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Industrie 4.0. Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution

Projektarbeit 2015 23 Seiten

Informatik - Internet, neue Technologien

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Zielsetzung und Aufbau

3. Historische Einordnung

4. Industrie 4.0
4.1. Definition
4.2. Technologiedruck und Bedarfssog als Treiber
4.3. Wesentliche Konzepte

5. Chancen und Herausforderungen für die Industrie
5.1. Wesentliche Erkenntnisse aus der PwC-Marktstudie
5.2. Essenzielle Chancen
5.3. Potenzielle Herausforderungen

6. Handlungsempfehlungen und Ausblick
6.1. Industrie 4.0 Maturitätsstufen
6.2. Fazit

7. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Industrie 1.0 - 3.0

Abbildung 2: Verknüpfung einer Wertschöpfungskette

Abbildung 3: Durchschnittliche jährliche Investitionen in Industrie 4.0-Anwendungen

Abbildung 4: Herausforderungen für die erfolgreiche Umsetzung von Industrie 4.0

Abbildung 5: Dimensionen und Maturitätsstufen in Industrie 4.0

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

In Punkto industrieller Wettbewerbsfähigkeit obliegt der Bundesrepublik Deutschland die Rolle des weltweit führenden Fabrikausrüsters. Dieser essentielle Wettbewerbsvorteil resultiert aus dem tiefgreifenden Know-How in den Bereichen IT, Automatisierungstechnik und eingebetteten Systemen. Die Zielsetzung, diese Führungsposition auszubauen und durch die Ausschöpfung von Potenzialen, die der Einzug der IT in die Herstellung industrieller Güter mit sich brachte, auch zukünftig eine Vorreiterrolle inne zu haben, wurde von der deutschen Bundesregierung unter dem Konzeptbegriff „Industrie 4.0“ subsumiert.[1] Die hohe Bedeutung des Erfolgs dieses Projekts ist der Stellung des Industriezweiges in Deutschland geschuldet. Studien des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) ermittelten für das produzierende Gewerbe mit seinen 5,2 Millionen Beschäftigten im Jahr 2013 ein Umsatzvolumen von 1,6 Billionen Euro.[2] Können die Pläne des Konzepts Industrie 4.0 umgesetzt werden, könnte die Produktivität der Branche gar um weitere 30% gesteigert werden, wovon nicht nur die Industrie, sondern der komplette Wirtschaftsstandort Deutschland profitieren würde.[3] Insbesondere für den deutschen Mittelstand würde dies eine Stärkung der Position bedeuten.

Im Zentrum der Vision Industrie 4.0 steht mit dem „Internet der Dinge“ eine allgegenwärtige Vernetzung von Personen, Dingen und Maschinen. Diese Vernetzung soll eine Bandbreite neuer Angebote und Dienste hervorbringen. Auf einem virtuellen Marktplatz sollen Produkte, Transportmittel oder Werkzeuge untereinander aushandeln, welche Produktionselemente den nächsten Produktionsschritt am besten übernehmen könnten. So würde die virtuelle Welt mit realen Objekten nahtlos verschmelzen.[4]

Es sind ferner Markttrends zu beobachten, welche die Industrie in den kommenden zehn Jahren vor nicht unbeträchtliche Herausforderungen stellen werden. Der stetig wachsende Bedarf an Informations- und Anwendungsbereitstellung ohne Zeitverzug („Real-Time-Economy“), der wachsende Anspruch an ressourceneffizientes, nachhaltiges Wirtschaften in Folge wachsenden Wettbewerbsdrucks und eine unablässige Verschiebung der globalen Nachfrage in Richtung des asiatischen Raums sind nur wenige davon. Im Rahmen dieser Arbeit sollen wesentliche, innovative Konzepte der Industrie 4.0 beleuchtet werden, die im Laufe der nächsten Dekade sowohl essenzielle Chancen, als auch signifikante Risiken für die Industrie mit sich bringen werden.

2. Zielsetzung und Aufbau

Erklärtes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es dem Leser ein Grundverständnis zum Thema Industrie 4.0 zu verschaffen. Er soll fortan in der Lage sein den Begriff Industrie 4.0 historisch einzuordnen und zu definieren. Weiterhin soll er die wesentlichen Treiber und ausgewählte Konzepte der vierten industriellen Revolution kennen. Der Leser möge Chancen und Risiken ebenso verorten können, wie die Maturitätsstufe eines betroffenen Unternehmens, sodass eine fundierte Meinungsbildung möglich ist.

Um diese Zielsetzung zu erreichen ist die Arbeit in sechs Kapitel gegliedert. Nach der bereits gelesen Einleitung folgt ebendiese Übersicht zu Zielsetzung und Inhalt, bevor im dritten Abschnitt mit der historischen Einordnung von Industrie 4.0 fortgefahren wird. Das vierte Kapitel definiert die Begrifflichkeit Industrie 4.0 und erklärt die wesentlichen Treiber und Konzepte, die dahinter stehen. Abschnitt fünf basiert auf einer Marktstudie von März 2015 und leitet daraus neben den fundamentalen Erkenntnissen auch Chancen und Risiken für die Marktteilnehmer ab. Das sechste Kapitel erläutert letztendlich die Maturitätsstufen von Unternehmen in der Industrie 4.0, bevor es mit einem kurzen, ausblickenden Fazit schließt.

3. Historische Einordnung

Der Begriff Industrie 4.0 impliziert, dass mindestens drei vorangehende Industrie-Versionen existieren. Dementsprechend soll eine grobe historische Einordnung erfolgen, wobei folgendes Schaubild eine erste Übersicht liefert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Industrie 1.0 - 3.0 (Quelle: PwC AG WPG 2015, S. 16)

Mit Beginn der 1. industriellen Revolution wurde das Zeitalter der Industrialisierung eingeläutet. Durch Mechanisierung, Nutzung von Wärmekraft und Optimierung des Wirkungsgrades der Dampfmaschine durch den Schotten James Watt im Jahre 1769 begann die Planung und Umsetzung von Fabriken.[5]

Die 2. industrielle Revolution zu Beginn des 20. Jahrhunderts ist geprägt von der Inbetriebnahme erster Fließbänder. Den Grundstein dafür legte Thomas Alva Edison mit der Entwicklung des Dynamos als Stromgenerator und ermöglichte so erstmalig eine flexible Verortung von Anlagen in der Fabrik.[6]

Industrie 3.0 basiert auf der Weiterentwicklung der Elektronik und IT sowie deren stetiger Leistungssteigerung. Durch diese moderne Form der Technologie wurde es um 1970 erstmals möglich, komplexe Automatisierungslösungen und die weltweite Vernetzung von Kooperations- und Produktionsnetzwerken zu koordinieren.[7]

4. Industrie 4.0

Nachdem die dritte industrielle Revolution bereits einige Zeit zurück liegt, erlebt die Welt derzeit die Anfänge der vierten industriellen Revolution, die sich etwa seit dem Jahr 2014 zunehmend ausbreitet.

4.1. Definition

Unter Industrie 4.0 wird die beginnende vierte industrielle Revolution nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung verstanden. Zentrales Element sind vernetzte Cyber-Physische Systeme (CPS). [8] So die Definition im engeren Sinne aus einer Arbeitsstudie des Fraunhofer Instituts.

Industrie-Experten der Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft PricewaterhouseCoopers (PwC) fassen die Definition für Industrie 4.0 etwas weiter und verstehen darunter eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den gesamten Produktlebenszyklus.[9] Dabei orientiert sich dieser Zyklus zunehmend an den individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von Idee über Auftrag, Entwicklung und Fertigung bis hin zur Auslieferung eines Produkts an den Kunden. Zusätzlich beinhaltet er gar das Recycling sowie mit dem Produkt verknüpfte Dienstleistungen.[10] Man kann in diesem Fall zweifelsohne von der „Losgröße 1“ sprechen, die mittelfristig die Folge der verstärkten Individualisierung in den industriellen Fertigungsstraßen darstellen wird.

Basis hierfür ist die Verfügbarkeit sämtlicher relevanten Informationen in Echtzeit durch die Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen in Verbindung mit der Fähigkeit, aus den Daten jederzeit den optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbstorganisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie z.B. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.[11]

Eine industrielle Revolution dieses Ausmaßes entsteht jedoch nicht nur aufgrund von Technologiefortschritt und stärker individualisierter Kundenorientierung. Hinter der Industrie 4.0 stecken diverse Treiber, von denen vor allem Technologiedruck und Bedarfssog eine essenzielle Rolle spielen.

4.2. Technologiedruck und Bedarfssog als Treiber

Wie oben bereits angesprochen, sind es bedeutende Innovationen, die Trends wie Industrie 4.0 begründen oder ausnutzen. Diese Innovationen lassen sich wie folgt klassifizieren: Es handelt sich zum einen um Erfindungen und der Verwertung ohne vorhergehende Marktanalyse (technology push oder Technologiedruck), die auf das mechanistische Innovationskonzept von Joseph Schumpeter zurückgehen und typisch für Verkäufermärkte sind.[12] Zum anderen sind es nachfrageorientiere Entwicklungen von Neuerungen und deren Verwertung als Antwort auf identifizierte Kundenbedürfnisse (demand pull oder Bedarfssog), welche auf die Überlegungen von Jacob Schmookler zurückgehen und charakteristisch für Käufermärkte sind.[13]

Der Technologiedruck ist in der industriellen Praxis allgegenwärtig. Während er im privaten Umfeld den Alltag durch Dinge wie Web 2.0, Apps, Smartphones und 3D-Druck bereits weitgehend durchdrungen hat, sind besonders im industriellen, beruflichen Kontext innovative Technologien noch nicht weit verbreitet. Es können daher weitreichende Ansätze des Technologiedrucks festgestellt werden.

- Steigende Mechanisierung und Automatisierung: Im Arbeitsprozess sind zunehmend technische Hilfsmittel im Einsatz, um die körperliche Arbeit zu unterstützen. Automationslösungen übernehmen den Vollzug vielfältiger Arbeitsschritte, welche operative, analytische und dispositive Komponenten beinhalten. So steuern und optimieren autonome Fertigungszellen eine Produktion über mehrere Stufen hinweg.
- Digitalisierung und Vernetzung: Fertigungs- und Fertigungshilfsmittel werden zunehmend digitalisiert und erheben eigenständig Daten für Steuerungs- und Analysezwecke. Durch Vernetzung technischer Komponenten entstehen digitale Prozesse in Verbindung mit den digitalisierten generierten Produkten und Services kommt es zu vollständig digitalisierten Umgebungen. Diese sind wiederum Treiber für neue Technologien wie Simulation, digitale Sicherheit oder virtual bzw. augmented reality.
- Miniaturisierung: Die Rechenleistung benötigt immer weniger Platz bei gleichzeitiger Zunahme der Leistungsfähigkeit, wie die Entwicklung vom raumfüllenden Computer hin zur kleinen Smartwatch hervorragend zeigt.[14]

[...]


[1] vgl. acatech (2013)

[2] vgl. BMWi (2014a)

[3] vgl. BMWi (2014b)

[4] vgl. PwC (2014), S. 8

[5] vgl. Kersten, W., Koller, H., & Lödding, H. (2014), S. 130

[6] vgl. ebd.

[7] vgl. ebd.

[8] Spath, D., Ganschar, O., Gerlach, S., et. al. (2013), S. 22

[9] vgl. PwC (2014), S. 16

[10] vgl. ebd.

[11] vgl. ebd.

[12] vgl. Andersen, E. (2009), S. 149 f.

[13] vgl. ebd.

[14] vgl. Lasl, H., Kemper, H.-G., Fettke, P. et. al. (2014), S. 262

Details

Seiten
23
Jahr
2015
ISBN (eBook)
9783668027725
ISBN (Buch)
9783668027732
Dateigröße
791 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v304148
Institution / Hochschule
FOM Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, Nürnberg früher Fachhochschule
Note
1,3
Schlagworte
Industrie 4.0 industrielle Revolution Nachhaltigkeit Ressourceneffizienz PwC Mittelstand vierte industrielle Revolution Industrialisierung Bedarfssog Technologiedruck

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Titel: Industrie 4.0. Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution