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Über dieses Buch

In diesem Fachbuch werden praktische Industrie 4.0-Beispiele deutscher OEMs und Zulieferer im Automobilsektor inkl. einer Übersicht der aktuell vorhandenen Lösungen und Standards gegeben. Die in diesem Umfeld verwendeten Technologien werden anschaulich erläutert. Mittels Reifegrad- und Migrationsmodell wird die Umsetzbarkeit von Industrie 4.0. auf Basis eines Zukunfts-Szenarios beschrieben. „Quick Wins“, die schnell umgesetzt hohen Nutzen aufweisen, sowie ein Überblick über digitale Geschäftsprozesse, runden das Buch ab.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Bevor in die fachlichen und vor allem technischen Details von Industrie 4.0 eingegangen wird, erfolgt zuerst eine Erläuterung, warum das Thema speziell für die deutsche Wirtschaft und vor allem die Automobilindustrie von so großer Bedeutung ist. Darüber hinaus wird noch ein kurzer Abriss bzgl. der Namensgebung und der historischen Entwicklung von der ersten industriellen Revolution bis hin zur Gegenwart gegeben. Somit lässt sich das Thema in Summe besser einordnen.
Die Intention dieses Buches ist es, Anwender die Scheu vor Industrie 4.0-Projekten zu nehmen. Vielfach herrscht die Meinung vor, dass es zu wenige Lösungen von Anbietern verfügbar sind, Standards nicht vorhanden sind rsp. Industrie 4.0 einfach ein nicht greifbarer Begriff rsp. Hype-Thema ist, dass das eigene Unternehmen nicht betrifft. Das Buch soll einen Beitrag liefern, dass Thema an Hand von Beispielen greifbarer zu machen und gleichzeitig Ideen für eigene Umsetzungen liefern. Darüber hinaus soll es vor allem aufzeigen, dass Industrie 4.0 keine Vision mehr ist, sondern mehr und mehr zur Realität wird.
Walter Huber

2. Standortbestimmung

Zusammenfassung
Beim Thema Industrie 4.0 herrscht in Deutschland mittlerweile eine gewisse Aufbrauchstimmung [17]. Die Automobilindustrie ist hier technologisch in einer Führungsposition. So braucht es nicht zu überraschen, dass es in dieser Branche eine Vielzahl an praktischen Projektbeispielen gibt. Trotzdem herrscht über den Begriff beziehungsweise den Umfang von Industrie 4.0 noch Unklarheit [17]. Daher erscheint es sinnvoll, den Begriff aus Praktiker-Sicht darzustellen. Hierbei handelt es sich nicht um eine akademischen Ansprüchen genügende Definition, sondern vielmehr um eine Einordnung und Abgrenzung in parallel laufende Aktivitäten bei den OEMs (Original Equipment Manufacturer) und deren Zulieferer. Natürlich dürfen in solch einer Darstellung mögliche Chancen und Risiken nicht fehlen. Abgerundet wird die Darstellung mit vermeintlichen oder real vorhandenen Hindernissen.
Walter Huber

3. Fachliche Grundlagen

Zusammenfassung
In den folgenden Kapiteln wird immer wieder auf die Kernprozesse und hier speziell auf den Kundenauftragsprozess verwiesen. Somit werden in diesem Kapitel die fachlichen Prozesse aus Sicht eines Automobilherstellers generisch definiert. Die Prozesse eines Zulieferers sind demzufolge entsprechend komplementär zu sehen. Auf Grund der Komplexität kann dies naturgemäß nur oberflächlich und somit keineswegs vollständig geschehen. Die Darstellung orientiert sich teilweise an SAP und deren implizit vorhandenen generischen Automotive-Prozessen.
Einer der wesentlichen Vorteile bezüglich der Beschreibung von unternehmenseigenen Prozessen ist, das hierüber Wissen über die eigenen Abläufe in strukturierter und nachvollziehbarer Weise dokumentiert und Mitarbeitern zur Verfügung gestellt werden kann. Es ist auch ein bedeutender Schritt in Richtung eines aktiven Wissensmanagements. Somit werden Unternehmen vom Wissen einzelner „Key-Personen“ unabhängig.
Die Prozesse können in verschiedener Form dargestellt und gegliedert werden. Jeder Automobilhersteller hat hierbei seine spezifische Ausprägung dieses „Prozesshauses“ im Laufe der Zeit vorgenommen und entwickelt. Hierin drückt sich das spezifische Vorgehen etwa in der Produktentstehung als auch in der Produktion aus. Auch lassen sich anhand der Prozesse Rückschlüsse auf das Produktionssystem schließen.
Walter Huber

4. Technologien

Zusammenfassung
Im Einleitungskapitel (siehe Kap. 2) wurden die einzelnen Industrie 4.0-Themenfelder schon kurz angerissen. Diese werden nun näher beschrieben. Darüber hinaus wird auch auf die Relevanz der einzelnen Technologien eingegangen und durch Beispiele untermauert und illustriert. Zwangsweise ergeben sich hier sehr starke Vernetzungen mit den später folgenden Kapiteln.
Bei den vorgestellten Technologien handelt es sich vielfach streng genommen nicht vollständig um „neue“ Ansätze. Primär erfolgt eine Weiterentwicklung von bestehenden Ansätzen.
Walter Huber

5. Standards

Zusammenfassung
Die Entwicklung von anerkannten Standards wird eine der zentralen Herausforderungen für das Gelingen von Industrie 4.0 sein [12, 13, 24]. Normen und Standards sichern die Interoperabilität von Anwendungen und stellen die Basis für die Produktentwicklung dar. Darüber hinaus werden durch Standards und Normen auch einheitliche Begrifflichkeiten definiert und sorgen so für eine bessere Kommunikation aller Beteiligter. Die große Herausforderung in diesem Umfeld ist, dass es sich hier um eine domänenübergreifende Aufgabe handelt [28]. Bedeutung haben Standards (auch unabhängig von Industrie 4.0) vor allem in folgenden Bereichen [13]:
Die Relevanz von Standards wurde auch auf europäischer Ebene erkannt [24, 33]. Somit ist das Thema auch auf dieser Ebene angekommen und bleibt kein deutscher Alleingang mehr. Auf Grund der hohen Relevanz des Themas müssen erforderliche Standards schnell umgesetzt werden. Daher gibt es auch Kritik am bisherigen Verlauf und daraus resultierend Versuche zur Gründung von Konsortien, um diesen Prozess erheblich zu beschleunigen [5].
Walter Huber

6. Umsetzungen der Automobilhersteller und Zulieferer

Zusammenfassung
Im folgenden Kapitel erfolgt das Aufzeigen des Umsetzungsgrades bei den primär deutschen Automobilherstellern und Zulieferern. Die Aufzählung erfolgt hierbei in alphabetischer Reihenfolge und getrennt nach OEMs (Original Equipment Manufacturer) und Zulieferer. In der Darstellung werden auch Nutzfahrzeughersteller und Hersteller von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen mit aufgenommen, um die gesamte Bandbreite der Fahrzeugproduktion aufzuzeigen.
Bei der Darstellung der Zulieferer kann dies aus verständlichen Gründen nicht vollständig sein. Somit erfolgt aus Platzgründen eine exemplarische Beschreibung. Bei der Auswahl wurden bewusst divergierende Ansätze berücksichtigt, um möglichst die gesamte Bandbreite vorhandener Implementierung und Umsetzungsbeispiele darzustellen.
Die Darstellung erfolgt generell auf Basis der öffentlich zugänglichen Informationen. Durch Industrie 4.0 haben sich einige Zulieferer weiterentwickelt und positionieren sich nicht mehr ausschließlich als Teilelieferant, sondern vermehrt als Systemanbieter. Somit werden diese Unternehmen, wie etwa Festo, SEW oder Wittenstein, doppelt in diesem Kapitel und dem nachfolgenden genannt, mit den jeweiligen thematischen Schwerpunkten.
Die Darstellung folgt, wie bisher entsprechend, gemäß den fachlichen Prozessen
  • Produktentwicklung mit Fokus auf Produktionsplanung und
  • Kundenauftrag
Walter Huber

7. Lösungsanbieter

Zusammenfassung
Der Markt an Lösungen und Produkten ist sehr dynamisch und leider auch etwas unübersichtlich. Daher kann hier ausschließlich eine aktuelle Darstellung gegeben werden, die sicherlich nicht vollständig ist und auch schnell überholt sein dürfte. Es kristallisieren sich aber einige relevante Unternehmen heraus, die in der einen oder anderen Form prägend sind – auch in Zukunft.
Es dürfte kaum überraschen, dass Bosch, KUKA, SEW und Siemens auf Seiten der Industrieunternehmen und IBM, SAP, Microsoft und HP auf Seiten der Softwareunternehmen die relevanten Treiber darstellen. Sie sind sowohl sehr bekannt als auch entsprechend leistungsstark [78]. Wie schon mehrfach erwähnt, sind im Bereich der Softwareunternehmen primär amerikanische Unternehmen (mit Ausnahme von SAP) in der Aufzählung vertreten. Im Bereich der Industrieunternehmen prägen hingegen deutsche Unternehmen den Markt. Generell sollte angemerkt werden, dass sich Klein- und Mittelständische Unternehmen in diesem hochinnovativen Markt aktuell gut positionieren können.
Die Darstellung der Lösungen erfolgt unterteilt nach Industrieunternehmen und Softwarehersteller. In jeder Rubrik erfolgt wiederum eine gesonderte Darstellung. Die aufgezählten Produkte und Lösungen erheben in keinster Weise den Anspruch auf Vollständigkeit. Der Markt ist, wie schon erwähnt, sehr dynamisch und neue Lösungen und Produkte entstehen fast täglich.
Walter Huber

8. Digitale Geschäftsprozesse

Zusammenfassung
Immer volatilere Märkte und der Wechsel von produktzentrierten zu geschäftsmodellzentrierten Ansätzen zwingen die Unternehmen zu adaptiven Produktionsansätzen. Hierbei erfolgt die permanente und schnelle Anpassung der Wertschöpfung an die Kundenbedürfnisse. Schon aktuell geraten die Produktionssysteme der Automobilhersteller mit der Beherrschung des Variantenreichtums und Komplexitätsmanagements an ihre Grenzen. Diese sich schnell verändernden Einflüsse und die steigenden Komplexitäten lassen sich mit bestehenden Ansätzen aber nur noch schwer managen [4]. Hier bedarf es neuer Ansätze.
Walter Huber

9. Produktion der Zukunft

Zusammenfassung
Im Folgenden wird ein Blick in die Zukunft gewagt. Es wird ein skizzenhaftes Szenario aufgezeigt, wie möglicherweise im Jahre 2025 Autos produziert werden. Der Ansatz ist natürlich beliebig angreifbar. Das hier präsentierte grobe Szenario soll daher vielmehr als Diskussions- und Anregungsgrundlage dienen und verstanden werden. Es wird hierbei bewusst die Produktentwicklung und deren Auswirkungen auf die Produktion ausgeschlossen, da sonst hierdurch noch ein weiterer Parameter hinzukommen würde. Allerdings dürfte die Produktentwicklung zukünftig einen steigenden Einfluss auf die Automobilproduktion haben. Dies gilt vor allem durch das Voranschreiten und stetige Durchdringen von Software im Auto. Nichtsdestotrotz wird von einer kontinuierlichen Entwicklung in diesem Bereich ausgegangen. Ein alternatives Szenario wäre, dass sich durch den Anstieg von Software im Auto die Produktion erheblich vereinfachen wird. Darüber hinaus gibt es auch im Lean-Umfeld Überlegungen, wie sich durch eine fortgeschrittene Modularisierung die Komplexität in der Produktion verringern lässt. Inwieweit derartige Ansätze durch die Automobilhersteller konkret umgesetzt werden, wird die Zukunft zeigen.
Walter Huber

10. Reifegrad und Migrationsmodell

Zusammenfassung
Es gibt keinen Königsweg, um Industrie 4.0 oder eine Smart Factory umzusetzen. Hier muss die Branche und die konkrete Ausgangssituation betrachtet und analysiert werden. Daher werden von verschiedenen Stellen sogenannte Leitfäden für die I40-Umsetzung entworfen [2, 5, 10]. Nichtsdestotrotz wird versucht, ein generisches Reifegrad- und Migrationsmodell zu entwerfen. Das Reifegradmodell stellt die Ausgangsbasis für ein Migrationsmodell dar. Der Reifegrad basiert auf einem fiktiven und idealisierten Zielbild (wie in Kap. 9 beschrieben). Es gilt, die konkrete Migration situativ und einzelfallbezogen zu erstellen und anschließend umzusetzen.
Der vorliegende Ansatz erfolgt auf Basis eines strukturierten und prozessgetriebenen Vorgehens. Zuerst erfolgt die Betrachtung der Geschäftsprozesse (PEP und KAP, siehe jeweils Kap. 3). Im nächsten Schritt stehen die einzelnen Technologien im Fokus. Ferner bedarf es nicht nur eines Reifegrad- und Migrationsmodells. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch das Aufzeigen eines korrelierten Nutzenmodells. Nur die Kombination beider ist für Anwender nutzbringend.
Walter Huber

11. Der Faktor Mensch

Zusammenfassung
Der Faktor Mensch wird im Zusammenhang mit Industrie 4.0 immer als einer der wichtigsten dargestellt. In der konkreten Beschreibung fehlen hingegen vielfach entsprechende Hinweise. Somit scheint der Mensch in der Produktion von morgen nun doch keine Bedeutung rsp. keine Rolle mehr zu spielen. Es dürfte nicht überraschen, dass sich hierbei speziell Arbeitnehmervertretungen in den jeweiligen Diskussionen entsprechend engagieren. Es wird vielfach übersehen, dass der Faktor Mensch mit seinen kreativen und assoziativen Kompetenzen die entscheidende Größe auch in der Smart Factory bleibt. Somit ist eine Positionierung des Menschen zu verfolgen, die seine natürlichen Kompetenzen, Intelligenz, Kreativität, Einfühlungsvermögen und Motorik adäquat berücksichtigt und klug einsetzt. Dies ist entscheidend für den Erfolg von Industrie 4.0.
Die Aufgaben und Tätigkeiten des Menschen in einer zukünftigen Industrie 4.0-Arbeitswelt sind nach [14] in drei Kategorien eingeteilt:
  • Menschliche sensorische Fähigkeiten:
    • Es wird auch in Zukunft sensorische Lücken in Produktionsabläufen geben.
    • Erfassen komplexer, mehrdeutiger und diffuser Situationen.
  • Menschliche Entscheidungsfähigkeit und damit auch seine Denkleistung:
    • Auflösen von Konflikten bei vernetzten Maschinen,
    • Gegebenenfalls Entscheidung bei kritischen Situationen.
  • Agierende und reagierende Fähigkeiten:
    • Umgang mit hoher Komplexität und unregelmäßiger Wiederholung,
    • Umgang mit Flexibilität,
    • Verwendung moderner Technologien,
    • Umgang mit Echtzeitanforderungen.
Walter Huber

12. Fazit und Ausblick

Zusammenfassung
Anhand verschiedener Beispiele entlang der Wertschöpfung mit Schwerpunkt auf den Kundenauftragsprozess wurde sowohl von Automobilherstellern als auch von deren Zulieferern exemplarisch der aktuelle Umsetzungsgrad im Bereich Industrie 4.0 aufgezeigt. Viele der Projekte befinden sich bereits im produktiven Umfeld. Bei den Projekten handelt es sich um erste Gehversuche. Generell ist festzustellen, dass die deutsche Automobilindustrie auch bei Industrie 4.0 ihrer technologische Vorreiterrolle gerecht wird. Die Verbindung der digitalen mit der realen Welt nimmt in dieser Branche konkrete Züge an (siehe [3, 6]).
Walter Huber
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