zwischen dem Konzept der Shared Resources und klassischen Kooperationsansätzen wie Outsourcing und Joint Ventures. Es werden Potenziale und Risiken diskutiert, die durch die Einbindung von Shared Resources in Produktionsnetzwerke entstehen können. Zudem werden Verfahren zur Ermittlung der Leistung und Dynamik von Netzwerken mit Shared Resources beschrieben.

Das globale Konjunkturklima ist wechselhaft und lässt langfristige Prognosen kaum zu. Während die traditionell exportorientierte deutsche Industrie einerseits vom wirtschaftlichen Aufschwung in den USA profitiert, beginnt andererseits die Nachfrage aus Asien zu bröckeln. Gleichzeitig bietet die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0) mit der Entwicklung intelligenter Produktionssysteme und Fertigungsverfahren neue Chancen, aber auch Herausforderungen. Um sich in Zeiten des technologischen und wirtschaftlichen Wandels erfolgreich positionieren zu können, setzen Betriebe zunehmend auf Effizienz und Innovationskraft in der Produktion. Dabei ist der Einsatz von Ausrüstungsgütern oder Maschinen auf dem neuesten technologischen Stand unerlässlich. Mithilfe von Anlagenfinanzierung können Industrieunternehmen hier notwendige Investitionen realisieren und dabei flexibel und wettbewerbsfähig bleiben.

Steigende Kundenanforderungen führen zu zunehmend individualisierten Produkten und kürzeren Produktlebenszyklen. Der damit einhergehende Kostendruck zwingt Unternehmen, ihre Prozesse kontinuierlich zu verbessern. Durch Industrie 4.0 ergeben sich hierfür neue Möglichkeiten. Ein Beispiel ist das Konzept der Ressourcenteilung, welches zukünftig an Bedeutung gewinnen wird. Durch ein unternehmensübergreifendes Teilen von Produktionsressourcen können die Risiken starker Auftragsschwankungen für die einzelnen Unternehmen reduziert werden. In diesem Beitrag werden mögliche Perspektiven für eine Ressourcenteilung in der Produktion dargestellt. Motiviert durch Web 2.0-basierte Entwicklungen im Consumer-Bereich wird gezeigt, welche neuen Möglichkeiten sich in Analogie dazu für die Produktion ergeben.

Der Begriff ‚Industrie 4.0‘ hat mittlerweile den Schritt vom Modethema hin zum ernsthaften Forschungs- und Zukunftsbereich in der industriellen Produktion geschafft. Forschungseinrichtungen arbeiten an Technologien und Umsetzungskonzepten dieser vierten industriellen Revolution und erste Vorzeigefabriken werden ausgezeichnet. Dennoch können viele Unternehmen mit dem Begriff ‚Industrie 4.0‘ und den absehbaren Auswirkungen auf das eigene Geschäft wenig anfangen. Speziell KMU haben die Vorteile für sich noch nicht erkannt. Aus diesem Grund wird an der TU Graz aktuell die bestehende Lernfabrik des Instituts für Industriebetriebslehre und Innovationsforschung zu einer Industrie 4.0-Lernfabrik erweitert. Das Konzept dahinter ist Gegenstand dieses Beitrags.

Der Beitrag beschreibt insgesamt sieben Wirkungen von Cyber-Physical Systems auf Produktionssysteme, darunter den Einfluss auf die Wandlungsfähigkeit, die Nutzung der dann deutlich umfangreicheren verfügbaren Fertigungsdaten sowie die Dehierarchisierung von Planung und Steuerung. Abschließend wird ein Forschungsansatz vorgestellt, mit dem die Wirkung von Cyber-Physical Systems auf Produktionssysteme anhand einer Laborsituation erforscht werden kann. Der Beitrag endet mit einer Beschreibung des weiteren Forschungsbedarfs.

Die verstärkte Verbreitung Cyber-Physischer Systeme (CPS) im Produktions- und Fertigungsbereich erhöht die Anforderung an dessen funktionale Sicherheit und Zuverlässigkeit. Die Instandhaltung hat die Aufgabe, die Verfügbarkeit der Betriebsmittel zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, mit welcher Arbeitsorganisation und Instandhaltungsphilosophie diese unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erreicht werden kann. Es wird daher untersucht, welche von vier organisationstypischen Varianten kurz-, mittel- und langfristig zu präferieren sind. Der relative Vergleich wird unter Berücksichtigung unterschiedlicher Organisationsausprägungen an der Zielerreichung vorgenommen. Das gewählte Zielbündel berücksichtigt für CPS typische Effektivitäts- und Effizienzdimensionen.

Die volatilen und globalisierenden Märkte sowie deren zunehmende Vernetzung fordern ein hohes Maß an Flexibilität, Effizienz und Produktivität. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, haben Unternehmen in der Vergangenheit vielfach Ganzheitliche Produktionssysteme (GPS) (Bild 1) eingeführt. Diese bilden ein methodisches Regelwerk für die kontinuierliche Ausrichtung sämtlicher Unternehmensprozesse am Kunden [1] und zur kontinuierlichen und systematischen Reduzierung bzw. Vermeidung von nicht wertschöpfenden Tätigkeiten. Die Verbesserungspotenziale für Unternehmen, die bereits erfolgreich ein GPS eingeführt haben, werden allerdings geringer [2, 3]. Diese Unternehmen müssen sich dennoch am Markt behaupten und sich den wachsenden Kundenansprüchen und dem steigenden Wettbewerbsdruck stellen. Aus diesem Grund wird in diesem Beitrag dargelegt, wie Industrie 4.0 die Umsetzung des Gestaltungsprinzips der Standardisierung optimieren kann.

Wissenschaft und Wirtschaft sind sich über die Zielstellung Industrie 4.0 einig. Doch anders als suggeriert, wird eine Revolution auf Knopfdruck aufgrund der Problemvielfalt und den damit zusammenhängenden Herausforderungen, z. B. Komplexität, Big Data, Sicherheit etc., schwer möglich sein. Dennoch besteht Handlungsbedarf, wollen die Akteure den Sprung zur digitalisierten Wertschöpfungskette nicht verpassen.

Die zukünftige Verstädterung führt zu einem Wachstum der urbanen Strukturen und gleichzeitig zu einer Konzentration von potenziellen Konsumenten von Gütern sowie von potenziellen Arbeitskräften der Fabriken von morgen. Dem Trend von Industrie 4.0 sowie einer Urbanisierung folgend sind daher auch die Fabriken mit ihren Arbeitsmodellen einem Wandel unterworfen. Mit dem Beginn der vierten industriellen Revolution spielt der Mensch als Produktionsfaktor weiterhin eine zentrale Rolle, allerdings ändert sich seine Rolle im Wertschöpfungsprozess. Dabei zeichnet sich immer stärker ein künftiger Mangel an qualifizierten Fachkräften ab. Der vorliegende Beitrag geht daher auf verschiedene arbeitsorganisatorische Ansätze zur Steigerung der Attraktivität urbaner Fabriken ein, welche zur Bewältigung des Fachkräftemangels einen Beitrag leisten sollen.