Industrie 4.0

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.

Der Wunsch der Kunden nach individualisierten Produkten und eine damit verbundene steigende Anzahl an Produktvarianten, der demografische Wandel und das damit verbundene steigende Durchschnittsalter der Mitarbeiter sowie der zunehmende Fachkräftemangel und die steigende Komplexität von Wertschöpfungsprozessen sind nur einige Herausforderungen, denen sich die Industrie aktuell stellen muss. Dieser Beitrag beschreibt innovative Assistenzsysteme als mögliches Instrument, diesen Anforderungen zu begegnen und erörtert Beispiele, in denen ein sinnvoller Einsatz solcher Systeme bereits erfolgreich realisiert wurde.

In heutigen Produktionssystemen leisten die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) einen erheblichen Beitrag zur effizienten Durchführung von Produktionsprozessen. Die entscheidende Schnittstelle zwischen der prognosebasierten Planung und ihrer produktionsnahen Umsetzung bildet der Austausch von Plan- und Rückmeldedaten. Es ist zu erwarten, dass sich Entwicklungen im Zuge der Industrie 4.0 in einer Steigerung der Datenqualität und -aktualität widerspiegeln werden und so zu verbesserten Ergebnissen im Rahmen der Produktionsplanung führen. In dem vorliegenden Beitrag werden die Aufgaben der Produktionsplanung hinsichtlich ihrer Entwicklungspotenziale im Kontext der Industrie 4.0 beleuchtet.

Revolutionen werden oft als disruptive Änderung bestehender Ordnungen verstanden. Die 4. industrielle Revolution fußt jedoch auf Technologien und Konzepten, die bereits die 3. industrielle Revolution maßgeblich mitbestimmt haben. Hier sind vor allem der Einsatz von Computertechnologien in industriellen Umgebungen und das Toyota Produktionssystem (TPS) zu nennen. Aus TPS und dem Bestreben, Verschwendung zu vermeiden, hat sich die sogenannte Wertstromanalyse (engl. Value Stream Mapping) entwickelt, die sich ebenso für die wertschöpfende Auslegung Cyber-Physischer Systeme und der entsprechenden Informationsflüsse eignet.

Die Thesen im industriellen Umfeld von Industrie 4.0 beinhalten Handlungsanweisungen in den Bereichen Mensch, Technik und Organisation. Häufig wird dabei die intelligente Vernetzung von technischen Objekten fokussiert. Der vorliegende Beitrag betrachtet dagegen maßgeblich die menschlichen und organisatorischen Aspekte am Beispiel der Entwicklung von mechatronischen Maschinen und Anlagen. Um den vorherrschenden, sequenziellen Arbeitsweisen und starren Prozessen entgegenzuwirken, ist es erforderlich, die Organisationen so zu gestalten, dass sich auch die Individuen gut vernetzen und austauschen können. Entsprechend den Thesen von Industrie 4.0 wird dazu die sog. agile Entwicklung als innovativer Ansatz vorgestellt, um in iterativer Arbeitsweise die inkrementellen Entwicklungsartefakte fristgerecht in der notwendigen Reife zusammenzuführen.

Die statische Prägung von Netzwerken ermöglicht Akteuren größeren zeitlichen Handlungsspielraum für Entscheidungsprozesse, um adäquat auf Veränderungen reagieren zu können. Die Dynamik dieser Veränderungen, die häufig in Nachfrage- und Planungsschwankungen begründet sind, erhöht die Komplexität von Entscheidungsprozessen in Netzwerken. Dies führt zu einem stetigen Wandel zu dynamischen Netzwerken, in denen Reaktionen in Echtzeit notwendig sind [1]. Dem Einsatz von intelligenten Technologien wird in diesem Rahmen eine Schlüsselrolle zukommen. Realisiert wird dies durch die digitale Vernetzung von Wertschöpfungspartnern mithilfe Cyber-Physischer Systeme. Diese verknüpfen die virtuelle mit der physischen Welt, um sowohl innerbetriebliche Prozesse zu unterstützen als auch die smarte Steuerung von globalen Logistiknetzwerken zu ermöglichen.

Deutschland ist das am stärksten industrialisierte Land der EU. Die enge Zusammenarbeit zwischen Wirtschaft und Wissenschaft sichert einen schnellen Markteintritt neuer Technologien. Die Produktion hat dabei stets einen integrativen Charakter als „Enabler“ von Disziplinen bei der Umsetzung einer Idee in ein Produkt. Um den wachsenden Herausforderungen am Hochlohnstandort gerecht zu werden, müssen immer wieder sämtliche Potenziale neuer Technologien gehoben werden. Aktuell ist die Informations- und Kommunikationstechnologie ein besonders prominenter ‚Enabler‘ des ‚Enablers‘.

Instandhaltung und Service spielen eine herausragende Rolle, wenn es darum geht, die Zuverlässigkeit von Produktionsprozessen und die Wirtschaftlichkeit von investitionsintensiven Produktionsanlagen zu sichern. Mit zunehmender Automation und intelligenter Vernetzung der Produktion wird die Bedeutung der Anlagenverfügbarkeit und damit der Instandhaltung weiter wachsen. Aktuell benötigen Instandhalter und Service-Techniker noch einen erheblichen Anteil ihrer Tätigkeitszeit für die Informationsbeschaffung und -aufbereitung. In vielen Fällen sind relevante Daten der betrieblichen Informationssysteme und der Maschinen für den Instandhalter nicht oder nur eingeschränkt verfügbar. Ressourcen-Cockpits sollen es künftig in Verbindung mit mobilen Endgeräten ermöglichen, dass Instandhalter und Service-Techniker alle relevanten Informationen am Ort ihrer Tätigkeit aufwandsarm, kontextsensitiv und interagierend erreichen können.