Produktionsarbeit 4.0 Voraussetzungen schaffen Chancen nutzen

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1 Produktionsarbeit 4.0 Voraussetzungen schaffen Chancen nutzen Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart 5. Sommerforum VDMA Bayern Bayerischer Hof, München, 7. Juli 2015 Seite 1

2 Fraunhofer-Gesellschaft und Fraunhofer IAO Angewandte Forschung zum Nutzen unserer Kunden Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Mitarbeiter: Träger: Bund und Länder Finanzvolumen: 2,1 Mrd. Euro, davon 1,7 Mrd. Euro Vertragsforschung Organisation: Themen: 80 Forschungseinrichtungen, davon 66 Institute an 40 Standorten Informations- und Kommunikationstechnik, Life Sciences, Light & Surfaces, Mikroelektronik, Produktion, Verteidigung und Sicherheit, Werkstoffe und Bauteile Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO Themenschwerpunkte: Business Performance Arbeitsgestaltung Neue Arbeitswelten Industriearbeit 4.0 Personalmanagement Informations- und Kommunikationstechnik Technologie- und Innovationsmanagement Seite 2

3 Globalisierte Wertschöpfung als Herausforderung Business muss Antworten auf Trends liefern Internationales Sourcing Zunehmende Zunehmende Variantenvielfalt und maßgefertigte Produkte Verkürzte Produktkomplexität Produktlebenszyklen Ungewissheit zukünftiger Kundenaufträge Allgemeine wirtschaftliche Entwicklung Unzuverlässige Zulieferer Zulieferer Volatile Bedarfe Schwankende Kapazitätsauslastung Erhöhte Kosten für Energie und Logistik Produzent Globaler Wettbewerb Kunde Kürzere Lieferzeiten Kurzfristige Beauftragung Kleine Losgrößen Seite 3

4 Wirtschaftliches Potenzial von Technologien Das Digitale verändert die Welt radikal und fördert die Automatisierung Mobile Internet Automation of knowledge work The Internet of Things Cloud technology Range of sized potential economic impacts Impact from other potential applications (not sized) Advanced robotics Low High Autonomous and nearautonomous vehicles Next-generation genomics Energy storage D printing Advanced materials Advanced oil and gas exploration and recovery Renewable energy Analytics Services/ Data Products Connected Building/ Smart Home Industrial Internet/Industry 4.0 Smart Grid/Smart Energy Connected Car Healthcare/Consumer Lifestyle Multi-Channel Retail/Hospitality Public Safety/Security Big Data IT/ Infrastructure Consulting/Integration Services Software IT Hardware & Infrastructure Internet of Things Networks/Connectivity Sensors/Endpoints Quelle: McKinsey Global Institute analysis, 2013; in Billionen US-Dollar; BITKOM: Big Data und Geschäftsmodellinnovationen in der Praxis: 40+ Beispiele (Leitfaden), 2015 Seite 4

5 Die treibenden Kräfte der digitalen Transformation Hyper-Connectivity und Lernende Systeme Vernetzung Internet of Everything Cloud Computing Sensoren überall Wireless and Mobile Flächendeckende Breitbandinfrastruktur Learning Machines Autonomik Simulation Big Data Analytics Selbstlernende Algorithmen Quanten-Computing Bio-Informatik (extreme learning machines) Seite 5

6 Business Transformation Digitalisierung der Wertschöpfungsketten und neue Geschäftsmodelle Ökonomisches Digitale Geschäftsmodelle Open Innovation Globale Wertschöpfung Sharing Economy Beispiele Collaboration Platforms Customer Experience Centers Co-Working Centers Bikesharing/Carsharing Bildquelle: ubicentrex, Dassault Seite 6

7 Wirtschaft 4.0 Große Chancen viel zu tun Beeinflusst die zunehmende Digitalisierung die Geschäfts- und Arbeitsprozesse der Unternehmen? Wie schätzen die Unternehmen den Stand der Digitalisierung insgesamt ein? (in Prozent) Digitaler Wandel erfasst die deutsche Wirtschaft auf ganzer Breite 74% rechnen mit einer Ausweitung der Innovationstätigkeiten zur Ausschöpfung der Möglichkeiten der Digitalisierung Quelle: IHK-Unternehmensbarometer zur Digitalisierung, Januar 2015; Basis: Umfrage vom 27. November bis 4. Dezember 2014; N = Unternehmen Seite 7

8 Dienstleistungen in der Smart Service Welt Digitale Infrastrukturen schaffen neue Wertschöpfungsketten Kundenzentrierung und Anbietervielfalt Horizontale und vertikale digitale Integration Übergang zu neuen individualisierten Leistungsbündeln: Endkundenorientiert über gesamten Lifecycle überall und jederzeit Reifegrade digitaler Geschäftsmodelle Quelle: Accenture, 2014 Seite 8

9 Die 4. Industrielle Revolution Erste Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)»Modicon 084«1969»Smart Factory«4. Industrielle Revolution auf der Basis von Cyber- Physical Systems Erster mechanischer Webstuhl 1784 Fließband bei Ford, Anfang 20. Jh. 3. Industrielle Revolution durch Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion 2. Industrielle Revolution durch Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion mit Hilfe von elektrischer Energie 1. Industrielle Revolution durch Einführung mechanischer Produktionsanlagen mit Hilfe von Wasser- und Dampfkraft Grad der Komplexität Ende 18. Jh. Beginn 20. Jh. Beginn 1970er heute Beschäftigung Bestimmung Mitbestimmung Abstimmung/Kooperation Prozesse starr flexibel adaptiv in Echtzeit Ressourcen nach Prognose nach Verbrauch auftragsbezogen Quelle: DFKI Seite 9

10 Beispiel: acatech»industrie 4.0« Seite 10

11 Zentrale Erfolgsfaktoren Vom Hype zur Realisierung Industrie 4.0 hat ein großes Potenzial für die Produktion in Deutschland Aktuell befindet sich das Thema in einer Hype-Phase. Industrie 4.0 wird aber nicht morgen da sein, sondern schrittweise in den nächsten 5-20 Jahren Bildquelle: Plattform Industrie 4.0 Ausgewogener Mix aus Forschung und Realisierung zur Sammlung von Erfahrung Integration des Menschen in den Prozess und frühzeitige Qualifizierung für neue Aufgaben Verschiedene Zukunftsbilder für die Produktion erlauben und Zusammenarbeit verschiedener Fachbereiche gewährleisten Seite 11

12 Volkswirtschaftliche Potenziale durch Industrie 4.0 Steigerung Bruttowertschöpfung von 15 % bis 30 % möglich bis 2025 Geschäftsmodellpotenziale noch nicht ausreichend berücksichtigt Konservative Abschätzung Kernindustrien haben größten Hebel Quelle: Bitkom/Fraunhofer IAO 2014 Seite 12

13 Unternehmenspotenziale durch Industrie 4.0 Experten erwarten eine Gesamt-Performance-Steigerung von 30-50% in der Wertschöpfung Pilotprojekt von Bosch, bei dem der gesamte Versandprozess über das werksinterne Logistikzentrum in einem Industrie 4.0-Projekt neu strukturiert wurde. -10 % Milkruns +10 % Produktivität -30 % Lagerbestand Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch Seite 13

14 Arbeit verändert sich mal wieder. Steigendes Substitutionsrisiko durch Automatisierung Konzept der technologie-verursachten Arbeitslosigkeit Keynes (1933), Ricardo (1819)»Der technologische Fortschritt überholt die Schaffung neuer Arbeitstätigkeiten und Arbeitsplätze.«(Technological Unemployment) Für 47 Prozent der heutigen US-Beschäftigten ergibt sich ein hohes Risiko einer Digitalisierung/ Automatisierung der Arbeitstätigkeiten. Quelle: Frey, Osborne: The Future of Employment, 2013 Seite 14

15 Auswirkungen auf die Beschäftigung In der Einschätzung scheiden sich die Geister Kollege Computer: Wahrscheinlichkeit, dass Jobs innerhalb von 20 Jahren durch Maschinen ersetzt werden Quelle: C. Frey and M. Osborne»The Future of Employment: How Susceptible are Jobs to Computerisation?«; Technology Review, Economist, 1/2014; WirtschaftsWoche, Nr. 5, 26. Januar 2015 BCG-Studie: Industry 4.0 The Future of Productivity and Growth in Manufacturing Industries m/images/industry_40_future_of _Productivity_April_2015_tcm pdf»Der Standort Deutschland profitiert in den nächsten zehn Jahren deutlich von Industrie 4.0.«Prognose: Bis zu neue Jobs BIP-Wachstum von ca. 30 Mrd. EUR Investitionsvolumen von ca. 250 Mrd. EUR Seite 15

16 Steigerung der Anzahl und Qualität von Arbeitsplätzen erwartet Wie wird sich Industrie 4.0 auf die ANZAHL von Arbeitsplätzen in Deutschland auswirken? Wie wird sich Industrie 4.0 auf die QUALITÄT von Arbeitsplätzen in Deutschland auswirken?»wir müssen jetzt den konkreten Nutzen von Industrie 4.0 in realen Industrieumgebungen nachweisen.«(dr. Kurt Bettenhausen, Vorsitzender der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik GMA) Quelle: VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Seite 16

17 Industrie 4.0 schürt hohe Erwartungen Hohe Produktivitätssteigerungen erwartet (ingenics, 2014) Durchgängig hohe Erwartungen an Effizienzsteigerung durch Industrie 4.0 in der eigenen Produktion und über die gesamte Wertschöpfungskette. Seite 17

18 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Mensch* Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel/ -schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum/ -platz* *ändert sich Seite 18

19 Arbeit ändert sich: Arbeitsaufgabe 4.0 Ergebnisse der IAO-Studie»Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0«Markt verlangt stärker individualisierte und kostengünstige Produkte an. Montagewirksame Varianten nehmen tendenziell zu. Ansprüche an die Flexibilität der Anlagen, der Mitarbeiter und der Materialbereitstellung nehmen zu. Akzeptierte Lieferzeiten und Bestellmengen nehmen weiter ab. Qualitätsansprüche bleiben mindestens gleich. = Komplexität Die Belegschaft wird im Durchschnitt älter. Neue Technologien und mehr»intelligenz«halten Einzug in die Fabrik. t Quelle: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 Seite 19

20 Industrie 4.0 Eine Revolution der Arbeitsorganisation?! Qualifikation und Kompetenzaufbau der Fachkräfte erforderlich Die Einführung von Industrie 4.0 erfordert vom Produktionsmitarbeiter folgende Kompetenzen: Quelle: Ingenics AG/Fraunhofer IAO» Industrie 4.0 Eine Revolution der Arbeitsgestaltung«, 2014 Seite 20

21 Arbeit ändert sich: Arbeitsaufgabe 4.0 Arbeit wird flexibler in Zukunft noch kurzfristiger als heute Wie wichtig ist der flexible Einsatz Ihrer Produktionsmitarbeiter heute und in fünf Jahren? (sehr) wichtig 94,1% 56% 41% heute So viele Unternehmen haben heute starke Schwankungen im personalseitigen Kapazitätsbedarf. 44% in 5 Jahren 96,8% sehen zukünftig verstärkt kurzfristigere Schwankungen. 60%»Flexibilität war für die Firmen immer ein Thema. Es kommt heute hinzu, dass die Mitarbeiter Flexibilität fordern. Arbeitszeit und Lebenszeit sind heute wesentlich stärker verquickt als früher. Volatile Märkte und ein starres System, was die Arbeitszeit betrifft das passt nicht zusammen.«(hr. Glatz, VDMA) 27% 47% 15% 11% von Monat zu Monat von Woche zu Woche von Tag zu Tag Quelle: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 innerhalb eines Tages Seite 21

22 Arbeit ändert sich: Arbeitstätigkeiten 4.0 Aufgaben der traditionellen Produktionsarbeit werden wegfallen; neue werden hinzukommen Die Übernahme von Aufgaben für die Produktentwicklung erzeugt heute hohe Abstimmungsaufwände in der Produktion. + 11,6% Unternehmen mit Kapazitätsschwankungen von Tag zu Tag + 8,2%, die heutige Flexibilitätsinstrumente als unzureichend bezeichnen + 6,1%, die eine zunehmend mobile IKT-Nutzung der Produktions-MA erwarten ja 49,8% teils/teils nein 28,4% 21,8% Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013; Universal Robots, Fraunhofer IPA, ABB Seite 22

23 Arbeit ändert sich: Arbeitsmittel/Arbeitsschnittstellen 4.0 Mobiles Internet und mobile Endgeräte verbessern die Produktionsarbeit Der Einsatz mobiler Endgeräte eröffnet neue Möglichkeiten bei der Nutzung der aktuellen Produktionsdaten. Ja 72,7% teils/teils 19,0% Nein 8,3%»Ein anderes Thema ist der Datenschutz. Wie viel Intelligenz darf man den Objekten belassen, welche Daten sind aus Wettbewerbsgründen schützenswert, welche braucht man später, um z. B. Remote- Wartung durchführen und Zusatzdienste anbieten zu können. Und schließlich muss das Thema Haftung neu überdacht werden.«(prof. Kagermann, acatech) Quelle: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 Seite 23

24 Arbeit ändert sich: Arbeitsraum 4.0 Kontextbasierte Informationsbereitstellung durch Interaktion von Werkstückträgern, Arbeitsplatz und Mitarbeiter Seite 24

25 Arbeit ändert sich: Arbeitsorganisation 4.0 Steuerung der Personalflexibilität in der Produktion Ich kann diesen Samstag arbeiten. Samstag geht leider nicht. Kundenauftrag: 50 Getriebe bis Montag Regeln des intelligenten Assistenten: wer kann, wer darf, wer soll, wer möchte arbeiten Einsatzanfrage auf Smartphone Zusatzschicht am Samstag durchführen»meistercockpit«für Einsatzanfragen Seite 25

26 Anwendungsbeispiel»Schicht-DoodleMeistercockpit«für Einsatzanfragen Anfrage senden! Anfrage beantworten. Die Mitarbeiter bekommen eine Einsatzanfrage auf ihre mobilen Endgeräte Seite 26

27 Anwendungsbeispiel»Schicht-Doodle«Ich kann diesen Samstag arbeiten. Zusagen Absagen Samstag geht leider nicht. Status der Anfragen und Rückmeldungen und entscheiden kooperativ und dezentral! Seite 27

28 »KapaflexCy«: Arbeitswissenschaftliche Sicht Einsatzszenarien und Flexibilitätsanalysen Cyber-World (Cloud) Physic R Desktop Browser HTML5 UI Components R Hybrid Mobile Clients Web View Mobile HTML5 UI Components Hybrid Container Planspiel zur Partizipation Mitarbeiter R Native Mobile Clients Native libs (e.g. Phone, SMS) Push Client Mail Client REST https Control R Internet (Cloud Connector) R Enterprise Web Application Navigation Voting Reporting Customizing Event-Channel Push- Service Mail- Service Condition Handling Priority- Rules R Adaptive Prioritätsregeln R Internet (Cloud Connector) Backend systems Business Backend systems Database Cloud Application Server (CPS-Engine) Quantitative Bewertung der Flexibilitätsdimension R Identity Management Seite 28

29 »Die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind.«(bernhard Diegner, ZVEI aus IAO-Studie»Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0«) James Thew Seite 29

30 Innovationsnetzwerk»Produktionsarbeit 4.0«Kontakt: Seite 30

31 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer Fraunhofer IAO Nobelstraße Stuttgart Tel: Fax: Seite 31