Die Zukunft ist hier und jetzt

Industrie 4.0

Die Zukunft ist hier und jetzt

Industrie 4.0-Anwendungen in der Praxis

Industrie 4.0 – für die meisten ein abstraktes Konzept, für die wenigsten mit konkreten Vorstellungen behaftet, von vielen sogar als Bedrohung wahrgenommen. Dabei kennen wir Digitalisierungsprozesse seit eh und je, wie sich am Beispiel von Musik zeigt. Wer den Anschluss nicht verpassen will, sollte sich mit den Chancen von Industrie 4.0 auseinandersetzen. So lassen sich Industrie 4.0-Projekte in drei Dimensionen teilen. Jede einzelne hält bereits für sich spannende Potenziale bereit. Doch die Kopplung aller drei Dimensionen bringt eine neue, gewinnbringende Dynamik mit sich, was sich an konkreten Anwendungsfällen verdeutlichen lässt.

Welcher IT-Interessierte hat heute noch nicht von Industrie 4.0 gehört?

Zumindest der Begriff sollte den meisten schon einmal zu Ohren gekommen sein.Nicht? Dann sollten Sie erst recht weiterlesen. Doch trotz des allgemeinen Hypes bietet es sich an, das Konzept noch einmal neu herzuleiten. Nicht, wie üblich, am Beispiel der Entwicklung Dampfmaschine – Massenproduktion – Automation – Digitalisierung, sondern anhand von Musik.

Von Kammermusik bis Smartphone: Digitalisierung der Musik

Der technische Fortschritt von Musik lässt sich in vier revolutionäre Sprünge gliedern: Zu Beginn gab es Musik nur als Kammermusik oder live im Rahmen von Konzerten. So war es nur der wohlhabenden Bevölkerung vergönnt, in ihren Genuss zu kommen und auch hier waren die Klangwelten nicht „on demand“ verfügbar. Die Erfindung des Grammophons und sein Einzug in die ersten privaten Haushalte stellt die „erste Revolution“ dar. Den nächsten technologischen Sprung verbuchte die Musik mit dem Aufkommen von Schallplatte und Tonband sowie den dazugehörigen Abspielgeräten. In der darauf folgenden dritten Phase wurden Walkman und der portable CD-Player entwickelt. Mit diesen Weiterentwicklungen wurde es für Konsumenten immer einfacher und vor allem zahlbarer, Musik auch unterwegs zu genießen.

Innerhalb der letzten Dekade ist es mit Formaten wie bspw. MP3 gelungen, Songs auch ganz ohne musikspezifische Devices zu konsumieren. Anstelle von Walk- oder Discmen treten heute moderne Smartphones, mit denen wir Musik nicht nur hören, sondern sie auch beschaffen, individuell für uns zusammenstellen und teilen können – an Ort und Stelle, global und zu jeder beliebigen Zeit.

An diesem Beispiel zeigt sich: Digitalisierung ist nicht bedrohlich, sie begleitet uns schon seit jeher. Als technischer Fortschritt erschließt sie zunächst neue Möglichkeiten, die in ihrer Gesamtheit anfangs kaum absehbar sind.

Die drei Dimensionen von Industrie 4.0-Projekten erlauben verschiedene Einsatzmöglichkeiten.

Die drei Dimensionen von Industrie 4.0-Projekten

Die Digitalisierung ist Basis aller Industrie 4.0-Projekte. Indem es technisch möglich ist, dass alle Systeme und Akteure miteinander kommunizieren, ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Das Zusammenspiel aus Globalisierung und Mobilisierung der Menschen ermöglicht die Unterscheidung in drei Dimensionen:

1. Horizontale Prozesse
Oft stellen Unternehmen nicht alle Komponenten einer Lösung selbst her, sondern greifen auf Spezialanbieter zurück. Entscheidender Faktor ist die damit verbundene Kosten- und Ressourceneinsparung. Jedoch führt diese Art der Kooperation oft zu einem Verlust der Transparenz. Ziel muss es daher sein, die horizontalen Prozesse so zu gestalten, dass alle Beteiligten ihre Daten miteinander austauschen können und somit frühzeitig auf Ereignisse und Probleme hingewiesen werden. Zu den horizontalen Prozessen gehören zudem alle Kommunikationsvorgänge, die zwischen Unternehmen und Kunde stattfinden.

2. Vertikale Prozesse
Der Unterschied zwischen horizontalen und vertikalen Prozessen liegt in ihrer Transparenz. Vertikale Prozesse sind alle Vorgänge, die ein Unternehmen kontrollieren kann. Sie müssen aus mehreren Perspektiven stetig optimiert werden. Einen Ansatzpunkt stellt die Nutzung von Sensoren dar, die dazu dienen, Daten erst einmal zu erzeugen. Die gesammelten Sensordaten können im nächsten Schritt mit den Daten aus anderen Anwendungen und Systemen ausgetauscht werden. Um neue Erkenntnisse zu gewinnen, bietet es sich an, all diese Daten final auszuwerten. Grundsätzlich gilt: Je weniger fehleranfällig, je flexibler und je stärker automatisiert die vertikalen Prozesse, desto effizienter sind sie zu bewerten.

3. Durchgängiges Engineering
Bevor ein Produkt oder eine Dienstleistung angeboten werden kann, muss es verschiedene Entwicklungsstufen durchlaufen. Die individuellen Phasen dieser Entwicklung werden von den jeweiligen Spezialisten (Ingenieure, Designer, Tester usw.) verantwortet. Ziel ist es daher, die Daten einer Entwicklungsstufe den relevanten Kollegen zur Verfügung zu stellen. Die Kollegen müssen dabei gar nicht zwingend geographisch voneinander getrennt sein. Auch am gleichen Standort muss die Kommunikation so einfach und fehlerlos wie möglich erfolgen. Der Mehrwert ergibt sich aus dem direkten Austausch der Daten untereinander. Für die Problemstellungen aller drei Dimensionen gibt es eine ganze Reihe von Software-Lösungen. Diese sind aber weder neu noch haben sie mit dem Thema Industrie 4.0 zu tun. Industrie 4.0 ist vielmehr die konzeptionelle Klammer für die Optimierung und Digitalisierung der Vorgänge.

„Mehr Transparenz, weniger Fehler, erhöhte Produktionsqualität – von den konkreten Anwendungsfällen in den drei Industrie 4.0-Dimensionen profitieren alle Unternehmensbereiche.“
Thomas Steuer, Senior Manager Consulting der PROFI AG.

Was ist wirklich neu? – Anwendungsfälle für horizontale Prozesse

Es gibt etablierte Lösungen für den automatisierten Datenaustausch mit Geschäftspartnern, wie Electronic Data Interchange (EDI). Dabei werden unterschiedlichste Datenformate und Protokolle von einer entsprechenden Middleware so umgesetzt, dass die internen Systeme die Daten sofort verarbeiten können. Die Konvertierung funktioniert dabei natürlich in beide Richtungen. Solche Szenarien gehören jedoch zur gängigen Praxis und sind nicht neu.

Neu hingegen wäre es, wenn man Sensoren in dieses Umfeld einbinden würde. So ließe sich zum Beispiel Einblick in die Leistungsdaten der Erzeugnisse beim Produzenten nehmen, um daraus wichtige Erkenntnisse auf Herstellerseite zu gewinnen. Dies hätte den Vorteil, dass Probleme sofort beim Hersteller bekannt wären. Denkt man das Szenario weiter, landet man bei der vorausschauenden Instandhaltung (Predictive Maintenance): Werden bestimmte Muster festgestellt, lassen sich eventuelle Leistungsausfälle frühzeitig erkennen und durch entsprechende Maßnahmen gänzlich vermeiden.

Ein weiterer Anwendungsfall wäre die Ausstattung von Transporten mit Sensoren. So könnte man alle Signale an zentraler Stelle sammeln, um eine Übersicht über die Lieferketten zu erhalten und frühzeitig zu erfahren, ob Termine eingehalten werden können oder nicht.

Anwendungsfälle für vertikale Prozesse – Alle Bereiche profitieren

Bei den, von den Unternehmen selbst kon­trollierten Prozessen gibt es sehr viele Möglichkeiten, durch Digitalisierung Mehrwerte zu schaffen. Das gilt für alle Facetten des Betriebs: Nicht nur für die Produktion mit smarten Maschinen, die große Datenmengen erzeugen und untereinander kommunizieren, sondern auch für kaufmännische Abläufe in der Verwaltung.

So lohnt es sich immer dann, die Vorgänge genauer zu beleuchten, wenn in einem Prozess ein Medienbruch vorliegt. Dabei sollte der Kosten-Nutzen-Aspekt nicht außer Acht gelassen werden. Oft zahlt sich die genauere Betrachtung aber auch bei Nebeneffekten aus. So kann es zum Beispiel sein, dass die Mitarbeiter mit Einführung einer neuen Technologie ihre Zeit für sinnvollere Aufgaben nutzen oder sich die Qualität von Prozessen durch den Einsatz der Software erhöht.

Weniger Fehler, mehr Qualität

Wie die Digitalisierung der vertikalen Prozesse konkret aussieht, hängt vom jeweiligen Anwendungsbereich ab. Grundsätzlich gilt: Durch die anfallenden Produktionsdaten der smarten Maschinen können Erkenntnisse mit statistischen und mathematischen Methoden gewonnen werden. Die Erkennung von Mustern in derart großen Datenmengen ist dem Menschen nicht möglich. Die Muster können aber dazu führen, dass Fehler reduziert werden, die Produktionsqualität im Durchschnitt steigt und Maschinen weniger Ausfälle verzeichnen.

Im kaufmännischen Umfeld ist es oftmals schon ein Fortschritt, wenn überhaupt alle möglichen Prozesspfade bekannt sind. Ist das der Fall, könnte man im nächsten Schritt überlegen, die wichtigsten Vorgänge oder Teile zu automatisieren. Ziel muss es sein, die Abläufe über Abteilungs- und sogar Unternehmensgrenzen hinweg zu digitalisieren.

Je mehr Prozessarbeitsschritte transparent gemacht werden, desto größer die Möglichkeiten des Re-Engineerings. Letztlich lässt sich nur optimieren, was messbar ist.

Überall verfügbare Daten: Anwendungsfälle für kontinuierliches Engineering

Ähnlich wie der elektronische Datenaustausch ist auch eine Kollaborationsplattform nichts Neues. Projekträume, Datei-Sharing und Web 2.0-Funktionen sind längst verfügbar und lohnen sich für eine große Anzahl an Kollegen oder physisch verteilte Teams. Die Neuerung umfasst also nicht die Integration und das Teilen von Daten über Jobgrenzen hinweg, vielmehr geht es um die Anbindung der Applikationen und die automatische Extraktion der Daten in die Kollaborationsplattfom. Dabei ist die Idee, dass Kollegen für ihre Arbeit mit einem neuen Produkt oder einem neuen Service ihre bekannte und bewährte Anwendung nutzen. Die darin enthaltenen Leistungsdaten müssen eventuell in einer späteren Entwicklungsstufe getestet werden. Mit einer Integrationslösung ist das kein Problem: Hier können alle Daten zentral zusammenlaufen, sodass der Kollege, der die Tests durchführt, die Daten in der Kollaborationsplattform oder automatisch in seiner speziellen Anwendung als Vorgaben sieht.

Die tatsächlichen Werte können dann wieder per Integrationsmodul zurücklaufen. Auf diese Weise sind die Kollegen jederzeit in der Lage, den Ist-Zustand im Entwicklungsprozess abzurufen. Gleichzeitig können Informationen, die für mehrere Kollegen interessant sind, auf der gemeinsamen Plattform geteilt werden.

Akteure und Themen der Digitalisierung

Alle Dimensionen vernetzen: Anwendungsfall für ein digitales Unternehmen

Aus den verschiedenen Industrie 4.0-Dimensionen lässt sich sehr schnell ein Anwendungsfall konstruieren, bei dem alle Systeme und Akteure miteinander vernetzt sind. Dieser Fall könnte folgendermaßen aussehen: Der Prozess wird durch einen Kunden gestartet, der in einer App Kontakt zum Unternehmen aufnimmt. Ein Vertreter des Unternehmens berät den Kunden daraufhin entweder virtuell oder in Person. Das gemeinsame Projekt wird besprochen. Im nächsten Schritt erarbeitet das Unternehmen einen Vorschlag, der dem Kunden in einer Konfigurationsanwendung zur Verfügung gestellt wird. Der Kunde prüft die Konfiguration und bringt Sonderwünsche an. Ist die finale Fassung verabschiedet, wird das konkrete finanzielle Angebot ausgehandelt.

Projektteam und Kunde haben jederzeit alles im Blick

Nach Vertragsabschluss können bestimmte Subsysteme oder Teile von Zulieferern automatisch geordert werden. Die Leistungsdaten wandern intern in einen Projektordner, auf den das gesamte Projetteam Zugriff hat. Standardisierte Maschinenteile können dabei konzeptuell wiederverwendet werden. Während die Zulieferer die Teile fertigen, ist das Unternehmen über die Termine von Produktion und Auslieferung unterrichtet. Pläne, Aufträge und Rechnungen werden über sichere Datenverbindungen ausgetauscht.

Sind alle Teile eingetroffen, beginnen im Stammwerk die Montage und erste Tests an der Maschine. Dabei werden die Leistungsdaten automatisch mit Sensoren erfasst und an das Projekt überspielt. Die verantwortlichen Ingenieure vergleichen Soll- und Ist-Werte. Währenddessen wird der Kunde proaktiv über die Entwicklung informiert und kann die Maschine später persönlich abnehmen.

Dieses Beispiel berücksichtigt alle zuvor beschriebenen Dimensionen. Jeder Vorgang ist dabei digital unterstützt. In diesem Zusammenhang ist es außerdem von Bedeutung, die Service-Leistungen, wie Installation und Wartung, digital weiterzuentwickeln. Somit können sich Unternehmen vom Wettbewerb abheben, indem sie ihren Kunden eine Rundumbetreuung bieten.

„Supply Chain Total“: Umfassende Transparenz in der Lieferkette

Innerhalb der End-To-End-Lieferkette finden heute bereits alle Dimensionen der oben beschriebenen Integrationen konkrete Anwendungsfälle. Jedoch wird die Digitalisierung in einem Unternehmen meist nur partiell und in einzelnen Prozessabschnitten umgesetzt.

Betrachtet man die Kernfunktionalitäten Lager und Transport innerhalb der Lieferkette, gilt es, eine Symphonie der Applikationen zu orchestrieren. Um dies zu erreichen, sind der Ausbau und die Implementierung einer modularen, stabilen und agilen Systemlandschaft entscheidend. Diese muss alle wichtigen Prozesse und Funktionalitäten des betroffenen Unternehmensbereichs sowie die mit der Digitalisierung einhergehenden technologischen Entwicklungen beherrschen.

Ein professionelles Event Management trägt maßgeblich dazu bei, die Liefer-, Fertigungs- und Verteilungsprozesse optimal zu steuern.

Lagerwesen und Transport – So erfolgt der Datenaustausch

Es müssen zum Beispiel im Lagerwesen, neben integrierten Produktionsprozessen, auch die Kernprozesse des Wareneingangs, die internen Lagerprozesse und die Vorgänge des Warenausgangs abgebildet sein. Zudem sollten unterstützende Vorgänge, wie Ressourcen- und Arbeitsmanagement, Monitoring, Chargenverwaltung, Cross-Docking, Materialflusssteuerung, autonome Kommissionier- und Transportsysteme, RFID-Anbindung und die Möglichkeit des horizontalen Datenaus­tauschs in einem betriebswirtschaftlich sinnvollen Maß ausgeprägt sein.

Dieser horizontale Datenaustausch findet unter anderem mit der Funktionswelt aus Logistik und Transport statt. Um die Aufgaben im Transportmanagement effizient zu erfüllen, werden Standardfunktionalitäten, wie Transportauftragsmanagement, Frachtenplanung, Ausschreibungsprozesse, Frachtendurchführung und -überwachung sowie Frachtabrechnung eingesetzt. Zur Sicherstellung einer stabilen Logistik müssen zusätzlich zu diesen Kernfunktionalitäten auch die Ansprüche an ein adäquates Reporting, diverse Analysefunktionen, eine Dokumentenverwaltung, das Ausgabemanagement sowie die Integration und Konnektivität gewährleistet sein.

Komplexe Transportketten durch integrierte Funktionalitäten beherrschen

Bei Unternehmen mit komplexen Prozessvarianten an der Rampe und einer großen Anzahl von Lieferungen sowie vielen Wareneingangs- und -ausgangstoren sollte man die Implementierung einer entsprechenden Anlieferungs-/Torsteuerung bzw. einer kompletten Hofsteuerung erwägen. So wird es möglich, vielschichtige Transportketten zu beherrschen und Transparenz in der gesamten Zulaufsteuerung zu schaffen. Zu den Kernfunktionalitäten der Software gehören Planen, Steuern, Realtime-Überwachen und Dokumentieren. Um jedoch den Unternehmenszielen, wie Wegeoptimierung, Prozesssteuerung, Termintreue oder einer Erhöhung der Umschlagszahlen näher zu kommen, sollten weitere Technologien problemlos integrierbar sein. Dazu gehören beispielsweise Straßenfahrzeugwaagen, Verkehrsleitsysteme oder Selbstbedienterminals.

Um die „Supply Chain Total“ durchzusetzen, müssen die Prozesse innerhalb der oben genannten Module und die Prozesse innerhalb der Fertigung harmonisch orchestriert werden. Grundvoraussetzung hierfür sind organisationsübergreifende Informationen bezüglich Supply Chain beeinflussender Ereignisse. Können diese geliefert bzw. erzeugt werden, kann ein Event Management maßgeblich dazu beitragen, den laufenden Liefer-, Fertigungs- und Verteilprozess optimal zu steuern. Funktionen, wie Tracking und Tracing, die aktuelle Fortschritts- und Statusmeldungen über eingetretene und überfällige Ereignisse in Echtzeit liefern, helfen bei der automatischen Überwachung des Gesamtprozesses.

Bei alledem ist zu bedenken, dass die Komplexität heutiger Lieferketten eine der größten Herausforderungen darstellt, der sich ein Unternehmen annehmen muss. Zur Bewältigung sind daher organisationsübergreifende, agile, transparente und vernetzte Logistikprozesse mit Fokus auf ein effizientes, bedarfsgesteuertes Logistiknetzwerk unabdingbar.

Fit for the future – Voraussetzungen schaffen

Doch wo stehen Unternehmen heute wirklich? Was bedeuten die Digitalisierung und Zentralisierung der Lieferkettenprozesse für das heutige Geschäft? Leider realisieren viele Verantwortliche zu oft nur das technisch Machbare, auch wenn kein echter Mehrwert nachgewiesen werden kann. Häufig werden entscheidende Fragestellungen vergessen oder zu Beginn hintenangestellt. So wird zum Beispiel außer Acht gelassen, was die Entwicklung für die heutigen Absatz- und Beschaffungsmärkte bedeutet, was sich am Produkt ändern und ob es zukünftig überhaupt noch „benötigt“ oder ggf. substituiert wird. Außerdem unberücksichtigt bleibt viel zu häufig die Frage: Was macht eigentlich der Wettbewerb?

Parallel zu diesen Überlegungen muss das Unternehmen selbst auf den Prüfstand. Dabei muss begutachtet werden, welche Auswirkungen die zu erwartenden Entwicklungen auf die Prozesse und die Organisation an sich haben und ob sich diese, abgesehen von der IT, überhaupt schon auf dem Niveau befinden, um der „Neuen Welt“ zu begegnen.

Reifegradanalysen helfen bei konkreter Maßnahmenplanung

Bei der Beantwortung dieser Fragen helfen entsprechende Reifegradanalysen. Dabei kommt der aktuelle Stand der einzelnen Bereiche innerhalb der Prozess- und Applikationslandschaft, der Organisation und der Strategie zum Ausdruck. Es wird deutlich, wohin einzelne Bereiche entwickelt werden müssen und welche Handlungsmaßnahmen dafür zu ergreifen sind. Fasst man diese Handlungsmaßnahmen themenübergreifend in einem integrierten Umsetzungsplan zusammen, ist das Unternehmen auf dem besten Weg „fit for the future“ zu werden.

Fazit

Unabhängig davon wie clever technische Lösungen oder Software sind, bestimmte Dinge lassen sich auch durch künstliche Intelligenz nicht ablösen. Dazu gehört neben manuellen Vorgängen auch die Kreativität des Menschen. Denn eines zeigt die voranschreitende Technologie anhand des Musikbeispiels: Wenn sich die technologischen Bedingungen ändern, kann sich das gesamte Geschäftsmodell ändern. Das bedeutet zugleich, dass ein funktionierendes Geschäftsmodell nicht zwangsläufig für unbestimmte Zeit funktioniert. Wenn die Mehrzahl der Musikkonsumenten eben nicht mehr im Konzertsaal sitzt, sondern lieber seine individuelle Playlist via Kopfhörer in der U-Bahn hört, dann hat dies Auswirkungen auf die gesamte Industrie. Konkret bedeutet das: Bestehende Geschäftsmodelle müssen immer wieder hinterfragt und ganzheitlich neu gedacht werden. Genau dies tut der Wettbewerb auch. Über die dafür erforderliche Kreativität verfügt nur der Mensch.

Bisher führte bzw. führt jede industrielle Revolution durch technischen Fortschritt zu einer epochalen Erhöhung der Produktivität, einer bedeutenden Veränderung der wirtschaftlichen Verhältnisse sowie des Konsumentenverhaltens und brachte soziale und demografische Veränderungen mit sich – die Zukunft hat bereits begonnen!

Thomas Steuer,
Senior Manager Consulting der PROFI AG