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About this book

Das Fachbuch greift das Konzept Industrie 4.0 – Ausdruck der vierten industriellen Revolution – mit seinen Chancen und Risiken für produzierende Unternehmen auf. Das Herausgeberwerk bringt das Thema durch anschauliche Beispiele aus der Praxis näher und zeigt die Visionen auf, mit denen sich nicht nur die akademische Welt bereits auseinandersetzt. Die Autoren der Beiträge thematisieren einerseits Kernthemen der Digitalisierung und beleuchten andererseits nicht zu vernachlässigende Begleiterscheinungen: In der Fabrik von morgen wachsen reale und virtuelle Welt zusammen. Schlagworte wie Internet der Dinge und Cyber-Physische Systeme (CPS) wurden bereits geprägt, um diese Verschmelzung anzudeuten. Industrie 4.0 verspricht neue Optionen für die Flexibilisierung und weitergehende Automatisierung der Fertigung. Sie schafft die Grundlage für neue Geschäftsmodelle, erfordert aber auch ein Umdenken in der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Die Beitragssammlung trägt zu einem umfassenden Bild der im Industrie 4.0-Umfeld zu berücksichtigenden Veränderungen bei.

Table of Contents

Frontmatter

1. Geschäftsmodelle im Internet der Dinge

Unternehmen, die heute primär in nicht-digitalen Branchen agieren, benötigen theoretisch und praktisch fundierte Hilfestellungen bei der Entwicklung und Umsetzung von Geschäftsmodellen im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). Durch unsere Untersuchung der Rolle des Internet in Geschäftsmodellen kommen wir zum Schluss, dass die Bedeutung des Internet in der Geschäftsmodellinnovation seit den 90er-Jahren laufend zugenommen hat, dass jede Internet-Welle zu neuen digitalen Geschäftsmodellmustern geführt hat und dass die größten Umbrüche bisher in digitalen Branchen stattgefunden haben. Wir zeigen, dass digitale Geschäftsmodellmuster neu auch in der physischen Industrie relevant werden. Die Trennung von physischen und digitalen Branchen ist damit endgültig vorbei. Der Schlüssel dazu ist das IoT, das physische Produkte und digitale Services zu hybriden Lösungen verschmelzen lässt. Wir leiten eine sehr allgemein gehaltene Geschäftsmodelllogik für das IoT ab und stellen konkrete Bausteine und Muster von Geschäftsmodellen vor. Für die zentralen Herausforderungen bei der Umsetzung solcher hybriden Geschäftsmodelle zeigen wir erste Lösungsansätze auf.
Elgar Fleisch, Markus Weinberger, Felix Wortmann

2. Wie das Internet der Dinge neue Geschäftsmodelle ermöglicht

Bis 2020 werden mehr als 50 Milliarden Geräte mit dem Internet verbunden sein. Mit Hilfe Cyber-Physikalischer Systeme und digitaler Zwillinge, die die reale mit der virtuellen Welt verbinden, können Prozesse automatisiert und wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Dies ermöglicht neue Geschäftsmodelle auf Basis intelligenter Produkte und Dienstleistungen.
Daniel Huber, Thomas Kaiser

3. Industrial Cloud – Status und Ausblick

Im Kontext Industrie 4.0 wird Cloud Computing für die Produktion von morgen eine wesentliche Rolle spielen. Der Beitrag gibt deshalb einen Überblick über den aktuellen Stand beim Einsatz und der Entwicklung des Cloud Computing für die Produktionsautomatisierung (Industrial Cloud). Ein besonderer Schwerpunkt des Beitrags sind dabei Anwendungen und Projekte, die sich mit der Verlagerung von Automatisierungsfunktionen aus der Prozessleit- und Steuerungsebene als Cloud-Dienste in eine Industrial Cloud beschäftigen.
Reinhard Langmann, Michael Stiller

4. Herausforderungen und Lösungsansätze zur einheitlichen Kommunikation von Messdaten für Industrie 4.0 und das Internet of Things

Die Plattform Industrie 4.0 besteht in letzter Konsequenz aus unabhängigen Bausteinen, sogenannten cyber-physikalischen Systemen, die zusammenarbeiten müssen, um die Vision der vierten industriellen Revolution einer Vollautomatisierung sämtlicher Produktionsprozesse zu verwirklichen. Die Zusammenarbeit basiert in vielen Teilbereichen auf dem Austausch valider und verlässlicher Werte bestimmter Größen. Diese Arbeit beschreibt Herausforderungen aus dem Bereich der Metrologie, die durch die Unabhängigkeit der Systeme entstehen. Es werden Lösungsansätze vorgestellt, die die einheitliche Kommunikation von Messdaten zwischen cyber-physikalischen Systemen garantieren und so erst die firmenübergreifende Automatisierung industrieller Produktionsprozesse ermöglichen.
Bernd Müller, Frank Härtig

5. Lebensmittelindustrie 4.0 – Cyber-physische Produktionssysteme zur sicheren und unverfälschbaren Datenverarbeitung

Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Integration der IT in industrielle Produktionsprozesse. Am Beispiel der Lebensmittelbranche können durch neue Hard- und Softwarekomponenten cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) entstehen, die erstmals eine lückenlose Nachweisbarkeit innerhalb der Erzeugungsprozesse sicherstellen. Zudem können Fälschungen verhindert und eine durchgängige Gesetzeskonformität gewährleistet werden. Der im vorliegenden Beitrag vorgestellte Lösungsansatz zeigt anhand eines konkreten Beispiels aus der fleischverarbeitenden Industrie, wie Schlachtkörper irreversibel mit einem physischen Marker mit innen liegendem RFID-Tag verbunden werden können. Der Marker bildet die zentrale Komponente des entstehenden CPPS. Vollautomatisierte Schlachthöfe können von dem Ansatz insoweit profitieren, als dass eine untrennbare Kopplung zwischen Produkt und dazugehörigen Daten geschaffen wird, welche sowohl Nachvollziehbarkeit als auch Überprüfbarkeit ermöglicht.
Oliver Thomas, Novica Zarvić, Jörg Brezl, Michael Brockschmidt, Michael Fellmann

6. Industrie 4.0 in der Wertschöpfungskette Bau – Ferne Vision oder greifbare Realität?

Trotz des anhaltenden Digitalisierungs- und Automatisierungstrends, der derzeit in vielen Wirtschaftsbereichen Einzug hält, ist das Produktionsumfeld der Bauindustrie bis heute in hohem Maße von manuellen Tätigkeiten, papierbasierten Prozessen und zahlreichen Schnittstellen geprägt. Die Umsetzung des Industrie 4.0 Konzeptes bietet zahlreiche Ansätze, um diese Defizite zu beseitigen und die Prozesse innerhalb der Wertschöpfungskette Bau für alle Projektbeteiligten effizienter zu gestalten. Trotz der hohen Nutzenerwartungen, der vorliegenden Marktreife vieler Industrie 4.0 Basistechnologien sowie deren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten innerhalb der Wertschöpfungskette Bau ist dennoch eine große Zurückhaltung seitens der Unternehmen der Bauindustrie bei der Umsetzung spürbar. Dieser Umstand ist der Tatsache geschuldet, dass die mit der Anwendung dieses Konzeptes verbundenen Implikationen noch weitgehend unbekannt sind. Zudem existieren weiterhin offene Fragen ökonomischer, sozialer, technologischer und rechtlicher Natur, die im Rahmen weiterer Forschungsanstrengungen beantwortet werden müssen. In Anbetracht der zahlreichen ungeklärten Fragen ist es nicht weiter verwunderlich, dass eine breite Anwendung von Industrie 4.0 Technologien in der Bauindustrie noch nicht vorzufinden ist. Vor diesem Hintergrund ist es das primäre Ziel dieses Beitrags, auf Basis einer branchenspezifischen Begriffsdefinition ein mögliches Industrie 4.0 Anwendungsszenario in der Bauindustrie unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Wissenschaft, der Praxis und der Technik zu skizzieren und zu ergründen, warum ein solches Anwendungsszenario in der Realität noch nicht vorzufinden ist. Des Weiteren untersuchen wir, welche Anforderungen erfüllt werden müssen, damit ein solches Anwendungsszenario realisiert werden kann.
Thuy Duong Oesterreich, Frank Teuteberg

7. Wandlungsbereitschaft und Wandlungsfähigkeit von Mitarbeitern bei der Transformation zu Industrie 4.0

Unternehmen aller Branchen und Größen stehen aufgrund des industriellen Paradigmenwechsels der Industrie 4.0 vor tief greifenden prozessualen sowie technologischen Veränderungen, um langfristig global wettbewerbsfähig sein zu können. Dieser Wandel kann nur gemeinsam mit den Mitarbeitern vollzogen werden. Dementsprechend gilt es, die individuelle Bereitschaft und die einzelnen Fähigkeiten der Mitarbeiter hinsichtlich geänderter Anforderungen zu entwickeln.
Bestehende Ansätze des Wandlungsmanagements und der Akzeptanzforschung sind für den synchronen Technologie- und Aufgabenwandel unzureichend und müssen entsprechend erweitert werden. Insbesondere die Darstellung der Wirkung von Maßnahmen ist für die Praxis von Bedeutung. Dieser Beitrag entwirft auf Basis bestehender Ansätze der Akzeptanzforschung ein Modell, welches das gesamte Verhaltensspektrum, von der Akzeptanz über Toleranz bis zur Opposition abdeckt und in Bezug zu Maßnahmen des Wandlungsmanagements stellt. Als Kerneinflussbereiche werden die individuelle Wandlungsbereitschaft und die Wandlungsfähigkeit gesehen. Beide wirken auf der Aufgaben- und Technologieebene und können mit Maßnahmen erhöht werden, um negative Effekte und ein Scheitern der Transformation zu vermeiden.
Anhand von zwei Wandlungspfaden, der Einführung einer Industrie 4.0-Insel sowie der Umstellung des gesamten Produktionsbereichs, werden einzelne Maßnahmen und ihre Wirkung auf das Mitarbeiterverhalten erörtert.
André Ullrich, Christof Thim, Gergana Vladova, Norbert Gronau

8. Die neue Rolle des Mitarbeiters in der digitalen Fabrik der Zukunft

Die „Digitalisierung der Industrie“ und Schlagworte wie „Industrie 4.0“ und „Smart Factory“ sind aktuell in aller Munde. Doch gleichzeitig fällt es vielen Praktikern und Forschern schwer, diese Begriffe einzuordnen, um konkrete Anwendungsfälle für Innovationsprojekte zu identifizieren. Insbesondere die (neue) Rolle des Mitarbeiters beschäftigt Unternehmen und Angestellte. Hier setzt der vorliegende Beitrag an. Es wird ein aktuell laufendes EU-Projekt vorgestellt, das sich mit der Entwicklung von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) für Produktionsarbeiter der Zukunft auseinandersetzt. Vier aus dem Projektkontext gewählte Fallbeispiele illustrieren, wie IKT sich in Industriebetrieben einsetzen lassen, um den Menschen in den Mittelpunkt der Fabrik von morgen zu rücken. Darauf aufbauend wird gezeigt, inwiefern die Befähigung der Produktionsmitarbeiter in den vier Bereichen (1) Autonomie, (2) Kompetenz, (3) Verbundenheit und (4) Abwechslungsreichtum in der Fabrik von morgen durch neue IKT gesteigert werden kann. So ermöglicht der Beitrag einerseits die Orientierung an konkreten Anwendungsfällen und deren Reflexion sowie andererseits die Entwicklung eines ganzheitlichen Verständnisses für die sich derzeit und in den kommenden Jahren vollziehenden Veränderungen in vielen Industrieunternehmen.
Alexander Richter, Peter Heinrich, Alexander Stocker, Melanie Steinhüser

9. Smart HRM – das „Internet der Dinge“ im Personalmanagement

Während die Anwendung des Internet der Dinge in Unternehmen inzwischen breit diskutiert wird, existieren zu einer möglichen Anwendung im Personalmanagement bislang kaum Erkenntnisse. Der vorliegende Beitrag zielt daher auf eine erste Konzeption und Exploration des Internet der Dinge im Personalmanagement. Dabei zeigen die konzeptionellen Ausarbeitungen zunächst, dass die im Rahmen von Smart Work eingesetzte technische Infrastruktur auch eine breite Basis für personalwirtschaftliche Sekundäranwendungen bietet. Dies kann ergänzt werden um eigens für personalwirtschaftliche Zwecke entwickelte Primäranwendungen des Internet der Dinge. Zentrale generelle Potenziale einer solchen Anwendung liegen dann in einer teils beträchtlichen Ausdehnung der Automation und Information des Personalmanagement. Eine hierauf aufbauende Delphi-Studie zeigt, dass eine Anwendung des Internet der Dinge im Personalmanagement von den befragten Experten als ein durchaus realistisches Zukunftsszenario eingeschätzt wird. Die Ergebnisse der Studie belegen ebenfalls, dass die Experten mit dieser Anwendung von spürbaren Veränderungen des Personalmanagements ausgehen. Diese betreffen notwendigerweise zunächst künftige HR-Technologien. Im Gefolge hiervon werden aber auch spürbare Veränderungen von Funktionen und Positionen des Personalmanagements erwartet. Smart HRM stellt basierend auf diesen Ergebnissen eine interessante künftige Perspektive für das Personalmanagement dar.
Stefan Strohmeier, Dragana Majstorovic, Franca Piazza, Christian Theres

10. Verwaltung 4.0 als Beitrag zur Wertschöpfung am Standort Deutschland 4.0 – Bedeutung einer weiterentwickelten Wirtschaftsförderung 4.0

Die „Umsetzungsstrategie Industrie 4.0“ (BITKOM et al. 2015, http://​www.​plattform-i40.​de/​sites/​default/​files/​150410_​Umsetzungsstrate​gie_​0.​pdf) trifft zur Rolle der öffentlichen Verwaltung bei der Umsetzung der Zielsetzungen von Industrie 4.0 keine Aussage. Der vorliegende Beitrag zeigt 4 Jahre nach der CeBIT 2013 und der zwischenzeitlichen Evolution der 4.0-Themen und -Felder die notwendigen Schnittstellen, Interdependenzen und weiteren Herausforderungen zwischen der Industrie und der öffentlichen Verwaltung im Kontext von Industrie 4.0 neu auf – im Besonderen die Anforderungen an die kommunale Wirtschaftsförderung (4.0). Als Bindeglied zwischen Industrie, Wirtschaft und Verwaltung kommt der kommunalen Wirtschaftsförderung als Teil der öffentlichen Verwaltung bei der Umsetzung von Industrie 4.0 und den weiteren Initiativen mit Blick auf den jeweiligen örtlichen Standort, aber auch mit Blick auf den Standort Deutschland (4.0) im globalen Wettbewerb, eine besondere Bedeutung zu. Unter dem Rubrum „Wirtschaftsförderung 4.0“ wird auf Basis der Erkenntnisse aus einer Literaturanalyse, eines Expertenworkshops und weiterer Institutsaktivitäten ein Lösungsmodell vorgeschlagen, das die Herausforderungen von Industrie 4.0 für die staatliche Ebene besonders fokussiert. Ziel des Beitrages ist es, einen wissenschaftlichen wie praxisorientierten Diskurs über die Bedeutung der wirtschaftsrelevanten Fachverwaltung im Kontext der Zielsetzungen von Industrie 4.0 und deren implizierte, wirtschafts- und standortaffine Folgefelder anzuregen und zu korrespondierenden Forschungs- und Praxisprojekten zu motivieren. Der Beitrag adressiert damit sowohl die immer noch junge wissenschaftliche 4.0-Forschung in diesem Bereich als auch die Wirtschaft und Verwaltungspraxis mit ihren zukünftigen Herausforderungen.
Frank Hogrebe, Wilfried Kruse

11. Die Industrie 4.0 aus Sicht der Ethik

Der vorliegende Beitrag arbeitet die wesentlichen Merkmale der Industrie 4.0 heraus und setzt sie ins Verhältnis zur Ethik. Es interessieren vor allem Bereichsethiken wie Informations-, Technik- und Wirtschaftsethik. Am Rande wird auf die Maschinenethik eingegangen, im Zusammenhang mit der sozialen Robotik. Es zeigt sich, dass die Industrie 4.0 neben ihren Chancen, die u. a. ökonomische und technische Aspekte betreffen, auch Risiken beinhaltet, denen rechtzeitig in Wort und Tat begegnet werden muss.
Oliver Bendel

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