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Über dieses Buch

Zunehmende Vernetzung von Unternehmen durch gemeinsame Nutzung von Produktionskapazitäten leistet einen maßgeblichen Beitrag zur Reduktion von Kosten und Kapitalbindung sowie Steigerung der Flexibilität, Resilienz, Kundenzufriedenheit und des Umsatzes. Die „Sharing Economy“ findet nach und nach auch im Business-to-Business-Umfeld Anwendung. Klassische Beziehungen zwischen Unternehmen lassen sich dabei idealerweise mittels digitaler Plattformen abbilden und Produktionskapazitäten auf elektronischen Marktplätzen handeln. Additive Fertigungsverfahren eignen sich nicht zuletzt aufgrund breiter Einsatzmöglichkeiten und einfachem Austausch von Produkt- und Produktionsdaten besonders gut für den digitalen Handel.

Dieses Buch befasst sich mit den Facetten von Sharing Economy in der Industrie. Beleuchtet werden Themen wie unternehmensübergreifende Zusammenarbeit, additive Fertigung, Geschäftsmodelle, Informationssysteme und Marktmechanismen zum Kapazitätshandel. Anhand eines praxisnahen Einblickes in die Marktplattform zeigt sich die Anwendbarkeit für Unternehmen. Das Werk bietet damit eine Grundlage für die Gestaltung einer vollständig integrierten Plattform für den digitalen Handel von Produktionskapazitäten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Digitale Dienstleistung für die Produktion

Frontmatter

Kapitel 1. Sharing Economy in der Industrie – Eine Einführung

Zusammenfassung
In einem Umfeld geprägt von digitaler Transformation und Globalisierung sehen sich produzierende Unternehmen einer zunehmenden Marktdynamik, Kostendruck und anspruchsvolleren Kundenanforderungen ausgesetzt. Dies erfordert Flexibilität und Anpassungsfähigkeit, weshalb neue Lösungen der Zusammenarbeit notwendig werden. Insbesondere digitale Plattformen erleichtern bzw. ermöglichen die Umsetzung interorganisatorischer Produktionsnetzwerke. Der Einsatz von Sharing Economy in der Industrie kann zum Beispiel durch einen Marktplatz zum Handel additiver Produktionskapazitäten umgesetzt werden. Eine solche Plattform unterstützt Unternehmen dabei, Auftragsrisiken zu reduzieren und die Reaktionsfähigkeit auf veränderte Marktbedingungen zu verbessern. Begonnen mit einer Einführung in die Digitalisierung als Treiber komplexer Liefernetzwerke, wird anschließend das Geschäftsmodell für den effizienteren Einsatz von Produktionskapazitäten motiviert und erläutert, wieso sich die additive Fertigung als Ausgangspunkt einer industriellen Sharing Economy eignet.
Axel Winkelmann, Christoph Flath, Frédéric Thiesse

Kapitel 2. Interorganisatorische Vernetzung in der Produktion

Zusammenfassung
Digitale Innovationen ermöglichen zunehmend die Implementierung von interorganisatorischen Produktionsnetzwerken, die durch die Nutzung von Synergiepotenzialen zur Erreichung von Zielen wie der Reduzierung von Auftragsrisiken und der Erhaltung von Flexibilität und Reaktionsgeschwindigkeit beitragen. Die Beschreibung und Gestaltung dieser Netzwerke stellt eine große Herausforderung dar. In diesem Kapitel erfolgt eine Analyse unterschiedlicher Formen und Effekte von Kollaboration inWertschöpfungsnetzwerken. Darauf aufbauend wird insbesondere auf interorganisatorische Produktionsnetzwerke eingegangen und deren Zweck sowie die Struktur analysiert. Abschließend wird vorgestellt, wie digitale Plattformen als Basis für die Umsetzung von interorganisatorischen Produktionsnetzwerken dienen können.
Chiara Freichel

Kapitel 3. Geschäftsmodell für den Handel von Produktionskapazitäten

Zusammenfassung
Trends wie die Sharing Economy verändern derzeit etablierte Industrien wie Gastgewerbe oder Transport. Damit entstehen neue Geschäftsmodelle, die für den Erfolg dieser Marktplätze von hoher Relevanz sind. In diesem Kapitel soll ein Geschäftsmodelldesign für einen Marktplatzanbieter zum Handel additiver Fertigungskapazitäten entwickelt werden. Ein möglichst effizienter Abgleich von Angebot undNachfrage erfordert eine ausreichende Anzahl von Plattformnutzern, weshalb die Kundengewinnung durch ein geeignetes Geschäftsmodell entscheidend ist. Das in diesem Kapitel entwickelte theoriegestützte Framework bietet die Grundlage für das Referenz-Geschäftsmodell mit den drei Elementen Nutzenversprechen, Wertschöpfungsstruktur und Ertragsmechanik.
Chiara Freichel, Adrian Hofmann

Kapitel 4. Dezentrale unternehmensübergreifende Koordination von Fertigungskapazitäten

Zusammenfassung
In den letzten Jahren sind viele Lösungen entstanden, die die gemeinsame Nutzung oder den Handel von Produktionskapazitäten in verschiedenen Branchen ermöglichen. Diese Lösungen basieren auf einer zentralisierten Plattform. Das Geschäftsmodell dieser Plattformen führt zu Transaktionskosten für die Nutzer. Zudem schaffen diese Plattformen oft dauerhafte Abhängigkeiten und es mangelt an Transparenz seitens der Betreiber. Gleichzeitig sind neue Technologien wie Blockchain entstanden, die Transaktionen dezentralisieren und versprechen, diese vielfältigen Probleme zu lösen. Dieses Kapitel bietet einen Ausblick auf eine Infrastruktur für dezentrale kollaborative Fertigung. Diese Infrastruktur kann die Grundlage für dezentrale Marktplätze für Fertigungskapazitäten bilden, ein direkter Peer-to- Peer Handel ohne zentrale Marktplattform. Dazu wurden die Anforderungen an bestehende Plattformansätze mit vorhandenen dezentralen Technologien abgeglichen. Um den Ansatz zu evaluieren, wurden Experteninterviews durchgeführt, um die Nützlichkeit zu überprüfen und mögliche Verbesserungen zu bewerten.
Adrian Hofmann, Chiara Freichel

Digitale und additive Fertigung

Frontmatter

Kapitel 5. Konventionelle vs. additive Fertigung

Zusammenfassung
Die additive Fertigung umfasst eine Reihe von Fertigungsverfahren, bei denen durch schichtweises Auftragen von Material ein dreidimensionales Objekt gefertigt wird. In direkter Konkurrenz zu den additiven Methoden stehen die konventionellen Fertigungsverfahren, die entweder durch Abtragung oder Veränderung von Ausgangsmaterial die gewünschte Form erschaffen. Wenn bei der Herstellung ein Verlust von Ausgangsmaterial auftritt, dann wird der Begriff der subtraktiven Fertigung genutzt. Dieser Begriff unterstreicht die grundsätzliche Verschiedenheit der beiden Fertigungstechniken. In diesem Kapitel werden zunächst gängige konventionelle und additive Fertigungsverfahren beschrieben und dann im Folgenden miteinander verglichen. Dazu werden vergleichbare Eigenschaften der Verfahren abgeleitet sowie Vor- und Nachteile der verschiedenen Fertigungstechniken diskutiert.
Steven Schwehm

Kapitel 6. Additive Fertigungsverfahren

Zusammenfassung
Aufgrund der Vielzahl von additiven Fertigungsverfahren wird in diesem Kapitel eine Einordnung in unterschiedliche Kategorien vorgenommen. Gegliedert wird dabei in Flüssigmaterialverfahren, Freiraumverfahren und Pulverbettverfahren sowie innerhalb dieser drei Gruppen in weitere Detail-Prozessklassen. Es wird zusätzlich untersucht, welche Materialien von welchem Fertigungsverfahren verarbeitet werden können. Analysiert werden Verfahren für Kunststoffe und Metalle. Nach einer Erläuterung der Prozessabläufe und Funktionsweisen wird detailliert auf die Charakteristika additiver Fertigungsverfahren und -geräte, wie z. B. Material, Bauraumgröße oder Schichtdicke, eingegangen.
Chiara Freichel

Kapitel 7. Algorithmen und Dateiformate für die additive Fertigung

Zusammenfassung
Die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren technologisch stark weiterentwickelt, indem immer bessere Fertigungsverfahren realisiert wurden. Um aber das volle Potential der Technologie ausnutzen zu können, wurde auch der vorgelagerte digitale Prozess stetig verbessert. In diesem Kapitel wird dieser näher betrachtet. Dazu werden die Möglichkeiten der Designerstellung betrachtet sowie die Mechanismen des Slicing. Zusätzlich warden Dateiformate, die in der additiven Fertigung zum Einsatz kommen, genauer betrachtet sowie deren Vor- und Nachteile.
Adrian Hofmann

Kapitel 8. Datenschutz und Datensicherheit in der additiven Fertigung

Zusammenfassung
Der Aufbau einer Handelsplattform für den Austausch von Produktionskapazität bringt die Betreiber in die Verantwortung, die Daten der Kunden und Anbieter nachhaltig zu schützen. Vor diesem Hintergrund wurden in diesem Kapitel anhand einer systematischen Literaturrecherche bestehende Konzepte des Datenschutzes und der Datensicherheit ergründet und in einem Framework zusammengefasst. Beginnend mit den spezifischen Aspekten der Datensicherheit in der additiven Fertigung werden anschließend Informationssysteme, die Authentifizierung, relevante Richtlinien der Informationssicherheit sowie der Umgang mit Unsicherheit betrachtet. Die Datensicherheit in der additiven Fertigung hängt demnach stark von der Sicherung der physischen Komponenten zusammen. Gleichwohl ist die sichere Kommunikation der Einheiten im System ausschlaggebend für den Erfolg einer solchen Plattform.
Luc Becker, Adrian Hofmann

Planung und Handel von Produktionskapazitäten

Frontmatter

Kapitel 9. KMU-Informationssysteme in der Produktion

Zusammenfassung
Informationssysteme bilden die Grundlage aller datenverarbeitenden Tätigkeiten in Unternehmen. Für den vollintegrierten Handel mit Kapazitäten ist daher grundsätzlich eine Vernetzung aller Informationssysteme notwendig, welche an den kapazitätsspezifischen Prozessen beteiligt sind. Um eine marktnahe Plattform entwickeln zu können, ist eine Bestandsaufnahme von verbreiteten Informationssystemen notwendig. Enterprise Resource Planning (ERP)-Systeme stellen dabei die am meisten verbreitete Form von Informationssystemen dar und bilden daher die Grundlage für viele Unternehmen. Als Zielgruppen des integrierten Handels wurden insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) definiert, sodass insbesondere KMU-spezialisierte ERP-Systeme untersucht werden. Da allerdings insbesondere produzierende Unternehmen auf Zusatzlösungen wie Produktionsplanungssysteme (PPS) zurückgreifen, sind diese ebenfalls Gegenstand der Untersuchung. Im Rahmen dieses Kapitels wird entsprechend ein breites Spektrum von Informationssystemen auf seine systemspezifischen Produktions- und Produktionsplanungsprozesse sowie auf ihre Integrationsfähigkeit durch Datenaustauschschnittstellen untersucht.
Laurell Popp

Kapitel 10. Anforderungen und Matching von Kapazitäten für die kollaborative additive Fertigung

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden auf Basis einer Interviewstudie betriebswirtschaftliche und technische Anforderungen an einen Marktplatz für den Handel additiver Fertigungskapazitäten definiert. Dabei liegt der Fokus auf den technischen Anforderungen, welche sich in den Kategorien Qualität, Material, additive Fertigungsverfahren, Verwendungszweck und Nachbearbeitung widerspiegeln. Aus diesen Anforderungen wurde ein Meta-Modell abgeleitet, das Aufträge (Produkte) mit Verkaufsangeboten (verfügbare Fertigungsverfahren und -geräte) abgleicht und dabei spezifische Produktanforderungen berücksichtigt.
Chiara Freichel

Kapitel 11. Pricing- und Marktmechanismen für den Handel von Fertigungskapazitäten

Zusammenfassung
Um den Entwurf eines Marktplatzes für 3D-Druckkapazitäten zu ermöglichen, wird hier ein IT-Artefakt vorgestellt. Das IT-Artefakt bezieht sich hierbei auf das Matching eintreffender Anfragen und bestehender Kapazitäten. Durch die automatische Anpassung von Angebot und Nachfrage bei additiven Fertigungskapazitäten trägt dieses Modul zur Verbesserung der Kapazitätsauslastung bei. Aus Sicht des Geschäftsmodells stellt die Plattform eine Peerto-Peer-Plattform dar, da sie als Vermittler zwischen Unternehmen fungiert. Der Hauptbeitrag dieser Forschung ist es zu zeigen, dass die additive Fertigung in Kombination mit bestehenden Methoden der Betriebsführung den Aufbau eines plattformbasierten offenen Produktionssystems ermöglicht.
Nikolai Stein, Christoph Flath

Kapitel 12. Datenstrukturen in Informationssystemen für unternehmensübergreifenden Kapazitätshandel

Zusammenfassung
In diesem Kapitel gilt es zu überprüfen, welche Informationen in Informationssystemen aus der Praxis zu den betriebswirtschaftlichen und technischen Anforderungen für den Handel mit additiven Fertigungskapazitäten erzeugt und gespeichert werden können. Das Meta-Model aus Kapitel 10 bietet die Grundlage für die Analyse der Datenstrukturen in fünf verschiedenen ERP-Systemen. Zur Darstellung notwendiger Daten werden die Ergebnisse als relationale Datenbankmodelle festgehalten. Mittels der Datenbankmodelle können Aussagen über die Eignung eines ERP-Systems in Zusammenhang mit dem elektronischen Marktplatz getroffen werden.
Fabian Paul, Chiara Freichel

Dienstleistung für den integrierten Handel mit Produktionskapazitäten

Frontmatter

Kapitel 13. Plattform-Demonstrator zum Handel von Produktionskapazitäten

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die bereits erarbeiteten theoretischen Grundlagen zum Handel additiver Fertigungskapazitäten in einen Praxisdemonstrator umgesetzt, um die Anwendbarkeit im Unternehmensumfeld zu evaluieren. Dazu wird zunächst die Architektur der Gesamtanwendung vorgestellt, gefolgt von einigen Besonderheiten, die insbesondere für die additive Fertigung, aber auch für die Integration und Automatisierung relevant sind. Danach werden ein Szenario aus Käufer- und eines aus Verkäuferperspektive vorgestellt. Diese beiden Szenarien demonstrieren die Anwendbarkeit der entwickelten Marktplattform für einen integrierten Handel von Produktionskapazitäten.
Adrian Hofmann, Chiara Freichel, André Drochner

Kapitel 14. Datenaustauschstrukturen bei plattformgestütztem Kapazitätshandel

Zusammenfassung
Für den integrierten Handel von Kapazitäten ist der automatische Austausch von Daten zwischen den teilnehmenden Parteien unerlässlich. Im besonderen Fokus im plattformgestützten Handel liegt dabei der Austausch von Daten zwischen den Anwendern und deren Informationssystemen und der Plattform. Damit die Integration den Anwendern leichter fällt und der Austausch systemunabhängig ermöglicht wird, ist die Definition einer Datenaustauschstruktur notwendig. Im Rahmen des Kapitels wird aufgezeigt, wie am Beispiel der DiHP-Plattform und des damit verbundenen Ökosystems eine erfolgreiche Integration von mehreren Parteien und deren Informationssystemen innerhalb eines Ökosystems realisiert werden kann. Hierzu wird eine Datenaustauschstruktur definiert und diese beispielhaft angewendet.
Laurell Popp, Frank Baumeister, Oliver Stübs, David Hock

Kapitel 15. Use-Case: Vermeidung von Lieferantenengpässen durch plattformbasierten Kapazitätshandel

Zusammenfassung
Zur Sicherstellung der praktischen Relevanz der DiHP Plattform werden Praxispartner direkt in die Evaluation des Marktplatzes eingebunden. Im Rahmen der Kooperation mit der Maul-Theet GmbH wird der Use-Case Lieferantenengpass implementiert und der Nutzen der Plattform anhand verschiedener von ökonomischen, technischen und organisatorischen Dimensionen evaluiert.
Steven Schwehm, Matthias Keil, Antonia Hammerschmidt

Kapitel 16. Use-Case: Entscheidungsunterstützung bei der Lieferantenenauswahl durch plattformbasierten Kapazitätshandel

Zusammenfassung
Zur Sicherstellung der praktischen Relevanz der DiHP Plattform werden Praxispartner direct in die Evaluation des Marktplatzes eingebunden. Im Rahmen der Kooperation mit der Betterguards Technology GmbH wird der Use-Case Entscheidungsunterstützung implementiert und der Nutzen der Plattform anhand verschiedener Dimensionen evaluiert.
Steven Schwehm, Stella Werner, Max Müseler
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