Table Of ContentMetamorphose zur intelligenten und
vernetzten Fabrik
Nils Weinert Martin Plank André Ullrich
· ·
Hrsg.
Metamorphose zur
intelligenten und vernetzten
Fabrik
Ergebnisse des Verbundforschungsprojekts
MetamoFAB
Herausgeber
Nils Weinert André Ullrich
Corporate Technology Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik
Siemens AG Universität Potsdam
München Potsdam
Deutschland Deutschland
Martin Plank
Research Production Systems
Festo AG & Co. KG
Esslingen
Deutschland
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung
und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ (Förder-
kennzeichen 02PJ4040 ff) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Verant-
wortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegen beim Projektkonsortium.
ISBN 978-3-662-54316-0 ISBN 978-3-662-54317-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-54317-7
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Vorwort
Das Schlagwort Industrie 4.0 steht für einen grundlegenden Wandel in der produzieren-
den Industrie, der durch die zunehmende Integration von informations- und kommuni-
kationstechnischen Entwicklungen in Prozesse und Abläufe der Produktion ermöglicht
wird. Diese Integration verspricht eine signifikante Steigerung der Wirtschaftlichkeit der
Produktion. Studien weisen für einzelne Kostenbereiche Potenziale von bis zu 70 % aus
(vgl. WGP-Standpunkt Industrie 4.0). Trotz dieser Prognosen sowie dem Drang und wirt-
schaftlichen Zwang schnell funktionsfähige Lösungen zu implementieren, hat sich die
Erkenntnis etabliert, dass die Transformation einer Fabrik von ihrem derzeitigen Zustand
hin zu einer vernetzten Fabrik entsprechend des Industrie 4.0-Paradigmas vielmehr evolu-
tionär als revolutionär erfolgen muss. Dementsprechend ist diese Metamorphose durchaus
eher als ein mittel- bis langfristiges als ein kurzfristiges Vorhaben charakterisiert.
Unabhängig davon stehen Unternehmen bzw. auch einzelne Betriebe heute vor der Her-
ausforderung zu entscheiden, wie sie sich diesem Wandel stellen. Zwar wurden in den
vergangenen drei Jahren – seit Beginn der Arbeiten im Verbundforschungsprojekt Meta-
moFAB – unzählige Entwicklungen, Beispielanwendungen und auch Umsetzungsemp-
fehlungen sowie Standardisierungsansätze vorangebracht. Dennoch ist der Start in den
erforderlichen Transformationsprozess oft schwierig, da vielfach die Erwartung besteht,
sofort ein langfristiges Ziel zu erreichen.
Das vorliegende Buch entstand im Rahmen des Verbundforschungsprojekts Metamo-
FAB als gemeinsamer Ergebnisbericht des Projektkonsortiums. Beteiligt waren als For-
schungspartner das Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT)
der Universität Stuttgart, der Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik, insb. Prozesse und
Systeme (LSWI), der Universität Potsdam und der Bereich Unternehmensmanagement des
Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin.
Auf Unternehmensseite waren die Pickert & Partner GmbH, Pfinztal, die budatec GmbH,
Berlin, die Festo AG & Co KG, Esslingen, die Infineon Technologies AG, München, sowie
die Siemens AG, München, beteiligt. Im Verlauf des Projekts wurde zudem die Techni-
sche Hochschule Wildau mit dem Forschungsschwerpunkt iC3 – Smart Production im
Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften als assoziierter Forschungspartner in das
Konsortium integriert.
V
VI Vorwort
Mit dem vorliegenden Ergebnisbericht möchte das MetamoFAB-Projektkonsortium
Unterstützung für verantwortliche Planer und Entscheider bieten. Dabei soll grundsätzlich
die Erkenntnis nachvollziehbar werden, dass die Transformation zur Industrie 4.0-Fabrik
das Ergebnis einer schrittweisen Metamorphose darstellt, das Ergebnis also sukzessive
und nicht in einer einzelnen Maßnahme erreicht werden kann. Weiter stellt Industrie
4.0 keinen Selbstzweck dar, sondern dient der Sicherung und dem Ausbau der eigenen
Wettbewerbsfähigkeit. Auch existieren keine fertigen und generisch anwendbaren „Off-
the-Shelf“-Lösungen. Vielmehr sind eine individuelle Bewertung, Auswahl und Imple-
mentierung von Lösungsansätzen jeweils bezogen auf die spezifische betriebliche Aus-
gangssituation erforderlich.
Um verantwortliche Planer und Entscheider bei der Gestaltung der Metamorphose des
eigenen Betriebs oder Unternehmens zu unterstützen, werden insbesondere methodische
Vorgehensweisen und Hilfsmittel sowie exemplarische Fallbeschreibungen aufgeführt.
Neben einer generellen, auf höherer Ebene angesiedelten Gesamtmethodik für die Trans-
formation geht es dabei um detaillierte methodische Hilfestellungen für die Entwicklung
der Aspekte Mensch, Technik und Organisation in der Fabrik. Speziell diese detaillierten
Methoden sollen als Orientierung sowie bei Bedarf auch als Anleitung zum praktischen
Vorgehen dienen. Gleichermaßen stellen die beschriebenen exemplarischen Anwendun-
gen Erfahrungsberichte dar, die bewusst nicht die Erwartung einer direkten Übertragbar-
keit auf andere Anwendungen, sehr wohl aber eine Hilfe hinsichtlich individueller Inter-
pretation von Lösungsansätzen und Transformationspfaden bieten sollen. Schlussendlich
geben Handlungsempfehlungen – abgeleitet aus den Erfahrungen sowohl in der Metho-
denentwicklung als auch der exemplarischen Anwendung in den Fallbeispielen – kurze
und prägnante Hinweise für die eigene Arbeit.
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministe-
riums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept „Forschung für die Pro-
duktion von morgen“ (Förderkennzeichen 02PJ4040 ff) gefördert und vom Projektträger
Karlsruhe (PTKA) betreut. Wir möchten uns insbesondere bei Frau Barbara Mesow aus
der Dresdener Außenstelle des Projektträgers für die kompetente und ausgesprochen
kooperative Zusammenarbeit bedanken.
Ebenso danken wir Herrn Bernd Schlüter für das Lektorat des vorliegenden Buches.
München, Esslingen und Potsdam Nils Weinert, Martin Plank, André Ullrich
im Oktober 2016
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung .......................................................... 1
Nils Weinert
1.1 Projektvorstellung MetamoFAB .................................... 1
1.2 Aufbau des Buches .............................................. 3
Literatur ............................................................ 4
2 Industrie 4.0 im Produktionsumfeld .................................... 5
Thomas Knothe, Jörg Reiff-Stephan, Gergana Vladova, André Ullrich, René von
Lipinski, Dirk Buße, Manuel Kern
2.1 Begriffe und Themenfelder der Industrie 4.0 ........................... 6
2.1.1 Herausforderungen – der industrielle Bedarf ..................... 6
2.1.2 Zielbild – Ein Mittwochmorgen in Berlin im Jahr 2021 ............ 8
2.1.3 Themenfelder der intelligent vernetzten Produktion .............. 11
2.1.4 Befähiger ............................................... 16
2.2 Der Mensch im Umfeld von Industrie 4.0 ............................ 23
2.3 Technologische Basis ............................................ 30
2.4 Organisatorische Basis ........................................... 32
2.4.1 Organisationsentwicklung .................................. 33
2.4.2 Organisationsgestaltung Industrie 4.0 ......................... 34
Literaturliste ....................................................... 35
3 Metamorphose zur intelligenten und vernetzen Fabrik ................... 39
Erdem Geleç, Manuel Kern, Benjamin Schneider, André Ullrich, Gergana
Vladova, Norbert Gronau, René von Lipinski, Dirk Buße, Nicole Oertwig
3.1 Vorgehensweise der Transformation zur Industrie 4.0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1 Überblick der Vorgehensweise für den Transformationsprozess ..... 41
3.1.2 Die Schritte der Metamorphose .............................. 41
3.1.3 Transformation im Unternehmen systematisch gestalten .......... 54
3.2 Befähigung der Entitäten und der Organisation ........................ 56
3.2.1 Kontextsensitive Mitarbeiterqualifizierung ..................... 56
3.2.2 Methode zur Befähigung technischer Entitäten .................. 69
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
3.2.3 Vorgehen zur Bewertung und Auswahl geeigneter
Organisationsprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2.4 Begleitung des Transformationsprozesses ...................... 93
3.2.5 Geschäftsmodellprüfstand ................................. 105
Literatur .......................................................... 117
4 Werkzeuge ....................................................... 121
Nicole Oertwig, Sven O. Rimmelspacher, Gergana Vladova, André Ullrich,
Norbert Gronau, Erdem Geleç
4.1 Transformationscockpit ......................................... 122
4.1.1 Herausforderungen ....................................... 123
4.1.2 Ziel des Transformationscockpits ........................... 123
4.1.3 Umsetzung des Transformationscockpits ..................... 124
4.2 Kommunikationsframework ..................................... 136
4.2.1 Anforderungen an ein Kommunikationsframework ............. 136
4.2.2 Lösungsansatz .......................................... 139
4.2.3 Konkrete Umsetzung ..................................... 142
4.3 Prozessbezogene Ableitung von Kompetenzen im Industrie 4.0-Kontext ... 147
4.3.1 Herausforderungen der Kompetenzidentifizierung
und -entwicklung im Unternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
4.3.2 Modellierung von Wissen ................................. 149
4.3.3 Prozessbezogene Ableitung von Kompetenzprofilen ............. 150
4.3.4 Vorgehen zur Anwendung der Methode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.5 Zusammenfassung ....................................... 158
4.4 Interaktiver Leitfaden ........................................... 158
4.4.1 Beschreibung der Funktionsweise und Vorteile ................. 159
4.4.2 Inhalte des Leitfadens .................................... 159
Literatur .......................................................... 160
5 Anwendungsbeispiele .............................................. 161
Martin Plank, Johanna Königer, Mathias Dümmler, Nils Weinert, Christian Mose
5.1 Die Festo Technologiefabrik Scharnhausen .......................... 162
5.1.1 Vision ................................................. 164
5.1.2 Transformationspfad ..................................... 168
5.1.3 Umgesetzte Blaupause: Das Energietransparenzsystem .......... 171
5.1.4 Erreichter Transformationsstatus ............................ 178
5.2 Infineon Use Case ............................................. 179
5.2.1 Vision ................................................. 181
5.2.2 Transformationspfad ..................................... 184
5.2.3 Umgesetzte Blaupause – Integrierte Liniensteuerung ............ 189
5.2.4 Erreichter Transformationsstatus ............................ 191
5.3 Fallbeispiel „Fertigung elektrotechnischer Bauelemente“ ............... 191
5.3.1 Vision ................................................. 193
Inhaltsverzeichnis IX
5.3.2 Transformationspfad ..................................... 197
5.3.3 Umsetzungsschritt / Blaupause Lastmanagement Öfen ........... 202
5.3.4 Erreichter Transformationsstatus ............................ 207
Literatur .......................................................... 208
6 Handlungsempfehlungen ........................................... 211
André Ullrich, Martin Plank und Nils Weinert
7 Vorstellung der beteiligten Unternehmen und Institute .................. 217
8 Autorenverzeichnis ................................................ 221
Stichwortverzeichnis ............................................... 223
