Metamorphose zur intelligenten und vernetzten Fabrik: Ergebnisse des Verbundforschungsprojekts MetamoFAB PDF
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Metamorphose 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 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detail- lierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Vieweg © Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Ver- arbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag, noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer-Verlag GmbH Deutschland Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin, Germany 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
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