Mit Innovationsmanagement zu Industrie 4.0

Der Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen wird immer schwieriger und stellt das Management vor strategische Herausforderungen. Gründe dafür sind die immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen, weil sich die Realisierung von neuen Produkten einerseits an die Geschwindigkeit von technologischen Errungenschaften und Weiterentwicklungen anlehnt und andererseits vom Kunden gewünscht und durch den Wettbewerb am Markt erzwungen wird. Eigene Forschung und Entwicklung erscheint vorteilhaft, wenn es sich um den Aufbau einer Kerntechnologie mit einer hohen Wettbewerbsrelevanz handelt. Die Realisierung von Neuerungen, insbesondere am Beispiel von technologieorientierten Unternehmen, ist aber zeit- und kostenintensiv und birgt ein großes Risiko, zumal die Bemühungen nicht mit Sicherheit zum gewünschten Ergebnis führen. Als Reaktion darauf werden Kooperationsstrategien empfohlen, die Unternehmensaktivitäten beschleunigen können, bei gleichzeitigen Kostensenkungspotenzialen. Eine solche Möglichkeit zur Generierung von Know-how stellen beispielsweise Innovationskooperationen dar. Im folgenden Beitrag wird der, mitunter komplexe, Prozess für den Aufbau von Innovationskooperationen beschrieben und inhaltlich diskutiert.

Wertschöpfungsketten werden zunehmend realtime über mehrere Stufen vernetzt. Produkte selbst beginnen intelligenter und vernetzter zu werden. Die Digitalisierung ermöglicht neue Geschäftsmodelle und erlaubt es informationsbasierten Wettbewerbern, in fremde Branchen vorzudringen. In B2B-Industrien wird im Rahmen von ‚Industrie 4.0‘ die nächste industrielle Revolution durch die Digitalisierung eingeleitet. Im Umfeld dieser steigenden Komplexität und Geschwindigkeit der Geschäftstätigkeit wird es immer wichtiger, dass Unternehmen eine klare Innovationsstrategie definieren und sich zielgerichtet weiterentwickeln. In diesem Artikel beschreiben wir den Entwicklungsprozess für Innovationsstrategien und gehen dabei im Speziellen auf Herausforderungen im Kontext der Industrie 4.0 ein.

Industrie 4.0 ist als Schlagwort in vieler Munde. Angesichts eines weiter steigenden Kosten- und Effizienzdrucks einerseits und einer schrumpfenden Erwerbsbevölkerung und eines seit Jahren rückläufigen Produktivitätswachstums andererseits scheint die globale Vernetzung und Digitalisierung von Prozessen und Anlagen die Lösung für die produzierende Industrie im deutschsprachigen Raum zu sein. Der Begriff Industrie 4.0 verspricht einen effizienteren Einsatz der eingesetzten Ressourcen, niedrigere Lebenszykluskosten von Produkten, mehr Flexibilität und Sicherheit bei der Planung industrieller Anlagen und völlig neue Geschäftsmodelle etwa im Bereich After Sales.

Dennoch zögern, wie aktuelle Umfragen zeigen, viele Unternehmen, dieses Thema als strategisch zu betrachten und entsprechend in die Erstellung und Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten zu investieren, zumal diese teuer und der Nutzen und die Risiken nur schwer vorhersehbar sind.

In diesem Kontext ist die Prozesssimulation in WITNESS das ideale Instrument, um den Einstieg in neue Anlagenkonzepte und Geschäftsmodelle abzusichern. In virtuellen 2D- oder 3-D-Modellen, die die gesamte Dynamik der Prozesse und Anlagen enthalten, können Ist- und Soll-Zustände verglichen, jegliche Form von Änderungen an industriellen Anlagen durchgespielt und die ideale Konstellation für einen Prozess oder eine Anlage gefunden werden. Nachdem WITNESS in den letzten Jahren vor allem zur Validierung und Umsetzung von Lean-Manufacturing-Konzepten eingesetzt wurde, könnte sich Industrie 4.0 zum nächsten großen Thema entwickeln.

Viele große und globale Firmen benötigen kurze Durchlaufzeiten für neue Konsum- und Wohlstandsgüter aller Art. Um diese Konsum- und Wohlstandsgüter großen Bevölkerungsschichten zu erschwinglichen Preisen zugänglich zu machen, sind gute Teams von Produktentwicklern als auch schnelle und flexible Werkzeugbaufirmen erforderlich. Die Durchlaufzeiten für Neu- und Prototyp-Werkzeuge von drei bis fünf Wochen, einschließlich CAD (Computer Aided Design)-Werkzeugkonstruktion, CAM (Computer Aided Manufacturing) -Programmierung und CNC (Computer Numerical Controlled) Fertigung sind zum Stand der Technik geworden. Wie und durch was wurden diese Ziele erreicht?

IoT – the Internet of Things – is part of the dramatic changes sometimes referred to as “digital transformation” or “digital disruption”. The combination of new disruptive business models based upon networked environments, an ubiquitous sensor and actuator infrastructure and the availability of “limitless” computing power and data storage are key drivers of IoT. All of this combined with a socio-economic environment to exploit the potentials of all systems (power grids, hospitals, banks, fleets of locomotives, cars, airplanes, aso.) 
for all users (manufacturers, operators, professionals, consumers) have created the current IoT hype.

Dealing with IoT we learned that four key issues require special attention when dealing with IoT solutions: Standards, Security, Code and Knowledge and the Integration of Humans.

Performance, cost and feasibility to connect sensors, actuators, existing and new infrastructure on a global basis to collect data and implement means to intelligently react upon such information depends among other things on the availability of ready to use, proven and robust standards. Unfortunately there is not a single standard to do the job and only part of the installed base really consists of devices and (software) applications that adhere to such standards. The ability to deal with proprietary interfaces in the field is therefore extremely important while at the same time knowledge about existing standards and driving new standards is of key importance when implementing IoT projects.

Another extremely important subject is “security”. IoT requires to deal with all aspects of security in an extremely professional way, i.e. computer and network security, data privacy and protection, both by design and from a day-to-day operational perspective. EU’s new General Data Protection Regulation (GDPR) will come into force on the 25th of May 2018. This and increasing cyber crime activities mandate appropriate security measures.

IoT is tightly connected with data analysis and machine learning. This is one of the reasons why we need to have a clear understanding about code and knowledge and how to distinguish between and deal with the two disciplines.

And last but not least IoT is not limited to 100% automated robotic environments. We (humans) are still part of the equation, be it as those who invent and manufacture components or design the IoT solution, humans are operating complex IoT infrastructure or we are users. It is thus extremely important to have a crystal clear picture about roles of human beings and the way how we interact in IoT environments with complex machinery.

Digitalisierung ist eine der größten Herausforderungen in der Innovation. Viele Technologien sind disruptiv und zerstören bestehende Geschäftsmodelle. Die Digitalisierung wirkt dabei auf drei Ebenen: Produkte, Prozesse und gesamte Geschäftsmodelle. In diesem Beitrag wird beschrieben, wie die Digitalisierung Wertschöpfungslogiken verändert, welche Herausforderungen entstehen und wie Unternehmen sich erfolgreich darauf einstellen können. Wir geben sieben Handlungsempfehlungen für Unternehmen, die sich mit dem Thema Digitalisierung und Disruption des eigenen Geschäftsmodells auseinandersetzen: 1) ein klares Verständnis des zu lösenden Kundenproblems schaffen, 2) ein Bewusstsein der Dringlichkeit entwickeln, 3) die Digitalisierung auf das gesamte Geschäftsmodell beziehen, 4) den Strategieprozess im Sinne des Open Innovation Gedankens öffnen, 5) Schnellboote entwickeln, statt Tanker umbauen, 6) Kooperationen mit Start-ups erwägen und 7) eine entsprechende Fehlerkultur entwickeln.

Industrie 4.0 als Schlagwort erfährt aktuell eine große Aufmerksamkeit. Doch bereits die Wahl des Namens ist unglücklich, weil der Begriff in der öffentlichen Meinung mit maschinen- und anlagenlastigen Großunternehmen assoziiert wird und als Konsequenz viele Unternehmen das Thema für sich nicht auf dem Radar haben. Dieser Schritt ist umso verständlicher, weil das Thema eine enorme Komplexität auf unterschiedlichsten Ebenen aufweist, deren Wahrnehmung durch sich widersprechende Aussagen noch verstärkt wird. Dieses Vorgehen ist jedoch problematisch, weil dadurch wertvolle Weichenstellungen für die Zukunft verabsäumt werden. Ziel dieses Beitrags ist es, ein pragmatisches Bild hinsichtlich Industrie 4.0 zu zeichnen und darauf aufbauend, durch einen einfachen Fragenkatalog, eine sinnvolle Fokussierung für Unternehmen individuell abzuschätzen.

Aufgrund zunehmender Dynamik und Komplexität wird es für Organisationen und Unternehmen wettbewerbsentscheidend, die eigenen Innovationsfähigkeiten permanent weiterzuentwickeln. Ein potenzieller Zugang zur Steigerung der Innovationsfähigkeit besteht darin, potenzielle Trends und Entwicklungen den einzelnen Bausteinen eines Geschäftsmodells zuzuordnen und deren Auswirkungen zu erforschen. Durch entsprechende Verknüpfung von speziellen Methoden und Instrumenten zu einem Methodenmix sollen die Auswirkungen von Entwicklungen und Trends sichtbar gemacht, Erkenntnisse gewonnen und davon abgeleitet zukunftsfähige Adaptionen des Geschäftsmodelles vorgenommen werden. Als Basis für die trendgebundenen Geschäftsmodellinnovation dient den Autoren für das gegenständliche Geschäftsmodell der Businessmodel-Canvas nach Osterwalder und Pigneur, bei welchem die neun Bausteine wie Kundensegmente, Wertangebote, Kanäle, Kundenbeziehungen, Einnahmequellen, Schlüsselressourcen, Schlüsselaktivitäten, Schlüsselpartnerschaften und Kostenstruktur mit Fokus auf einen größtmöglichen Kundennutzen mittels Einsatzes spezieller innovativer Methoden/Instrumente verknüpft werden, um eine Idee bzw. einen Schritt besser zu sein als die Konkurrenz. Das selbst entwickelte Konzept der „trendgebundenen Geschäftsmodellinnovationen“ stellt diesen Prozess in sechs Phasen dar: 1) Identifizierung der relevanten Trends, 2) Auswirkungen auf einzelne Bausteine, 3) Einsatz neuer Innovationstechniken, 4) neue Bausteine zu Geschäftsmodell zusammenführen, 5) Abstimmung der einzelnen Bausteine aufeinander sowie 6) Implementierung des neuen Geschäftsmodells inklusive Rückkoppelungsschleifen. Aufbauend auf diesem Konzept wird mittelfristig ein „Trendantizipierende Geschäftsmodellinnovationen – Methodenkoffer“ entwickelt, der 22 Innovationsinstrumente mit den neun Bausteinen des Businessmodel nach Canvas verknüpft. In einem Praxisbeispiel wird die Umsetzung des Modells dargestellt.

Eine Studie der IEA (2017) belegt, dass ca. 41 % des Energiebedarfs in Europa durch Kühlen und Heizen von Gebäuden verbraucht wird. Aus Solarkarten von Europa ist ersichtlich, dass auf diesem Kontinent im Durchschnitt 800 bis 1400 kWh pro Quadratmeter und Jahr an Globalstrahlungsenergie auftreffen. In diesem Artikel wird gezeigt, wie man die Sonne als primären Energielieferant zum Heizen und Kühlen von Immobilien verwendet. Dabei kommt Technologie, wie sie bei Industrie 4.0 verwendet wird, zum Einsatz. Darüber hinaus wird schematisch konzeptuell und systemisch gezeigt, wie damit ganze Städte mit Solarenergie nachhaltig versorgt werden können.

Production environment as envisioned by the Industry 4.0 initiative will perform a transition from product manufacturers to manufacturing service providers (cloud manufacturing). This transition will increase the number of simultaneous ramp-up phases in factories significantly. However, even today’s factories struggle to master ramping up of new products with respect to planned costs, duration (time-to-volume) and achieved initial quality. The paper describes an approach based on information technology, which determines reusable semi-finished products or process segments out of historical data of a factory. Consequently the approach covers how information has to be organized within and beyond the scope of a single factory, and how the specification of a new product is semi-automatically converted into a pre-qualified production plan of the product in a specific factory. Accordingly the described approach will help to master ramp-up phases in current factories and be the basis to master future challenges for manufacturing service providers.

Sphären systemisch verstandener Gesellschaften werden zunehmend volatil, unsicher, komplex und vieldeutig. Diese Entwicklung wird durch Digitalisierungsprozesse, dem Internet der Dinge, Smart Cities und Industrie 4.0 verstärkt. Für Unternehmungen gewinnen dadurch normative Orientierungen zwecks Vermittlung von Sinn und als Leitlinien der Entwicklung bei gleichzeitiger Sicherstellung kreativer Freiräume und Entfaltungsmöglichkeiten an Relevanz. Als Führungshilfe und „Leerstellengerüst für Sinnvolles“ (Bleicher, Das Konzept Integriertes Management, Visionen – Missionen – Programme, 5., revidierte und erweiterte Aufl, Campus, Frankfurt am Main, New York, 1999, S. 16) kann dabei das systemisch, kybernetische St. Galler Management Modell 4.0 unter Betonung der Bedeutung von Dimensionen einer integrativen Verantwortung, welche deontologische, utilitaristische und situative Bereiche ganzheitlich vereint, und deren Umsetzung in einem Purpose-, Stakeholder- sowie Culture-Management 4.0, also der Vorgabe von Grundsätzen der Entwicklung der Unternehmung unter Ausgleich verschiedenster Interessenslagen sowie die Gestaltung eines entsprechenden Umsetzungsklimas, dienen.

Das Thema der Automatisierung und Digitalisierung wirkt sich direkt auf unser tägliches Leben und unsere Arbeitswelten aus. Zukunftsprognosen prophezeien einerseits viele neue Geschäftsmöglichkeiten und einen neuen Aufschwung in den Industrieländern, denen es durch Einsatz der neuen Technologien gelingen könnte, die Produktion aus den Billiglohnländern zurückzuholen. Andererseits liegen Studien vor, nach denen in den nächsten 50 Jahren die Hälfte aller Jobs durch die fortschreitende Technologisierung wegfallen wird. Schnellere, stabilere, bessere Maschinen – einerseits, treffen auf einen kulturellen und demografischen Umbruch, die steigende Destabilisierung von Sicherheit und sozialen Systemen – andererseits. In unseren Arbeitswelten trifft Management auf einen Generationenmix mit völlig unterschiedlichen Erwartungen und Zugängen zum Thema Leben, Arbeit, Leistung und Technik. Und der Fortschritt, den wir so gern und oft spielerisch nutzen und zur Kostenminimierung herbeigezaubert haben, scheint eine Eigendynamik zu entwickeln, die häufig als Bedrohung wahrgenommen wird. Die Herausforderung für das Management in der Arbeitswelt der Industrie 4.0 wird darin liegen, die Verbindung zwischen Mensch und Maschine so zu gestalten, dass das Potenzial, welches in diesem Fortschritt liegt, verantwortlich genutzt wird. Es geht vorrangig darum, so zu managen, dass jene Risiken, die die Menschen fürchten, möglichst verringert werden. Als Beispiele zu nennen wären Geschäftsverdrängung, alle Macht bei Großkonzernen und die Markteliminierung der kleineren Unternehmen, dauerhafte sozialstaatliche Abhängigkeit, Kaufkraftverlust durch Einkommens- und Jobverlust, Perspektivlosigkeit und Verlust von Selbstwert als Krankheitsauslöser oder Boden für sozialen Unfrieden. Wie aber schaffen wir es, dass wir selbst und unsere Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen user-fit genug sind und es bleiben, um die „entfesselten Besen“ zu beherrschen, anstatt von ihnen weggekehrt zu werden?

Haptic 3-D additive coating technology is laying the foundation for further development of Huafeng’s company into Industry 4.0 business environments. The current business model of the sports footwear industry is explained. This business model needs to be changed to a more non-linear cooperation network to materialize benefits of Industry 4.0. Successful Industry 4.0 needs not only investment into modern digital technology. It also needs suitable non-linear business models, a new mind set how we cooperate and how we handle transparency in the supply network, and finally skillful people who can integrate into that new environment. Industry 4.0 will create organizational structures comparable to superorganisms.

Aufgrund der schnelleren Datenübertragung und der Verbreitung drahtloser Kommunikationstechnologien intensivieren Unternehmen ihre informationstechnologische (IT)-Vernetzung. Eine solche Vernetzung kann beispielsweise über eingebettete Systeme zur Überwachung und Steuerung physikalischer Prozesse über Kommunikationsnetzwerke verbunden mit den Netzinfrastrukturen erfolgen. Dies erfolgt durch Cyber-Physische Systeme (CPS). Der vorliegende Artikel präsentiert mittels drei Fallstudien wie sich Produktionsprozesse unter Nutzung von CPS verändern können. Des Weiteren wird die CPS-Eignung für drei ausgewählte Unternehmen als Fallstudien analysiert.

Wir stehen vor einer Zeitenwende. Das Klima unseres Planeten ist bedroht, Rohstoffe werden knapp. Das Jahrhundert des Öls geht zu Ende, die Energieversorgung der Welt muss auf eine neue, nachhaltige Grundlage gestellt werden. 2050 werden fast so viele Menschen in Städten leben wie heute auf der ganzen Erde. Und es wird erstmals mehr Senioren geben als Kinder und Jugendliche. Zugleich beginnt die Ära der smarten Maschinen mit immer leistungsfähigeren Technologien der künstlichen Intelligenz. Das Smartphone war nur der Anfang: Smart Car, Smart Grid, Smart Factory, Smart Health und Smart Home prägen alle Lebensbereiche der Zukunft. Es geht um umweltfreundliche Energiesysteme, nachhaltige Mobilität, Industrie 4.0, also eine energiesparende, hoch automatisierte und flexible Fertigung, sowie intelligente Hilfen für eine immer älter werdende Bevölkerung.

Wie kann eine Gesellschaft auf Dauer demokratisch sein, wenn ihr Alltag und ihre Betriebe nicht demokratisch sind? Demokratie bedeutet die Wertschätzung, Partizipation und das „Recht aller Menschen“ zu sichern. So besteht die Aufgabe von Demokratie darin, Verfahren und Praktiken des Ausgleichs zwischen Stärkeren und Schwächeren und einen Perspektivenwechsel gerade auch im Alltag und in den Betrieben zur Verfügung zu stellen. Nur wenn Menschen tagtäglich im Alltag und in den Betrieben eindrucksvoll erleben, dass demokratische Verfahren und Praktiken sie gegen das „Recht der Stärkeren“ schützen, lässt sich auch gesamtgesellschaftlich Demokratie auf Dauer stellen. Gerade die Techniken 4.0 bergen eindrucksvolle Möglichkeiten des Ausgleichs zwischen den Prozessen der Generalisierung und der Spezialisierung. Für diesen Anspruch aber reicht das Mehrheitswahlrecht, das ja nur die Verhältnisse von starken und schwachen Kollektivsubjekten in einer Gesellschaft zu spiegeln beansprucht, diese aber nicht ausgleicht, nicht aus. So sollen hier alternative demokratische Verfahren und Praktiken wie beispielsweise das Losen von Delegierten und Entscheidungsfunktionen innerhalb und außerhalb von Betrieben diskutiert werden, die besser in der Lage sind, die geforderte demokratische Ausgleichsfunktion zwischen Stärkeren und Schwächeren zu erfüllen.

3-D-Druck, der auch als Additive Manufacturing (AM) bezeichnet wird, erfolgt durch eine schrittweise direkte und schichtweise Zuführung von Materialien, um die benötigten Werkstücke zu erzeugen. Dieses Fertigungsverfahren hat sich in den vergangenen 30 Jahren rasant entwickelt. Heute, im Kontext von Industrie 4.0, zeigt sich erst das wahre Entwicklungspotenzial von 3-D-Druck und AM. Diese haben nicht nur die Fertigungsart von einer subtraktiven auf eine additive Fertigung (AM) verändert und somit erweitert, sondern sie haben auch eine neue Ära der Produktionstechnik hervorgerufen: die der kundenspezifischen Herstellung.

Jetzt, da sich die 3-D Druck-Technologie zunehmend etabliert und verbreitet sowie in unterschiedlichsten Branchen angewendet wird, geht die Aufmerksamkeit beim 3-D-Druck und beim AM hin zu Qualitätsthemen und möglichen Qualitätsstandards. Daher ist auch ein Teil des österreichischen FFG-Projektes „Polygenferos 4.0“ der Untersuchung gewidmet, wie man eine bessere Qualität beim 3-D-Druck oder AM im Allgemeinen gewährleisten könnte. Darüber hinaus sollen geeignete Lösungswege für bestehende Probleme des 3-D-Drucks gefunden werden, weil dies, aus der Sicht der Technologienutzer in den Betrieben, eine dringend zu lösende Aufgabe bzw. Herausforderung ist. Dazu wurden in diesem Projekt technologienutzende Betriebe, die mit dem Thema 3-D-Druck und AM befasst sind, aus Oberösterreich und Kärnten von der FH-Kärnten zu einem Innovationsworkshop zum Thema Qualifizierungslabor für 3-D-Druck eingeladen. Die Ergebnisse dieses Workshops werden hier zusammenfassend dargestellt und interpretiert.

“Leading from the emerging future”, unter diesem Schlagwort hat Otto Scharmer zur inversiven Selbstregulierung von Menschen und Institutionen, auch und im Speziellen im Bildungsprozess, angeregt. Der nachfolgende Kurzartikel ermutigt zur schöpferischen NeuBildung im 4.0 Zeitalter, in dem der Mensch sich als geistig selbststehend, zusammenhängend und intermittierend begreift. Anbei finden sich praktische Anwendungsbeispiele und ihre Einbettung in den Verstehenskontext.

In dem Beitrag wird das Konzept der Projektes MMO3D am aktuellen Stand erklärt. Dabei erfolgt die Erklärung einerseits von einem systemischen Aspekt der Kooperation und Nachhaltigkeit heraus, wie aus einem der Inhaltsstruktur. Der Aspekt der Nachhaltigkeit wird zunächst grundgelegt und nachfolgend im Hinblick auf die soziale Wirksamkeit im seinem Mikro-, Meso- und Makroraum analysiert und eingeordnet. Dabei wird die Bildung von Ordnung oder Syntropie an Hand von Beispielen der konkreten Umsetzung und ihrer theoretischen Spiegelung, auf Basis systemtheoretischer Modelle, praktisch demonstriert. Das MMO3D Projekt weist inhaltlich die Struktur eines modularen Konzeptes auf, wobei in dieser Arbeit einzelne Wirkungsweisen davon vorgestellt werden. Das Projekt „in statu nascendi“ wird parallel und in Modulen, interdisziplinär Firmen und grenzübergreifend erstellt. Dabei gilt es einerseits ein neues Verfahren zu entwickeln, jedoch eine für die weitere nachhaltige Forschung, Forschung 4.0, als wesentlich erachtete Flexibilität, auch im Sinne der späteren Anwendung im Konzept Industrie 4.0 zu erhalten, bei gleichzeitigem Verwenden bewährter Technologien in Teilbereichen, um die Entwicklungsgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die emergierenden Komponenten des Projektes, in Bezug auf den 3-D-Druckkopf sind, Beschichtungsstation, Druckstation und Temperaturerfassungsprüfstand, die mit Hilfe von Projektmitarbeitern und Praktikanten, entworfen, konstruiert, gebaut und zum Teil schon getestet wurden.