Aufbruch zum Smarten Unternehmen – Chancen und Herausforderungen der Industrie 4.0

Verfasser: Kim Bogus, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am REFA-Institut e.V., Dortmund

Industrial Engineering in Zeiten der Industrie 4.0 – Teil 1

Digitalisierung und Industrie 4.0 bringen neue Technologien und Konzepte und sollen die Lösung für Unternehmen der Zukunft sein. Häufig ist den Unternehmen jedoch unklar, welchen Mehrwert konkrete Lösungen für ihren Betrieb bringen können, welche Rahmenbedingungen erfüllt sein müssen und wie der Wandel begangen werden kann. Die vorliegende Artikelreihe stellt für aktuelle Handlungsfelder der Industrie 4.0 die Herausforderungen für Unternehmen und das Industrial Engineering vor und zeigt mögliche Lösungen auf.

Die Themen Digitalisierung und Industrie 4.0 beschäftigen die Unternehmen und ihre Beschäftigten, die Sozialpartner sowie die Wissenschaft und Öffentlichkeit gleichermaßen stark. Täglich werden neue Presseartikel und Forschungsstudien veröffentlicht, die Begriffe und Definitionen schärfen, Technologien und Methoden erweitern oder auch neue Lösungen vorstellen, die zusätzliche Fragen aufwerfen können. Momentan sind die neuen Technologien für Digitalisierung und Industrie 4.0 zum Teil selbst noch in der Entwicklung, sodass nicht immer abzusehen ist, wo die Entwicklung enden wird. Konsequenter Weise können damit auch noch nicht alle auftauchenden Fragen abschließend behandelt werden. Klar ist allerdings, dass es keine Standardlösung gibt, sondern vielmehr jedes Unternehmen im Dialog mit den Beschäftigten eine betriebsspezifische Strategie hierfür finden muss. Entscheidend ist jedoch, dass intelligente Lösungen den Menschen unterstützen und nicht ersetzen. Maschinen und Roboter sind in der Lage Entscheidungshilfen zu geben. Der Mensch jedoch bleibt der kreative Kopf hinter der Maschine der zu unkonventionellem Denken in der Lage ist und komplexe Entscheidungen treffen kann. Somit findet ein Wandel der Arbeitsinhalte statt [1].

Aber auch Stimmen der Unsicherheiten über den strukturellen Wandel der Arbeit und damit inbegriffen die Rolle des Menschen im Arbeitssystem melden sich zu Wort. In diesem Kontext gibt es auch immer wieder Studien, die vom Verlust von Arbeitsplätzen im Zusammenhang mit Digitalisierung und Industrie 4.0 sprechen. So prognostizierte z.B. eine Studie des Weltwirtschaftsforums im Januar 2016, das fünf Millionen Jobs durch Industrie 4.0 verschwinden werden [2]. Derartige Diskussionen sind allerdings nicht neu, sondern wurden seit dem Beginn der Industrialisierung geführt: Zu Beginn des 19. Jahrhunderts rebellierten im sog. „Maschinensturm“ englische Textilarbeiter gegen die Auswirkungen der sozialen Folgen der Industrialisierung und zerstörten dabei auch zahlreiche Spinnmaschinen [3]. 1930 prägte der Ökonom Keynes den Begriff der „technologischen Arbeitslosigkeit“ [4]. Wie die Wirtschaftsgeschichte zeigte, traten die damals prognostizierten massiven Arbeitsplatzverluste nicht ein, da mit den neuen Technologien stets auch neue Arbeitsplätze geschaffen wurden. Dies ist auch mit den neuen Technologien von Digitalisierung und Industrie 4.0 zu erwarten. Hierdurch werden allerdings neue Anforderungen an Unternehmen und Beschäftigte gestellt, die es frühzeitig anzugehen gilt. Grundlage hierfür ist es, systematisch bei Einführung und Betrieb von Lösungen der Industrie 4.0 vorzugehen. Dies erfordert genaue Kenntnisse über den eigenen Betrieb und die für ihn möglichen technologische Alternativen. Insbesondere ist ein Grundverständnis für die aktuellen Diskussionen um Digitalisierung und Industrie 4.0 erforderlich, um die möglichen Auswirkungen für den eigenen Betrieb abzuschätzen.

Die Industrie 4.0 verzahnt die Produktion durch moderne Informations- und Kommunikationstechnologien und realisiert durch digital vernetzte Systeme die smarte Fabrik [5]. Durch das Internet der Dinge (also autonom agierende, intelligente Objekte die über Netzwerke miteinander kommunizieren) kooperieren Menschen und Maschinen über die Unternehmensgrenzen hinaus mit Lieferanten und Kunden und ermöglichen dadurch eine intelligente Wertschöpfungskette, die alle Phasen eines Produktlebenszyklus umfasst. Technologische Lösungen wie Mensch-Roboter-Kollaboration oder die Datenbrille verändern die Art zu Arbeiten und steigern die Produktivität und Effizienz zusätzlich [6]. Treiber der sog. vierten industriellen Revolution ist die steigende Nachfrage nach kundenindividuellen Produkten, sowie deren individuelle Fertigung und Wartung und der damit einhergehenden Anforderung nach Auftragsvolumina der Losgröße 1 [7].

In der praktischen Umsetzung können das beispielsweise digitale Abbilder der Produktion sein, die Aussagen über die Herstellungsprozesse geben, sogar bevor diese eintreten. Transparente Trackingsysteme, die nicht nur die Kontrolle der Produktion ermöglichen, sondern Lieferanten und Kunden gleichermaßen über Abweichungen und Störungen im Prozess informieren, um ohne Verzögerungen entsprechend zu agieren. Nicht zuletzt werden durch die Industrie 4.0 Produkte verändert und neue Geschäftsmodelle geschaffen. Beispielsweise können durch den 3D-Druck Produkte kundenindividuell vor Ort hergestellt oder Serviceleistungen, wie etwa Ersatzteile, wesentlich kostengünstiger zur Verfügung gestellt werden. Schließlich kann auch die Arbeit des Menschen durch die Industrie 4.0 erleichtert werden. So können z.B. Exoskelette den Menschen bei der Ausübung von schweren Tätigkeiten unterstützen.

Die Digitalisierung ist dabei nur ein Schritt auf dem Weg zur „Industrie 4.0“ (siehe Abbildung 1). Die Computerisierung als Teilschritt beschreibt den Einsatz isolierter IT-Systeme im Unternehmen und wird im darauffolgend Schritt durch vernetzte Komponenten (Konnektivität) ersetzt. Dadurch kann zum Beispiel ein CAD-Konstruktionsmodell in eine CNC-Fräsmaschine gespeist und der Produktionsprozess durch ein MES-System gesteuert werden [8]. Zwar sind diese Stufen in vielen Unternehmen bereits erreicht, dennoch können diese durch Weiterentwicklungen in der Informations- und Kommunikationstechnologie noch weiter verbessert werden. Auf der Entwicklungstreppe wird dieser Ausgangszustand als Basis für eine nachhaltige Industrie 4.0 Lösung genutzt. Denn die Vernetzung des ganzen Unternehmens durch Sensoren und Netzwerktechnik ermöglicht im nächsten Schritt eine Integration eines digitalen Modells. Diese Sichtbarkeit ermöglicht es den Beschäftigten nicht nur zu sehen was passiert, sondern liefert gleichzeitig die Grundlage für Analysen und die Erforschung der Wirkzusammenhänge im Unternehmen, durch die die nötige Transparenz gewährleistet wird. Mit diesem Wissen kann eine Vorhersagefähigkeit erreicht werden und beispielsweise in der Instandhaltung durch präventive Maßnahmen die Qualität und Produktivität gesteigert werden. Ein Turbinenhersteller für die Luftfahrt konnte so durch den Echtzeitdatenaustausch der Turbinendaten im Flugbetrieb, die Lebensdauer kritischer Bauteile vorhersagen und Reparaturen oder Umbauten wesentlich effizienter und bedarfsgerecht durchführen [9]. Der Mehrwert besteht also nicht nur in der intelligenten Datenauswertung, sondern auch durch eine unternehmensübergreifende Vernetzung von Kunden und Lieferanten. Die Stufe der Adaptionsfähigkeit wird genau dann erreicht, wenn eingesetzte Systeme, wie ein Digitaler Zwilling (also das virtuelle Abbild einer Maschine, eines Prozesses oder des gesamten Unternehmens), so lernfähig sind, dass sie auf Grundlage der verfügbaren Prozessdaten eigenständig Optimierungspotenziale erkennen und sie als Entscheidungsvorschläge an den Menschen kommunizieren oder sogar autonom durchführen. Prädestiniert sind hierfür oft wiederholte Prozesse eines Systems, da bei diesen eine ausreichende Datenbasis vorhanden ist und die Realisierungskosten hier noch im Verhältnis zum Nutzen stehen. Da die erkannten Optimierungs¬potenziale häufig allerdings auch organisatorische Veränderungen oder eine Abklärung der rechtlichen Rahmenbedingungen erfordern, bedarf es i.d.R. noch immer des Menschen als Entscheider, Gestalter und Problemlöser.

Der Industrial Engineer als Gestalter, Optimierer und Weiterentwickler der betrieblichen Prozesse ist durch seine schnittstellenübergreifenden Tätigkeiten bei der Integration neuer Lösungen der Digitalisierung und Industrie 4.0 besonders gefordert. Er benötigt die Fähigkeit neue Themen abzugrenzen und die Tragweite für das eigene Unternehmen zu erfassen. Die Themenfelder der Industrie 4.0 sind hierbei vielschichtig und trotz des digitalen Wandels nicht nur auf technologische Themen zu reduzieren. Die Ergebnisse einer Studie der Akademie der Technikwissenschaften (acatech) verdeutlichen dies [10]. Hier sehen Unternehmen vor allem die Themen der Datenanalyse, des Prozessmanagements und das interdisziplinäre Handeln als wichtige Faktoren für die Umsetzung neuer Lösungen, die gleichzeitig auch Kernkompetenzen des Industrial Engineering und REFA sind (vgl. Abbildung 2).

Eine nachhaltige Umsetzung der Industrie 4.0 erfordert also neben dem Einsatz neuer technologischer Hilfsmittel gleichermaßen die Organisationsentwicklung sowie die Qualifizierung der Führungskräfte und Beschäftigten, damit neue Systeme reibungsfrei in den Arbeitsprozess integriert werden können.

Das Industrial Engineering ist deshalb nicht länger auf das klassische „Zeitstoppen“ zu reduzieren. Die ganzheitliche Unternehmensbetrachtung rückt verstärkt in den Fokus, da sonst eine nachhaltige Gestaltung und Umsetzung einer Industrie 4.0 Lösung nicht erfolgen kann. Die Interdisziplinarität der Aufgaben und neuen Anforderungen an den Industrial Engineer werden durch das REFA-Haus deutlich (siehe Abbildung 3).

Die betrieblichen Handlungsebenen verändern sich hierbei durch die Industrie 4.0: So wird z.B. Arbeitsplatzgestaltung um neue Assistenzsysteme erweitert und ermöglicht dank digitaler Abbilder neue Wege bei der Arbeitssystemgestaltung. Prozesse können digital in Echtzeit verfolgt werden und benötigen entsprechende Kompetenz bei der Gestaltung und dem Betrieb neuer Lösungen. Durch die Vernetzung aller Unternehmensbereiche intern, sowie die Verknüpfung über die Unternehmensgrenzen hinaus mit Kunden und Lieferanten kann die Produktivität gesteigert werden, bedarf aber auch neuer Strukturen in der Organisationsgestaltung. Das Arbeitsdatenmanagement als Schnittstelle zu allen Bereichen muss ebenso nahtlos und sicher in das vernetzte Unternehmen eingebunden werden und kann mit neuen Methoden der Datenbeschaffung und -auswertung zur Effizienzsteigerung beitragen. Der Industrial Engineer als zentrales Bindeglied ist somit gefordert nicht nur neue Aspekte der Industrie 4.0 zu betrachten und deren Nutzen abzuwägen, sondern auch deren nachhaltige und ganzheitliche Integration in das Unternehmen zu bewerkstelligen.

Die REFA-Artikelreihe klärt zum Thema Digitalisierung und Industrie 4.0 auf und informiert über die Chancen und Herausforderungen die für das Industrial Engineering entstehen und welche Unterstützung REFA bei der nachhaltigen Umsetzung von neuen Lösungen bieten kann.

Quellen

Titelbild: ©Pixabay

[1] General Electric; Handelsblatt: Die Zukunft der Arbeit in der Industrie 4.0. 2015. http://www.handelsblatt.com/downloads/11809138/4/dossier_industrie40.pdf

[2] World Economic Forum: The Future of the Jobs. N.n. 2016 http://www3.weforum.org/docs/WEF_Future_of_Jobs.pdf

[3] Martin Henkel & Rolf Taubert: Maschinenstürmer. Ein Kapitel aus der Sozialgeschichte des technischen Fortschritts. Syndikat, Frankfurt am Main 1979

[4] John Maynard Keynes: Essay "Ökonomische Chancen für unsere Enkel" ("Economic Possibilities for our Grandchildren"). 1930 http://www.sokratischer-marktplatz.de/pdf/Text_Keynes_Enkelkinder.pdf

[5] Plattform I4.0: Die vierte industrielle Revolution. Auf dem Weg zur intelligenten flexiblen Produktion. http://www.plattform-i40.de/I40/Navigation/DE/Industrie40/WasIndustrie40/was-ist-industrie-40.html

[6] Bundesverband Deutscher Industrie e.V.: Was bedeutet Industrie 4.0? https://bdi.eu/artikel/news/was-bedeutet-industrie-40/

[7] DIN e.V.: Deutsche Normungs-Roadmap Industrie 4.0. Berlin 2015

[8] Wahlster, Wolfgang (Hrsg.); Anderl, Reiner; Gausemeier Jürgen; Schuh, Günther; Ten Hompel, Michael: Industrie 4.0 Maturity Index. N.n.

[9] RTInsights: How Rolls-Royce maintains jet engines with the Iot. Oktober 2016. https://www.rtinsights.com/rolls-royce-jet-engine-maintenance-iot

[10] Acatech; Equeo GmbH; Fraunhofer IML: Kompetenzentwicklungsstudie Industrie 4.0. München 2016

[11] REFA-Institut: Arbeitsorganisation erfolgreicher Unternehmen im Wandel der Arbeitswelt. Darmstadt. 2016