1 Changing the rules of business IT als Treiber neuer Branchenkonzepte IT-Industrie Industrie Handel...

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2 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis 1 Changing the rules of business IT als Treiber neuer Branchenkonzepte IT-Industrie Industrie Handel Bildung IT treibt Organisationsentwicklung BPM: Vom Chaos zum Standard und vom Standard zur Maßarbeit Das offene Unternehmen durch Nutzung von Social Media Wer wird siegen, wer verlieren? Innovator s Dilemma als Erklärungshilfe Chancen für Start-up-Unternehmen New-Business -Organisation in Großunternehmen Chief Innovation Officer... 46

3 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Verpasste Chancen... 2 Abb. 2: Neue Chancen... 7 Abb. 3: Bewertungstabelle... 8 Abb. 4: Industrie 4.0 Architektur Abb. 5: Industrie 4.0 Architektur Scheer Group Abb. 6: Innovator's Dilemma Abb. 7: Scheer Group Abb. 8: Universität mit Scheer Tower Abb. 9: Unternehmensausgründung... 45

4 Tipps für den CIO: Vom Tekki zum Treiber neuer Businessmodelle. Prof. Dr. August-Wilhelm Scheer, Scheer Group GmbH, Saarbrücken 1 Changing the rules of business In den 80er Jahren des vorigen Jahrhunderts wandelten sich viele analoge Geräte durch den Einbau von Chips zu elektronischen Geräten (vgl. Abb.1). Heute sind die mechanischen Schreibmaschinen, Kameras, Plattenspieler oder das analoge Telefon vom Markt verschwunden. Die Digitalisierung hat analoge Techniken besiegt. Deutsche Unternehmen wie Olympia, Voigtländer oder Grundig besaßen bei den analogen Produkten Weltgeltung. Sie verpassten aber die technische Revolution und sind heute bei diesen Produkten bedeutungslos. Dafür sind insbesondere in Asien mit Unternehmen wie Sony, Nikon oder Samsung neue Unternehmen als Weltmarktführer der digitalen Nachfolgeprodukte entstanden. Die Beispiele zeigen deutlich die Stärke des Innovationstreibers IT. Wo waren zu der Zeit die CIOs der bestehenden Unternehmen, die rechtzeitig die Entwicklung kommen sahen und ihre Unternehmen auf die Gefahren aufmerksam machten und Projekte zur Entwicklung neuer Produkte initiierten? Antwort: Sie fühlten sich nicht zuständig! Die Leiter Datenverarbeitung waren in der Regel dem kaufmännischen Bereich des Unternehmens unterstellt und beschäftigten sich mit der Gestaltung der kaufmännischen Systeme (Finanzbuchführung, Einkauf, Vertrieb, Logistik) oder diskutierten die Frage, ob man lieber Standardsoftware anstelle von Eigenentwicklungen einsetzen solle. Die Entwicklung neuer Produkte war Sache des Bereichs Forschung und Entwicklung und dieser besaß kaum IT-Kompetenz. So wurden in Deutschland Chancen verpasst und ganze Branchen ausgelöscht. 1

5 Abb. 1: Verpasste Chancen 2

6 Heute vollzieht sich die Digitalisierung nicht nur auf der Produktebene, sondern in der umfassenden Neudefinition der Geschäftsmodelle von Unternehmen. Dazu zählt insbesondere auch das Erwerbsmodell, also die Art, wie und womit das Unternehmen im Markt Umsatz und Gewinn erzielt. Es wird neu festgelegt, ob der Kunde das Produkt bezahlt oder Dritte durch Werbeausgaben. Es wird neu bestimmt, welchen Nutzen die Kunden erhalten, also welche Wertschöpfung beim Kunden entsteht und durch welches Netzwerk aus Lieferanten und Partnern die Leistung erbracht und vermarktet wird. Zusätzlich müssen auch die Ressourcen und Managementstrukturen verändert werden. Damit wird die gesamte Unternehmensarchitektur Gegenstand des Change Managements. Diese Faktoren zu analysieren, zu gestalten und die dafür notwendigen IT-Systeme bereitzustellen sind die Aufgaben des modernen CIOs. Ein Beiseitestehen und Abwarten wie bei der ersten Welle der Produkt-Digitalisierung ist bei dem heutigen Kenntnisstand über die Wirkung der IT für den CIO sträflich. Der Begriff changing the rules of business bezeichnet genau diese tiefgreifenden Veränderungen. Die Aufgabe des CIOs verschiebt sich immer mehr von der Gestaltung der IT- Infrastruktur sowie der Bereitstellung und Unterstützung der Anwendungssysteme zum Treiber des Business. Er muss die Entwicklung neuer Technologien beobachten, ihr Innovationspotenzial erkennen, ihre wirtschaftliche Bedeutung analysieren und geeignete Einführungsprojekte aufsetzen. Materielle Produkte werden immer mehr mit Dienstleistungen wie technische Wartung oder Finanzierung verbunden. Automobilhersteller wandeln sich durch Car- Sharing-Angebote zum Mobilitätsdienstleister. Häufig ist nicht mehr leicht zu erkennen, ob das materielle Produkt oder die Dienstleistung wirtschaftlich bedeutsamer sind. Durch den Einsatz von Chips, Prozessoren und Computern in Produkten können Zusatzfunktionen bereitgestellt werden, die den USP (unique selling proposition) von Dienstleistungen deutlich erhöhen. Neue Technologien können aber auch ein Produkt so stark verändern, dass das bestehende vom Markt verdrängt wird. 3

7 Die vorhandene IT-Infrastruktur eines Unternehmens kann die schnelle Realisierung neuer Ideen begrenzen. Dann kann der CIO anstatt zum Treiber zum Bremser des Business werden. Den Spagat zwischen innovativen Möglichkeiten und den zur Verfügung stehenden Ressourcen zu meistern, ist dann die Herausforderung für den CIO. Nicht alle mit großen Erwartungen verbundenen neuen technischen Entwicklungen halten ihre Versprechungen. Viele verschwinden nach einem kurzen Hype wieder vom Markt. Sie können dann ihren Nutzen beim Anwender nicht zeigen oder sind noch nicht ausgereift. Deshalb ist es wichtig, dass der CIO über stabile Kriterien zur Beurteilung der Business- und IT-Entwicklungen verfügt, um sich nicht von Modewellen blenden zu lassen. Er sollte sich deshalb auf die wirtschaftlich bedeutsamen Prinzipien konzentrieren, die durch neue Techniken verändert werden. Eine wirksame Hilfestellung gibt die Betrachtung von Gegensatzpaaren von Organisationsprinzipien, deren Gewichtung sich durch neue IT-Entwicklungen verschieben kann. Wesentliche Paare sind: Zentralisierung Dezentralisierung Ressourceneffizienz Prozesseffizienz Outsourcing Insourcing Standardisierung Individualisierung. Mit diesen Prinzipien sind jeweils Vor- und Nachteile verbunden, deren Gewichtung sich durch neue IT-getriebene Ansätze ändert. Der CIO sieht bei dieser Betrachtung hinter die Kulissen der Techniken und fragt nach ihrem Nutzen und ihrer Innovationskraft für sein Unternehmen. So ist die Zentralisierung von Entscheidungen, Abläufen und Zuständigkeiten mit den Vorteilen einer einheitlichen Bearbeitung gleichartiger Tätigkeiten, einem geringeren Koordinationsaufwand sowie guten Kontrollmöglichkeiten verbunden. Vorteile einer dezentralen Organisation sind stärkere Nutzung der Detailkenntnisse und höhere Motivation der Mitarbeiter sowie schnellere und flexiblere Entscheidungen. 4

8 Ein Unternehmen arbeitet ressourceneffizient, wenn es die Ressourcen Betriebsmittel, Arbeitsleistung und Material hoch ausnutzt. Es arbeitet prozesseffizient, wenn die Objekte, die die Ressourcen benutzen und verbrauchen, schnell das System durchwandern, also die Prozesse zügig, einfach, redundanzfrei, kundenfreundlich und kostengünstig sind. Zwischen Ressourcen- und Prozesseffizienz besteht ein gewisser Gegensatz, da z.b. Prozesse beschleunigt werden können, indem mehr Ressourcen eingesetzt werden, die aber dann insgesamt nicht gut ausgelastet sind. So werden bei einem Autorennen die Reifen innerhalb von wenigen Sekunden (prozesseffizient) gewechselt, allerdings ist damit eine ganze Gruppe von Monteuren beschäftigt, deren Auslastung über die gesamte Anwesenheitszeit gering ist. Das Paar Outsourcing Insourcing beschreibt, inwieweit das Unternehmen seine Aufgaben arbeitsteilig mit anderen Unternehmen wahrnimmt. Hier können komparative Kosteneffekte realisiert werden, wenn Aufgaben von einem anderen Unternehmen aufgrund regionaler Kostenvorteile, höherer Spezialisierung oder Größeneffekte (economies of scale) günstiger durchgeführt werden können. Anstatt selbst Investitionen vorzunehmen, können die Ressourcen des Partners genutzt werden. Damit werden Anschaffungsausgaben verringert und die bezogenen Leistungen führen lediglich zu variablen Kosten. Um stärker zu wachsen, kann ein Unternehmen aber auch Aufgaben von anderen Unternehmen übernehmen (Insourcing), wenn es seine Kernkompetenz entsprechend ausweitet. Die Standardisierung von Produkten begünstigt eine hohe Wiederverwendbarkeit von Komponenten. Standardisierte Prozesse sind leicht zu kontrollieren, sicher zu gestalten und bieten Synergien und Lerneffekte. Die Individualisierung von Produkten eröffnet größere Kundennähe. Die Individualisierung von Prozessen, die stärker auf die zu bearbeitenden Aufgaben zugeschnitten sind, erzeugt höhere Zufriedenheit der beteiligten Mitarbeiter und erhöht ihre Produktivität. 5

9 Mit allen Kriterien sind Vorteile und Nachteile verbunden. Deshalb gibt es keine stabile optimale Organisationsform, sondern je nach Situation besitzt mal die eine oder die andere Ausprägung der Kriterien Vorteile. Entwicklungen der IT beeinflussen in hohem Maße neue Organisationsmöglichkeiten und damit die Gewichtung der Vor- und Nachteile. Der CIO kann deshalb mit Hilfe dieser Kriterien Technologien analysieren und hinsichtlich ihrer organisatorischen Effekte und damit ökonomischen Auswirkungen bewerten. Er kann dann begründete Nutzenargumente verwenden und Konzepte entwickeln, wie das Unternehmen reagieren soll. Damit kann der CIO bereits anhand dieser vier Prinzipienpaare viele organisatorische Effekte neuer Informationstechniken gut erklären. Sie helfen ihm und dem Management, sich im Irrgarten der IT-Neuerungen besser zurechtzufinden. Der Verfasser ist nicht nur distanzierter Beobachter der IT-Entwicklungen. Als Business Angel der Unternehmen der Scheer Group ist er auch als Investor betroffen und richtet seine Strategien an den hier entwickelten Argumenten aus. Am Ende jeden Abschnitts wird jeweils kurz auf die Konzepte der Scheer Group hingewiesen. 2 IT als Treiber neuer Branchenkonzepte Die Digitalisierung von Produkten hat nicht nur einzelne Unternehmen, sondern gesamte Branchen verändert. Auch gegenwärtige IT-Entwicklungen führen zu neuen Branchenkonzepten. Diese sollen für die IT-Industrie, die klassische Industrie, Handel und Bildung skizziert werden. Dabei werden die Szenarien anhand der Organisationskriterien bewertet. In Abb. 2 sind die Industrieszenarien schlagwortartig aufgeführt. In Abb. 3 werden im Folgenden die Wirkungen auf die Szenarien anhand der Organisationskriterien bewertet. Die Verschiebung lässt sich nicht in einem strengen entweder oder darstellen, sondern wird in einem hoch (großer Punkt), mittel (mittlerer Punkt) und gering (leer) gewichtet. 6

10 Abb. 2: Neue Chancen 7

11 Abb. 3: Bewertungstabelle 8

12 Natürlich können für weitere Branchen wie Finanzwesen, Medizin oder Verwaltung ähnliche Konzepte entwickelt werden. 2.1 IT-Industrie Die IT-Industrie wird von ihren eigenen Innovationen verändert. Auch hier gilt, wer neue Trends verpasst, verschwindet. Beispiele gibt es zur Genüge. Der deutsche Computerhersteller Nixdorf war führend mit dezentralen Computern für den Mittelstand und besaß mit der Software Comet eine leicht anpassbare Anwendungssoftware, die ihrer Zeit voraus war. Leider hat das Unternehmen den Siegeszug des Personalcomputers unterschätzt und hat ihn nur halbherzig in seine Produktarchitektur eingebaut. Das Unternehmen wurde daraufhin von der Siemens AG übernommen und ist mit der Aufgabe der IT-Sparte von Siemens vom Markt verschwunden. Das Unternehmen Digital Equipment Corporation (DEC) war einst nach IBM der zweitgrößte Computerhersteller der Welt und besaß für seine Prozessrechner, sein Betriebssystem VMS, seine Netzarchitektur DECnet und seine Datenbanktechnologie Weltruf. Leider übersah es den aufkommenden Trend zu offenen Systemen wie UNIX, SQL oder Ethernet und ist heute nach mehreren Verkäufen ebenfalls vom Markt verschwunden. Die Veränderungstreiber der IT-Industrie sind für die CIOs der Anwendungsindustrien genauso wichtig, da sich erst durch ihre Akzeptanz der neuen Techniken die Anbieterszene verändert. Gegenwärtig treten mehrere gravierende technische Änderungen wie Cloudcomputing, Apps, Social Media, Big Data oder Touchscreen-Oberflächen zur gleichen Zeit auf. Am wichtigsten ist dabei sicher das Cloudcomputing, da es sich auch mit anderen Technologien wie z.b. Big Data verbindet und sowohl die Anforderungen an die CIOs der Anwenderunternehmen als auch die IT-Unternehmen am stärksten verändern wird. Gleichzeitig kann man sehr anschaulich zeigen, welche Regeln mit der Einführung von Cloudcomputing verändert oder sogar gebrochen werden. Insbesondere betrifft dies das Kriterienpaar Ressourceneffizienz und Prozesseffizienz. 9

13 In der Anfangszeit der IT bestand ein Rechnernetz aus einem Zentralcomputer, der mit vielen Terminals verbunden war. Die Rechnerleistung wurde über ein Zeitscheibenverfahren abwechselnd den einzelnen Prozessen der Benutzer zugeteilt. Da der Rechner sehr teuer war, wurde er hoch ausgelastet. Auslastungen von über 95 % wurden angestrebt. Dies bedeutet, dass die Ressource Rechner effizient genutzt wurde. Aus Benutzersicht wurden aber deren Prozesse infolge langer Antwort- und Wartezeiten nur schlecht unterstützt. Die Prozesseffizienz war also gering. In der nachfolgenden Welle der Client-Server-Architektur, der Personalcomputer und Laptops wurde jedem Benutzer innerhalb des Netzes quasi ein Großcomputer auf den Schreibtisch gestellt. Nun sind die Antwortzeiten und die Zugriffe auf Computerleistung günstiger und die Prozesse werden wesentlich besser unterstützt. Damit ist die Prozesseffizienz gestiegen. Sowohl die Endgeräte als auch die Server, die auf Spitzenbelastungen ausgelegt sind, werden aber nur zu einem geringen durchschnittlichen Prozentsatz (8 bis 12 %) ausgelastet. Damit ist die Ressourceneffizienz gering. Deshalb schlägt beim Cloudcomputing das Pendel wieder in Richtung Erhöhung der Ressourceneffizienz: Viele Server (Tausende bis zu Millionen) werden in Serverparks zu einem riesigen Netzwerk zusammengeschaltet, dessen Leistung rund um die Uhr und über alle Zeitzonen hinweg genutzt werden kann. Damit entstehen große Economy-of-scale -Effekte und die Benutzer können ihren Bedarf beliebig variieren. Die Betonung der Ressourceneffizienz muss nicht unbedingt wesentliche Nachteile für die Prozesseffizienz bedeuten, da das Cloudcomputing den Zugang des Benutzers zu Anwendungen und die Skalierung erleichtert. Trotzdem muss der CIO die Problematik des Konfliktes zwischen den Prinzipien genau verfolgen. Mit der Betonung der Ressourceneffizienz steht ein mächtiger organisatorischer Treiber mit starken Wirtschaftlichkeitsaspekten des Economy-of-scale-Effektes hinter dem Cloudcomputing. Aber noch weitere Brüche sind mit ihm verbunden. Da die Computerleistung aus dem Netz von Cloudanbietern bezogen wird, sind die Ressourcen nicht mehr Eigentum des Benutzers, sondern sie werden über Services bedarfsorientiert angemietet. 10

14 Damit wird das Outsourcing-Prinzip gestärkt. Kapazitätserweiterungen führen nicht mehr zu Investitionen, sondern zu höherem Aufwand. Dadurch wird nicht mehr die Bilanz des Unternehmens berührt, sondern die Gewinn- und Verlustrechnung. Die Unterhaltung der Ressourcen wird nicht mehr vom Unternehmen durchgeführt, sondern sie wird vom Cloudanbieter übernommen. Die Computerleistung wird zentral in einem Netz bereitgestellt und nicht mehr dezentral von vielen Arbeitsplatzrechnern. Cloud Services müssen über Standard-Schnittstellen bereitgestellt werden, damit sie zu Geschäftsprozessen orchestriert werden können. Zusammengefasst bedeutet dieses also: Starke Betonung von Zentralisierung, Ressourceneffizienz, Outsourcing und Standardisierung. Mit jeder dieser Neuorientierungen sind ökonomische Vorteile verbunden, die Cloudcomputing trotz einiger Nachteile, z.b. bei Sicherheitsaspekten, zu einem stabilen Durchbruch verhelfen werden. Diese Ausführungen beziehen sich zunächst generell auf das Phänomen Cloudcomputing und dessen Innovationskraft für den Anwender. Auf diese Entwicklung müssen die IT-Unternehmen reagieren und sich gravierend ändern. Während bei den Anwendungsunternehmen der CIO von der Gestaltung der technischen Infrastruktur entlastet wird, wird für den Cloudanbieter die technische Infrastruktur zum Kerngeschäft. Hier ist nicht nur der CIO des IT-Unternehmens angesprochen, sondern die Neuausrichtung betrifft die gesamte Unternehmensführung. Es gibt Cloudanbieter, die über Serverparks, also die technische Infrastruktur verfügen. Dies können Hardwarehersteller wie IBM, Softwarehersteller wie Microsoft oder SAP sowie IT-Dienstleister wie T-Systems sein. Bei ihnen führt dies zu einer Erweiterung des Businessmodells. Der beim Benutzer entstandene Outsourcing-Effekt führt hier zu einem Insourcing. Bei Hardwareanbietern ist das Geschäftsmodell dann auf die Vermietung und nicht mehr nur auf den Verkauf ausgerichtet. Sie folgen damit dem BOOT-Ansatz (Build, Own, Operate, Transfer). Der Hersteller produziert (build) nicht nur, sondern er bleibt 11

15 Eigentümer der Hardware und betreibt diese. Die Erfahrung überträgt er auf weitere Anwendungsfelder. In der Übergangszeit kann dies zu einem Umsatzrückgang führen, bis sich ein entsprechender Bestand an Cloudanwendern aufgebaut hat. Bei Softwarehäusern entsteht mit der Vermietung der Infrastruktur ein neues Geschäftsfeld. Da aber bei Cloudcomputing das Lizenzmodell der Software durch ein Nutzungsmodell abgelöst wird, kann dies auch zu Kannibalisierungseffekten in der Einschwingphase führen. Auch die Kommunikation zwischen Anwender und Softwarehersteller wird sich ändern. Bei Lizenzgeschäft und Eigenbetrieb bestand kein direkter Kontakt zwischen den Endanwendern und dem Softwarehersteller. Vielmehr hielt der CIO den Kontakt zum Softwarelieferanten und vermittelte Benutzeranforderungen und Beschwerden. Beim Cloudcomputing kann der Cloudanbieter selbst beobachten, welche Funktionen der Software genutzt werden und welche Probleme entstehen. Entsprechend kann er die Weiterentwicklung der Software darauf ausrichten; kurz, die Entwicklung wird stärker vom Endbenutzer gesteuert. Insofern ist aus Sicht des Cloudanbieters sowohl ein Trend zur Zentralisierung der Infrastruktur als auch ein Trend zur Dezentralisierung der Entwicklungssteuerung verbunden. Für IT-Dienstleister öffnet sich ein neues Geschäftsfeld. Systemintegratoren, die bisher Netzwerke, Rechner und Software installiert haben, werden ihre Dienste auf die Integration von Cloudservices ausrichten. Hier entsteht zwischen verschiedenen Clouds sowie zu den noch bestehenden internen Systemen ein erheblicher Integrationsbedarf. Hierbei wird sich die Problematik von der primär technischen Integration auf eine verstärkte fachliche Geschäftsprozessintegration verlagern. Der Integrator muss den organisatorischen Anwendungsprozess beschreiben (modellieren) und dann die geeigneten Services auswählen und sie zu einer Lösung montieren oder orchestrieren. Hier stellen sich besonders hohe Anforderungen an die Fähigkeit zur Weiterentwicklung des Geschäftsmodells, zumal auch Provisionen für Verkauf oder Vermittlung von Komponentenverkäufen entfallen. 12

16 Für IT-Beratungsunternehmen bleibt die Optimierung der Geschäftsprozesse ihrer Kunden zentrales Thema. Dies wird angereichert um technische Kompetenzen zur Orchestrierung der Cloudservices. Gleichzeitig werden Kompetenzen für Sicherheitsfragen und Beratung bei der Gestaltung unterschiedlicher Cloudarten (public oder private, Infrastructure oder Application oder Platform as a Service, usw.) als neue Arbeitsgebiete verlangt. Aber nicht nur traditionelle IT-Unternehmen können in das Cloudgeschäft einsteigen. Auch große Anwender können ihre eigene Infrastruktur nutzen und zum Cloudanbieter werden. Ein eindrucksvolles Beispiel ist das Unternehmen Amazon, das sich vom Internet-basierten CD- und Buchverkäufer über einen Anbieter eines generellen Handelssortiments auch zu einem Cloudanbieter weiterentwickelt hat. Hier hat sich die Kernkompetenz von Internet, Logistik und Sortimentsmanagement zur Infrastrukturkompetenz verändert. Neue IT-Unternehmen können für die Beratung der Einführung von Cloudlösungen gegründet werden, insbesondere auch für geeignete Sicherheitsaspekte. Neue Softwareanbieter können ihre Lösungen auf Basis von Cloud sofort weltweit verfügbar machen, ohne dass sie eine eigene technische Infrastruktur aufbauen müssen. Damit verringert sich die Einstiegshürde für Gründungen von Softwarehäusern erheblich und man kann mit einem Innovationsschub durch Start-ups rechnen. Zusammenfassend führt Cloudcomputing bei IT-Unternehmen zu starken Organisationseffekten bei Zentralisierung, Ressourceneffizienz, Insourcing und Standardisierung. Die Start-up-Unternehmen der Scheer Group entwickeln alle ihre Softwareprodukte auf Basis von Cloudtechnologien. 2.2 Industrie 4.0 Deutschland ist ein erfolgreiches Industrieland. Während Großbritannien, Frankreich und die USA ihr industrielles Potenzial aufgegeben oder nach Asien verlagert haben, um sich stärker auf Finanzdienstleistungen, Mode oder Produktentwicklung zu konzentrieren, besitzt Deutschland immer noch einen starken Maschinenbau sowie 13

17 eine starke Autoindustrie, Chemische Industrie und Medizintechnik. Diese Industriezweige haben auch die schnelle wirtschaftliche Erholung Deutschlands nach der Wirtschaftskrise 2009/10 bewirkt. Deshalb ist es wichtig, dass diese positive Stellung der Industrie erhalten bleibt. Neue IT-Entwicklungen werden die Industrieunternehmen in den nächsten Jahren stark verändern. Diese Entwicklung wird mit dem Begriff Industrie 4.0 bezeichnet. Mit ihm wird auf die industriellen Revolutionen referenziert. Als erste Revolution wird die Mechanisierung durch Erfindung des mechanischen Webstuhls und der Dampfmaschine bezeichnet. Die zweite wird der Fließbandorganisation zugeordnet, die dritte der Automatisierung der Fertigung und nun die vierte der Verbindung von Internet, insbesondere dem Internet der Dinge und Cyber Physical Systems (CPS). Bei CPS werden Maschinen, in die Computer zur Steuerung eingebaut sind (Embedded Systems), zu komplexen Systemen verbunden, die über das Internet miteinander kommunizieren. Schon Anfang der achtziger Jahre des vorigen Jahrhunderts gab es mit CIM (Computer Integrated Manufacturing) ein Konzept für einen durchgängig computerunterstützten Industriebetrieb. Dies konnte aber damals wegen der noch unausgereiften Computertechnik nicht realisiert werden. Das hat sich nun grundlegend geändert. Insbesondere bietet das Internet neue Möglichkeiten. Auch die Kosten für Sensoren, Aktoren und RFID-Techniken (Radio-Frequency Identification = Identifizierung von Dingen mit Hilfe elektromagnetischer Wellen) sind so stark gesunken, dass sie für den Masseneinsatz geeignet sind. Aber nicht nur Maschinen tauschen Daten über ihren Zustand und ihr Verhalten untereinander aus, sondern auch Materialien kennen durch angebrachte Chips ihren Arbeitsplan und ihren Zustand und kommunizieren mit den Ressourcen. Auch der Mensch ist in das Netzwerk eingebunden. Diese totale Vernetzung von Menschen, Maschinen, Materialen, Produkten und Prozessen über das Internet wird deshalb neben Industrie 4.0 auch generell als Internet of everything bezeichnet. Das Schlagwort Industrie 4.0 hat sich zunächst als Forschungsprogramm etabliert, ist aber inzwischen über eine Prototypenphase in die professionelle Umsetzung eingetreten. 14

18 Auch die großen Branchenverbände VDMA, ZVEI und BITKOM nehmen an der Gestaltung des Programms teil. Dies mag bereits die Bedeutung der Entwicklung ausdrücken. Auch hier soll nicht die Beschreibung der IT-Techniken im Vordergrund stehen, sondern die wirtschaftlich interessanten Treiber des Zukunftsszenarios. Dabei wird das Konzept in vier Teile gegliedert: Wie entwickelt sich die Fabrik der Zukunft (smart factory), wie verknüpfen sich Konstruktion und Fertigung, welche neuen Dienstleistungen um die intelligenten Produkte eines Industriebetriebes und welche neuen Logistiklösungen entstehen? Abb. 4 zeigt die zwei elementaren Prozesstypen eines Industriebetriebs anhand des Y-Modells, das der Verfasser zwar in den 80er Jahren für die Beschreibung des CIM- Konzeptes entwickelt hat, das aber auch für Industrie 4.0 eine eingängige Orientierung bietet. Der linke Schenkel bezeichnet den vom (Kunden-) Auftrag getriebenen Logistikprozess der Produktionsplanung und -steuerung und der rechte Schenkel den vom Produkt getriebenen Konstruktions- und Fertigungsprozess. In die Abbildung sind die durch Industrie 4.0 besonders betonten oder neuen Entwicklungen eingetragen. In der frühen Phase der computergestützten Produktionsplanung und -steuerung (PPS) dominierte ein zentraler Ansatz; die Fertigungsaufträge wurden zentral geplant und der Fabrik vorgegeben. In der nächsten Phase wurde dieses Konzept dezentraler und damit flexibler gestaltet. Die Fabrik wurde in kleinere organisatorische Einheiten gegliedert und diese wurden durch elektronische Fertigungsleitstände gesteuert. Dieser Trend zur Dezentralisierung wird nun extrem weiter fortgeführt, indem die Maschinen untereinander und mit den intelligenten Materialien direkt kommunizieren. 15

19 Abb. 4: Industrie 4.0 Architektur 16

20 Maschinen melden sich, wenn sie verfügbar sind und bieten ihre Dienste an. Materialien und Komponenten melden ihre benötigten Bearbeitungsdienste. So kennt z.b. eine Bramme in einem Stahlwerk ihre Temperatur und meldet sich, wenn sie dringend eine weitere Bearbeitung benötigt, bevor sie zu stark abkühlt. Sie funkt dazu die benötigten Kapazitäten an, um deren Dienste anzufordern. Alle Materialien und Komponenten kennen ihren Standort, so dass Suchvorgänge entfallen und die Transporte automatisch ablaufen. Alle Dienste werden dann quasi auf einem elektronischen Marktplatz zugeordnet und die Fabrik steuert sich selbst. Ein solches System benötigt raffinierte Optimierungsalgorithmen und auch eine gewisse (zentrale) Koordination. Die Vorteile liegen in einer hohen Flexibilität. Das System reagiert sofort auf Zustandsänderungen. Durch entsprechende Einstellung der Parameter kann das System flexibel auf die Optimierung von Durchlaufzeiten der Aufträge (Prozesseffizienz) oder Kapazitätsauslastung (Ressourceneffizienz) ausgerichtet werden. Die Real-Time-Steuerung hilft Lagerbestände von Materialien und Zwischenprodukten zu reduzieren. Durch die flexiblen Fertigungssysteme, die nahezu ohne Umrüstzeiten auf neue technische Abläufe eingestellt werden können, werden leichter kundenindividuelle Produkte hergestellt. Auch die Arbeitsteilung zwischen den Fabriken unterschiedlicher Unternehmen kann neu organisiert werden. Durch die Vernetzung über das Internet können bei Kapazitätsengpässen oder bei Bedarf besonderer technischer Funktionen, die im eigenen Unternehmen nicht verfügbar sind, andere Fabriken automatisch als verlängerte Werkbanken angefragt werden. Dies begünstigt die Ressourceneffizienz und das Outsourcing von speziellen Technologien. Die Unterstützung energieeffizienter Prozesse ist ein weiteres Ziel. Der Mensch ist in der Industrie 4.0 weitgehend von Fertigungsarbeiten befreit und führt im wesentlichen Gestaltungs-, Überwachungs- und Wartungsaufgaben aus. Dadurch steigen gegenüber den ausführenden Tätigkeiten die Anforderungen an die 17

21 produktions- und informationstechnische Ausbildung. Hierzu müssen entsprechende Schulungsinhalte in E-Learning-Systemen bereitgestellt werden. Die Vision der smart factory wird sicher nicht in kurzer Zeit verwirklicht werden. Aber Teile davon sind bereits heute realisierbar. Es bleibt festzuhalten, dass wesentliche Treiber für die smart factory die Dezentralisierung, Ressourceneffizienz, Individualisierung und Outsourcing sind. Ein zweiter Ansatzpunkt für Industrie 4.0 ist die Unterstützung der Konstruktion und die noch stärkere Integration der CAD/CAM-Kette. Sie beschreibt den Datenfluss zwischen den computergestützten Konstruktionssystemen (CAD = Computer Aided Design) und den Fertigungsanlagen (CAM = Computer Aided Manufacturing). Die 2D- oder 3D-Modelle der Konstruktionssysteme repräsentieren die Geometrie, nach der die Produktionssysteme fertigen. Die Umsetzung der Modelle in ausführbare Steuerungsprogramme (z.b. CNC = Computerized Numerical Control) geschieht nahezu automatisch. Bei flexibleren Produktionssystemen muss die Konstruktion weniger Rücksicht auf produktionstechnische Grenzen nehmen. Gleichzeitig kann die Entwicklung von Prototypen beschleunigt werden (Rapid Prototyping). Die Konstruktion, also der kreative Gedanke, treibt dann die Produktion. Neue technische Verfahren wie das industrielle 3D-Drucken (z.b. Lasersintern) geben erweiterte Möglichkeiten, die CAD/CAM-Kette zu schließen. Die Zeitspanne zwischen Konstruktionsauftrag und Herstellung wird drastisch verkürzt, der CAD/CAM- Prozess also effizienter gestaltet. Der letzte Prototyp kann bereits das erste richtige Produkt sein. Diese Flexibilität öffnet auch große Möglichkeiten zur Individualisierung von Produkten. Medizinische Implantate können schneller und kostengünstiger hergestellt werden. Aber auch in der Automobilindustrie, Flugzeugbau und der Konsumgüterindustrie werden die Herstellung kundenindividueller Komponenten- und Produktvarianten zu den Kosten von Massenprodukten gefördert. 18

22 Durch die informationelle Vernetzung über das Internet und Nutzung sozialer Medien kann die Verbindung zu Kunden, Lieferanten und Partnern zur Entwicklung von Produktideen und zum Testen von Prototypen genutzt werden (Open Innovation). Die CAD-Modelle neuer Produkte können frühzeitig zur Entwicklung von Schulungsunterlagen für Wartungs- und Reparaturarbeiten verwendet werden. Mit Hilfe von E-Learning können dann weltweit Monteure auf die Eigenschaften eines neuen Produktes, z.b. eines neuen Automobiltyps, geschult werden. Der schnelle Datenaustausch über das Internet kann die Arbeitsteilung zwischen Konstruktion und Fertigung verschiedener Unternehmen verstärken. Ein anschauliches Beispiel ist schon jetzt die Herstellung von Produkten des amerikanischen Unternehmens Apple. Hier werden in ihrem kalifornischen Stammunternehmen im Wesentlichen das Design der Produkte festgelegt und dann die benötigten Komponenten in der ganzen Welt kostengünstig gekauft und in Asien zum Endprodukt montiert. Wesentlicher Treiber dieser Arbeitsteilung ist der Kostenunterschied zwischen den USA oder Asien. Durch eine stärkere Automatisierung kann dieser aber verringert werden, so dass durch Industrie 4.0 die internationale Arbeitsteilung auch wieder zurückgenommen werden kann. Der dritte Ansatzpunkt für Industrie 4.0 ist die Entwicklung neuer Dienstleistungen um das Produkt. Durch die Flexibilität der Produktion und die enge CAD/CAM- Verbindung können Industriebetriebe entstehen, die keine eigenen Produkte fertigen, sondern lediglich Produktionsdienstleistungen für andere Hersteller anbieten. Mit dem Beispiel von Apple wurde dies bereits deutlich. Hier führen asiatische Unternehmen quasi als Dienstleister die Produktion aus, ohne selbst als Hersteller in Erscheinung zu treten. Aber es entstehen um industrielle Produkte auch neue Dienstleistungen. Viele Industrieunternehmen verdienen heute bereits einen großen Teil ihres Gewinnes mit Dienstleistungen wie Finanzierungen, Wartungen oder Ersatzteilversorgung. Hochwertige Maschinen wie Druckmaschinen oder Turbinen können über das Internet mit dem Hersteller verbunden werden und diesem aus dem laufenden Betrieb Daten über ihr Verhalten übermitteln. Dies können detaillierte Daten über Belastun- 19