Handbuch Industrie 4.0 und Digitale Transformation

Unter dem Stichwort Industrie 4.0 wird seit geraumer Zeit die Vision einer sich anbahnenden vierten industriellen Revolution beschrieben – um nicht zu sagen ausgerufen. Kern dieser Vision stellt nach den vorangegangenen Revolutionen Mechanisierung, Automatisierung und Digitalisierung nun die Vernetzung von industrieller Infrastruktur und allen an der Wertschöpfung beteiligten Akteuren dar.

Eine so steile „Karriere“, wie sie der Begriff „Industrie 4.0“ schon kurze Zeit nach der Festlegung von Wesen und Zielen des Fachgebiets erlebt, hat man in der Geschichte der betrieblichen Informationsverarbeitung selten beobachtet. Gemessen daran sind die resultierenden Anforderungen an die Integrierte Informationsverarbeitung (IIV) und an die zugehörigen Planungs- und Steuerungsverfahren bzw. -algorithmen eher unterbelichtet. In Befragungen und Experimenten geht es mehr um Spekulationen zu den potenziellen Auswirkungen, z. B. was die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Fertigungsindustrie oder die Arbeitsplätze betrifft, oder um Modellfabriken und andere Demonstratoren, mit denen die technische Machbarkeit auch relativen Laien verdeutlicht werden soll.

Deutschland hat den Anteil der Industrieproduktion an der Bruttowertschöpfung des Landes seit den 1990er-Jahren auf demselben Niveau (rund 25 %) gehalten, während dieser fast in der gesamten westlichen Welt – teils dramatisch (bis auf rund 10 %) – gesunken ist. Weder die Großindustrie noch erst recht die Masse der kleinen und mittelständischen Unternehmen („German Mittelstand“) haben sich von dem Trend anstecken lassen, das Heil der Wirtschaft in Dienstleistung und Finanzgeschäft statt in handfesten Produkten zu suchen. Weil die produzierende Industrie für das Funktionieren der Volkswirtschaft ein so zentraler Pfeiler ist, war dies einer der Hauptgründe dafür, dass Deutschland nahezu unbeschadet durch die weltweite Krise kam und heute so gut wie nie zuvor dasteht.

Megatrends gewinnen zunehmend Einfluss sowohl auf das weltweite wirtschaftliche Handeln als auch auf das Privatleben. Als eine der wichtigsten Veränderungen im Kontext des wirtschaftlichen Handelns in der näheren Zukunft wird die sogenannte vierte industrielle Revolution gesehen, die insbesondere in Deutschland gerne unter dem Sammelbegriff „Industrie 4.0“ diskutiert wird (Obermaier 2017). Auch wenn sich Politik, Wissenschaft und Praxis noch nicht endgültig über Definition, Operationalisierung und Implikation einig sind, lässt sich als Konsens dennoch festhalten, dass Industrie 4.0 an der mit der Digitalisierung verbundenen Veränderung von Produktions-, Informations- und Kommunikationsprozessen in Unternehmen sowie Austauschbeziehungen zwischen verschiedenen Partnern in Wertschöpfungsketten ansetzt. Als integrativer Bestandteil der Diskussion um Industrie 4.0 werden zudem Aspekte wie das Internet der Dinge, cyber-physische Systeme und Data Analytics angesehen. Industrie 4.0 stellt die vierte Stufe der industriellen Revolution dar und zeichnet sich im Vergleich zu den Vorstufen durch eine erhöhte Komplexität sowie Dynamik aus.

Die Umsetzung von Konzepten, Anwendungen und Systemen der Industrie 4.0 und der damit einhergehende Einsatz von cyber-physischen Systemen wirft neben vielfältigen technischen und organisatorischen Problemen auch neuartige Rechtsfragen für die beteiligten Unternehmen, ihre Mitarbeiter und Kunden auf. Während viele dieser Fragen an die rechtlichen Probleme früherer soziotechnischer Innovationen anknüpfen, sind andere neuer und grundlegender Natur. Der Beitrag gibt einen Überblick zu den rechtlichen Herausforderungen, ordnet sie systematisch und plädiert dafür, bestehende und absehbare rechtliche Anforderungen bei der Konzeption, Erforschung und Implementierung der Industrie 4.0 von Beginn an zu berücksichtigen.

Die Digitalisierung ist eine zentrale und keinesfalls neue Herausforderung für die Bereiche Einkauf und Supply Chain Management (SCM). Seit vielen Jahren werden hier klassische IT-Systeme und seit nunmehr mehr als einem Jahrzehnt Internet-basierte Tools eingesetzt. Deren positive Effekte auf Kosten und Leistung, aber auch auf den strategischen Wertbeitrag sind unumstritten. Trotzdem sind sehr viele Unternehmen bei der Einführung sowie der Nutzungsintensität und -breite von E-Tools im Beschaffungsbereich noch nicht weit fortgeschritten. Gegenüber der durchschnittlichen Nutzung weisen Best-Practice-Unternehmen in dieser Hinsicht einen erheblich fortschrittlicheren Stand auf und weisen auch den Weg in Bezug auf die weiteren Digitalisierungsschritte. Dementsprechend scheinen diese auch deutlich besser auf die Entwicklung und Implementierung von Industrie-4.0-Konzepten vorbereitet zu sein als das Gros der Industrie. In diesem Beitrag werden die wesentlichen IT-basierten Anwendungen im Bereich Einkauf und SCM skizziert und deren durchschnittlicher Nutzungsstand durch empirische Ergebnisse belegt. Die mögliche weitere Entwicklung hinsichtlich der Digitalisierung in diesem Bereich wird durch die Darlegung der Einschätzungen einer ausgewählten Gruppe von Best-Practice-Unternehmen analysiert. Die Umsetzung disruptiver Innovationen kann dagegen teilweise weniger abhängig von Stand und Intensität der genutzten IT-Systemwelt starke Auswirkungen auf Einkauf und SCM haben.

Die digitale Transformation hat das Potenzial, die Supply Chains zu verändern wie selten zuvor. Eine Vielzahl neuer digitaler Technologien eröffnet kaum abzusehende Möglichkeiten für die Optimierung der Prozesse entlang der Wertschöpfungskette: Der 3-D-Druck erlaubt die kundenspezifische Produktion eines einzigartigen Produkts in Serienqualität, vernetzte Sensoren kontrollieren die Bestände in Regalen oder Kühlschränken samt voll automatisierter Nachbestellungen, und Big Data unterstützt Unternehmen, ihre Lieferfahrzeuge so durch den Verkehr zu führen, dass sie beim Kunden eintreffen, wenn dieser tatsächlich zu Hause ist. Unternehmen aller Branchen müssen die Chancen der Digitalisierung ganzheitlich betrachten und verstehen, wie sie ihre Supply Chain 4.0 realisieren können.

Der Begriff „Industrie 4.0“ beschreibt eine durch (weitgehende) Digitalisierung, Automatisierung und Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Akteure charakterisierte industrielle Wertschöpfung (Obermaier 2016). Deren Zweck „ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie beispielsweise Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen“ (Plattform Industrie 4.0 2014).

Unter dem Stichwort „Industrie 4.0“ versammelt sich derzeit eine Fülle von Konzepten mit dem Ziel einer Vernetzung und integrierten Informationsverarbeitung industrieller Infrastruktur. Schon in den 1990er-Jahren wurde Ähnliches mit dem Konzept des Computer-Integrated Manufacturing (CIM) angedacht. Dabei wurde eine Integration von betriebswirtschaftlichen Planungs- und Steuerungsaufgaben mit den primär technisch orientierten Aufgaben der Produktion angestrebt.

In jüngster Zeit haben additive Fertigungsverfahren, weitläufig auch bekannt unter den Begriffen 3D-Druck oder generative Fertigung, zunehmend an Popularität gewonnen – nicht zuletzt aufgrund des vielfältigen Potenzials, das man sich von diesen relativ neuen Technologien verspricht. Bei der additiven Fertigung wird das Material i. d. R. Schicht für Schicht aufgetragen (gedruckt), sodass am Ende ein dreidimensionales Produkt entsteht. Ursprünglich wurden 3D-Drucker für die automatisierte Entwicklung von Prototypen konzipiert.

Aktuelle Herausforderungen wie zunehmend individuelle Kundenanforderungen, kürzere Produktlebenszyklen und die Globalisierung des Wettbewerbs erfordern eine kollaborative Wertschöpfung. Einen wesentlichen Beitrag zur Bewältigung dieser Herausforderungen können Industrie 4.0 (I4.0) und damit einhergehende technologische Entwicklungen leisten. In der globalisierten Welt hängt der Erfolg einer Organisation weitgehend davon ab, wie effektiv ein globales Netzwerk von Partnern gestaltet und gesteuert wird. Der Einsatz von I4.0-Technologien im unternehmensübergreifenden Kontext kollaborativer Wertschöpfung ist essenziell, um dem Veränderungs- und Wettbewerbsdruck zu begegnen.

Der Auftragsabwicklungsprozess ist in produzierenden Unternehmen durch eine erhöhte Komplexität infolge der zunehmenden Variantenvielfalt und der steigenden Anforderungen an individualisierte Produkte gekennzeichnet. Diese Komplexität führt zu Intransparenz bei Entscheidungen im Produktionsvollzug. Weiterhin verursachen verschiedene Prozessdynamiken, z. B. unvorhergesehene Störungen, kurzfristige und unregelmäßige Bestellungen sowie nachträgliche Kundenänderungswünsche Störungen in der Auftragsabwicklung.

Technologischer Wandel, immer volatilere Umgebungen und erhöhter Wettbewerbsdruck durch neue Geschäftsmodelle sowie neue Wettbewerber sind Kennzeichen der aktuellen Entwicklung. Für Produktionssysteme, die ohnehin schon eine hohe Komplexität aufweisen, hat sich damit die Situation nochmals verschärft. Neben den Veränderungen auf der technologischen und betriebswirtschaftlichen Ebene sind gesellschaftliche Veränderungen in Bezug zur Arbeitswelt weitere Treiber der Veränderung.

Die vierte industrielle Revolution basiert v. a. auf der Einführung cyber-physischer Systeme in der Produktion. Die Plattform Industrie 4.0 als Koordinationsstelle für Aktivitäten in diesem Bereich ist aktuell dabei, Elemente dieser Systeme als Industrie-4.0-Komponenten zu spezifizieren. Industrie-4.0-Komponenten bestehen überwiegend aus Assets, also physischen Gegenständen, sowie der Verwaltungsschale, einem digitalen Zwilling des Assets. Im folgenden Beitrag werden die Auswirkungen der Einführung der Verwaltungsschale in verschiedenen betriebswirtschaftlichen Funktionsbereichen diskutiert. Die Betrachtung der Auswirkungen erfolgt getrennt für Lieferanten von Industrie-4.0-Komponenten und produzierende Unternehmen, die diese in ihrer Fertigung und Montage als Ressourcen einsetzen.

Ein Transfer der innovativen Elemente des Konzepts Industrie 4.0 in den Bereich der Dienstleistungsproduktion am Beispiel der Leitungsprozesse in Hochschulen ist sehr interessant, da der überwiegende Anteil der volkswirtschaftlichen Wertschöpfung in tertiären Dienstleistungsorganisationen erbracht wird. Daher sind Befassungen mit der Übertragbarkeit des Konzepts Industrie 4.0 in den Bereich der Dienstleistungen hinein für alle tertiären Leistungsprozesse von hoher Bedeutung. Dieses Kapitel gibt hierzu einen qualitativen Überblick mit einer Konzeptanalyse für verschiedene Teilbereiche von Hochschulprozessen (Forschung, Lehre) in Bezug auf die Kernelemente von Industrie 4.0. Die Hauptaussagen der Analyse können dahingehend zusammengefasst werden, dass im Bereich der Lehre für die Anwendung von Elementen der Konzeption Industrie 4.0 als theoretische Ableitung insbesondere Effizienzpotenziale identifiziert werden. Demgegenüber werden im Bereich der Forschung im Wesentlichen Qualitäts- und Effizienzvorteile erwartet. Eine Pilotierung einzelner Prozessinnovationen durch Anwendung von Industrie-4.0-Elementen im Bereich der Hochschulleistungsprozesse ist als vielversprechend einzustufen und sollte angestrebt werden. Gleichzeitig ist mit den hier dargestellten Überlegungen auch die fundierte Aufforderung verbunden, Anwendungsbereiche in anderen Feldern der Dienstleistungsproduktion zu identifizieren und zu testen.

Deutsche Industrieunternehmen sehen sich heutzutage nicht nur der Globalisierung, sondern insbesondere einem intensiveren Wettbewerb, verstärkter Marktvolatilität und kürzeren Innovationszyklen sowie einer steigenden Komplexität gegenüber. Der Druck auf die Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen steigt. Zur Bewältigung dieser vielfältigen Herausforderungen werden Flexibilität, Effizienz und anpassungsfähige Produktions- und Logistiksysteme benötigt.

Plattformen in verschiedenen Ausgestaltungen sind seit jeher wichtiger Bestandteil einer funktionierenden Wirtschaft. Märkte, Einkaufszentren oder auch Zeitungen dienen schon immer dazu, Verkäufer bzw. Werbetreibende auf der einen Seite und Kunden bzw. Leser auf der anderen Seite zusammenzubringen. Auch das dezentrale Produktionssystem der Weber im 18. und 19. Jahrhundert (mit dem Verleger als zentralem Akteur für die Verteilung von Rohstoffen und den Vertrieb der Webstoffe) oder Börsen, die seit Jahrhunderten existieren, können als frühe Plattformen angesehen werden.

Mit der Digitalisierung verschwindet bis zum Jahr 2025 gut die Hälfte der heutigen Fortune-500-Unternehmen. Diese These von Richard Foster von der Yale University gibt einen Eindruck von dem dramatischen Wandel, der hinter der Digitalisierung steckt.

Im Business-to-Business (B2B)-Kontext bieten viele produzierende Unternehmen produktbegleitende Dienstleistungen an. Mit diesen Angeboten, die häufig als Produkt-Service-Systeme (PSS) bezeichnet werden, versuchen Anbieter zusätzlichen Kundennutzen zu schaffen, sich vom Wettbewerb zu differenzieren und so den Unternehmenserfolg zu steigern.

Industrie 4.0 ist eine neue Art der industriellen Wertschöpfung, die durch Kombination aus Digitalisierung und Automatisierung sowie der Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Akteure gekennzeichnet ist. Dies bedingt, dass sich nicht nur die Prozesse und Geschäftsmodelle verändern, sondern auch die Produkte der Unternehmen. So verbauen Unternehmen zunehmend Sensoren in ihren Produkten, die es ihnen ermöglichen, Daten über ihre Produkte zu sammeln.

Ohne Zweifel ist das Phänomen der Industrie 4.0 für sich gesehen eine einschneidende Entwicklung in der globalen Wirtschaft. Was die Industrie 4.0 allerdings zu einer besonders großen Herausforderung werden lässt, ist die Tatsache, dass gleichzeitig mit ihr zahlreiche weitere radikale und aus der Digitalisierung und Vernetzung entspringende Veränderungen einhergehen. Zusammen mit der Industrie 4.0 werden sie die ökomischen, politischen und sozialen Rahmenbedingungen unserer Gesellschaft entscheidend verändern.

Die Industrie 4.0 verspricht Anwendern enormes Potenzial zur Steigerung der Prozesseffizienz sowie eine Erhöhung der Produktinnovationen. Viele Unternehmen befürchten daher, ohne umfassende Investitionen in digitale Technologien den Anschluss zu verlieren und am Ende als Verlierer der digitalen Transformation zu gelten. Um dies zu vermeiden, wollen deutsche Industrieunternehmen beispielsweise bis 2020 jährlich rund 40 Mrd. EUR in Industrie 4.0-Anwendungen investieren.

Gegenwärtige Trends in der Produktion sowie technische Entwicklungen wirken als wesentliche Wandlungstreiber auf die Rahmenbedingungen in der Fertigungsindustrie. Damit einhergehend ändern sich die Anforderungen an die Mitarbeiter hinsichtlich deren Umgang mit den neuen Technologien sowie an deren Qualifikations- und Kompetenzprofile. Dabei müssen die Mitarbeiter auch offen für die bevorstehenden Veränderungen sein. Dementsprechend übernimmt die Einstellung der Mitarbeiter eine Schlüsselfunktion für die erfolgreiche Durchführung solcher Wandlungsprozesse. Dieser Beitrag diskutiert die Mitarbeiterakzeptanz während und nach der Einführung neuer Technologien, Aufgaben und Prozesse im Zuge des Transformationsprozesses gegenwärtiger zu Industrie 4.0-konformen Fabriken. Dabei werden zunächst die Begriffe Akzeptanz, unternehmerische Innovation und Wandel im vorliegenden Kontext definiert sowie relationiert. Kern dieses Beitrags ist ein Vorgehensmodell zur Begleitung des Wandels mit explizitem Fokus auf die Mitarbeiterakzeptanz im Paradigma der Industrie 4.0-Fabrik. Weiterhin werden ausgewählte Handlungsempfehlungen gegeben, die als Orientierungshilfe im Kontext solcher Transformationsvorhaben dienen sollen.

Digitalisierung und Vernetzung tangieren die Arbeitswelt in mehrfacher Weise: es verändern sich Arbeitsinhalte, Arbeitsstrukturen und Tätigkeiten, es wird neue Berufe geben, in der öffentlichen Diskussion wird häufig von Automatisierungseffekten gesprochen und es kommt zu neuen Formen der Arbeitsteilung – in Unternehmen, zwischen Unternehmen wie auch zwischen Mensch und Maschinen. Dies gilt insbesondere für die industrielle Welt, deren gegenwärtig zu beobachtende Veränderungen häufig unter dem Schlagwort Industrie 4.0 diskutiert werden, wodurch der Bezug zur vierten industriellen Revolution deutlich wird. Dass die Veränderungen auf die Arbeitswelt in und durch diese vierte industrielle Revolution ähnlich gravierend sind, wie es die Erfahrungen mit den früheren industriellen Revolutionen zeigen, steht wohl außer Zweifel.

Auch in strukturschwachen Regionen gibt es Unternehmen der produzierenden Industrie, die aufgrund der Innovationskraft ihrer Mitarbeiter erfolgreich am Markt sind. Häufig können sich diese Unternehmen in Nischen behaupten. Jedoch haben diese oftmals kleinen oder mittleren Unternehmen einen starken Nachholbedarf in Bezug auf die digitale Transformation.

Agilität wird zunehmend als wichtige Fähigkeit für die Wettbewerbsfähigkeit von Organisationen dargestellt. Dieser Beitrag untersucht in einem ersten Schritt das Konstrukt Agilität aus einer wissenschaftlichen Perspektive. Durch eine Diskussion unterschiedlicher Untersuchungsansätze, eine Übersicht über relevante Definitionen und einer Abgrenzung zu verwandten Konstrukten wird zunächst versucht, das Wesen von „Agilität“ zu erfassen. In einem zweiten Schritt wird anhand eines Treibermodells dargestellt, wie Agilität als strategische Ressource aufgebaut werden kann und welche Aspekte diese Fähigkeit stärken bzw. schwächen.

Unter Architekturmanagement (oder Enterprise Architecture Management) versteht man die Analyse, Planung und (Um-)Gestaltung der IT-Landschaft von Organisationen entsprechend der Organisationsstrategie.

Die Zukunftsvision der Fusion von industriellen Fertigungsprozessen und intelligenten cyberphysischen Systemen stellt Unternehmen vor Herausforderungen einer ganz besonderen Kategorie. Die Grundlage hierfür bildet der enorme technologische Fortschritt im Bereich der Datenanalyse in den letzten Jahren, der nun in unterschiedliche Bereiche unseres Lebens Einzug hält. Längst haben sich Privatpersonen damit arrangiert, neben ihrer eigentlichen Identität noch eine digitale Kopie von sich zu pflegen, die maschinenlesbar ist und somit Gegenstand von automatisierten Analysen (meist zu Werbezwecken) ist.

Derzeit vollzieht sich ein realwirtschaftlicher Umbruch, der vielfach als revolutionär eingestuft wird. Durch den Einfluss der Digitalisierung verändern sich die Geschäftsmodelle, Produkte und Leistungen sowie v. a. die Prozesse in den Unternehmen so gravierend wie seit Jahrzehnten nicht mehr. Autonom fahrende Autos, miteinander kommunizierende Maschinen, sich selbst steuernde cyber-physische Systeme, Smart Factory, Big Data und das Internet der Dinge sind nur einige der zentralen Schlagworte in diesem Zusammenhang.

Allein für Deutschland weist die amtliche Statistik rund 2,5 Mio. Unternehmen aus, die eine Bruttowertschöpfung von knapp 1,6 Bio. € erbringen. Dazu gehören große multinationale Konzerne mit mehreren Hunderttausend Mitarbeitern genauso wie Kleinstunternehmen, Traditionsunternehmen mit einer über 100-jährigen Firmengeschichte genauso wie Start-ups, die am Anfang der Umsetzung ihrer Geschäftsideen stehen.

Angesichts der mit Schlagworten wie Industrie 4.0, Big Data oder Digitalisierung umschriebenen Herausforderungen sehen sich Controller der Praxis wie Wissenschaftler des Controlling vor die Fragen gestellt: 1) welche Veränderungen bei der Steuerung von Unternehmen zu erwarten sind, 2) welchen Beitrag das Controlling angesichts derartiger Herausforderungen leisten kann, 3) welche Ansatzpunkte für eine konzeptionelle Weiterentwicklung des Controlling denkbar sind und schließlich, 4) welche Konsequenzen für Controller zu erwarten sind.

Historisch betrachtet ist die Wirtschaftsprüfung nicht als Vorreiter für Innovationen bekannt. Viel eher orientiert sich die Arbeit der Wirtschaftsprüfer an den bestehenden gesetzlichen und berufsständischen Vorschriften. Änderungen in der Arbeit der Wirtschaftsprüfer ergeben sich daher eher als Folge geänderter rechtlicher Anforderungen und weniger als Reaktion auf neue technische Möglichkeiten.