Industrie 4.0 Erfolgsfaktoren im Transformationsprozess

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1 Industrie 4.0 Erfolgsfaktoren im Transformationsprozess Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer, Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Universität Stuttgart 40. Congress der Controller, München, 20. April 2015 Seite 1

2 Wie die Digitalisierung unsere Welt verändert E-Banking E-Health Mobile Devices Tablet E-Commerce VoIP-Software Kommunikation Social Media Smartphone s Industrie 4.0 Car2X Open Innovation Cloud Computing Smart Energy Cybercrime Digital Identity IT-Sicherheit Data Analytics Edutainment Webinare Newsletter Suchmaschinen Wikis Websites, Blogs 3D-Simulationen E-Collaboration RSS-Feeds Augmented Reality Big / Smart Data Seite 2

3 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Vernetzung Internet of Everything Cloud Sensoren Wireless and Mobile Beispiele Soziale Netze Industrie 4.0 Connected Devices/Cars Smart Home/Smart City/Smart Grids Smart Mobility/Smart Services Bildquelle: Werner Sobek Seite 3

4 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Data Based Systems Autonomik Simulation Big Data Analytics Bio-Informatik (extreme learning machines) Selbstlernende Algorithmen Sensordatenintelligenz Beispiele Automatisiertes Fahren Selbstlernende Roboter Leichtbauroboter Sprach-/Gesichtserkennung Lab-on-Chip Drohnen Schwarmintelligenz: 500 Roboter formen»schraubenschlüssel«mensch-maschine-kooperation: Robo-Assistenten stürmen Fabriken Automatisierte Luftfracht: Dronenprototypen zu Lieferzwecken M. Rubestein Harvard University Seite 4

5 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Soziokulturelles Individualisierung Communities Interdisziplinarität Offene Systeme Diversity Work-Life-Integration Beispiele Social Communities Start-up Communities Business Portale Co-Working Co-Creation Telework Seite 5

6 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Ökonomisches Digitale Geschäftsmodelle Open Innovation Sustainability Globale Wertschöpfung Sharing Economy Beispiele Collaboration Platforms Customer Experience Centers Bikesharing/Carsharing/Ridesharing Bildquelle: ubicentrex, Dassault Seite 6

7 Die Entwicklung zur SMART COMPANY Ausgangspunkt Wertschöpfungskette Smart Buildings Open Innovation Smarter Working Industrie 4.0 Smart Logistics Smart Services Quelle: Value Chain nach Michael Porter Seite 7

8 Open Innovation Offene und vernetzte Innovationsstrategien Smart Buildings Open Innovation Industrie 4.0 Smart Logistics Smarter Working Smart Services Kollaborative Innovationsprozesse Coupled Innovations mit Netzwerkpartnern in Co-Development-Partnerschaften Größe des Ideentunnels Seite 8

9 Neue Mobilitäts- und Logistikmuster Mobilität als Grundbedürfnis der modernen Gesellschaft Weltweite Zunahme an Personenund Güterverkehr Luftfracht insbesondere für hochwertige und zeitkritische Güter (Anteil nach Warenwert am Außenhandel mit Ländern in Übersee : ca. 30% bei Export, ca. 26% bei Import) Intermodale Mobilitätsmuster Digitale Vernetzung des Verkehrs Intelligente Logistiklösungen Telematiksysteme und Autonomes Fahren Neue Fahrzeugkonzepte und Antriebstechnologien Elektromobilität Absolute Zu-/ Abnahme des Inlandverkehrs bis 2020 Quelle: PTV AG Zunahme Abnahme Smart Buildings Open Innovation Industrie 4.0 Smart Logistics Smarter Working Smart Services Quelle: acatech PKW-Verkehr: +20% LKW-Verkehr: +34% Entwicklung betrifft neben Autobahnen insbesondere die Wachstumsregionen des so genannten C-Bereichs sowie Berlin mit dem Speckgürtel Schienenverkehr: - Personen: +22,5% - Güter: +55% Seite 9

10 Servicestrukturen als Wettbewerbsfaktor Beispiel Servisierung von Laden-Backautomaten Smart Buildings Open Innovation Industrie 4.0 Smart Logistics Smarter Working Smart Services Mobile Internet Connection Herausforderungen im Service: Entwicklung von Service-Strukturen für rasantes Produktwachstum Aufbau von Remote-Service-Strukturen für vergleichsweise günstige Maschinen Leistungsfähiges mobiles Internet ermöglicht völlig neue Service-Angebote Seite 10

11 Smarter Working kommt Flexibilisierung von Arbeit in Ort, Zeit und Struktur Smart Buildings Open Innovation Industrie 4.0 Smart Logistics Smarter Working Smart Services Arbeite an einem festen Ort, zu festen Zeiten, in fixen Strukturen. Zeit flexibel Arbeite wo Du willst, wann Du willst, und mit wem Du willst. Zeitarbeit Teilzeitarbeit Gleitzeit Das»klassische«Büro ist ein Relikt der Industrialisierung, als Aktenschränke die Arbeitswelt beherrscht haben! fest fixe Strukturen flexible Teams mobil Ort Vertrauensarbeitszeit Telearbeit Mobile Arbeit Arbeitnehmer-ÜL Werkverträge Struktur Co-Working Cloud Work Nicht mehr die Menschen kommen zur Arbeit, sondern die Arbeit kommt zu den Menschen! Seite 11

12 Intelligente Arbeitsumgebungen Profilbasierte Steuerung von Arbeitsplätzen und Gebäudeinfrastruktur Smart Buildings Open Innovation Industrie 4.0 Smart Logistics Smarter Working Smart Services Heizen nur bei Anwesenheit Lüftungs- und Fenstersteuerung über Sensoren Sensorische Luftbefeuchtung Licht (profilbasiert) Beschattung (profilbasiert) Seite 12

13 Industrie 4.0 Kurze Einführung: Was ist Industrie 4.0? Smart Buildings Open Innovation Industrie 4.0 Smart Logistics Smarter Working Smart Services Unter dem Überbegriff»Industrie 4.0«wird die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung erwartet. Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen. (in Anlehnung an Plattform Industrie 4.0; DB Research) Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (Cyber-Physical Systems) interagieren mit ihrer Umwelt. Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health. Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der Industrie das Potenzial einer vierten industriellen Revolution zugetraut. Seite 13

14 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 14

15 Industrie 4.0 schürt hohe Erwartungen Massive Investitionen vorgesehen (PWC, 2014) Deutsche Unternehmen erwarten Effizienz- und Umsatzsteigerungen und planen für Industrie 4.0-Lösungen Investitionen von 40 Mrd. EUR jährlich. Seite 15

16 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 16

17 Beschreibungsdimensionen von Arbeit spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf. Mensch* Führung* Arbeitsaufgabe* Beschäftigungsform* Arbeitstätigkeiten* Qualifizierung* ARBEIT* Arbeitsmittel/ -schnittstellen* Arbeitsorganisation* Arbeitsumgebung* Arbeitsraum/ -platz* *ändert sich Seite 17

18 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 18

19 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 19

20 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 20

21 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 21

22 Arbeit ändert sich: Arbeitsraum 4.0 Kontextbasierte Informationsbereitstellung durch Interaktion von Werkstückträgern, Arbeitsplatz und Mitarbeiter Seite 22

23 Arbeit ändert sich: Arbeitsumgebung 4.0 Nutzungszyklen von Infrastruktur verkürzen sich weiter heute Nutzungs-/ Lebenszyklus Gebäude Neubau Sanierung/ Umnutzung Umnutzung/ Rückbau und Recycling Prozesse/ Akteure Produkte/ Technologien IT/ Software Seite 23

24 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 24

25 Anwendungsbeispiel»Schicht-DoodleMeistercockpit«für Einsatzanfragen Anfrage senden! Anfrage beantworten. Die Mitarbeiter bekommen eine Einsatzanfrage auf ihre mobilen Endgeräte Seite 25

26 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 26

27 »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 te et (C oud Co ecto 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 27

28 Arbeit ändert sich: Qualifikation 4.0 Handlungskompetenzen und Fachwissen gleichermaßen gefordert Die Einführung von Industrie 4.0 erfordert vom Produktionsmitarbeiter folgende Kompetenzen: Quellen: Ingenics/Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Eine Revolution der Arbeitsgestaltung; 2014 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 Entwicklungen im Zuge des demografischen Wandels Nicht nur die Arbeit, sondern auch die Menschen ändern sich Wachsende Weltbevölkerung Alterung der Gesellschaften Die Unterschiede zwischen den Lebenswelten von junger und mittlerer Generation sind im Vergleich zu früher Schrumpfende Bevölkerungen Anwachsende Migrationsströme Selbstbestimmtes Leben bis in hohe Alter Gute geistige und körperliche Fitness Basis: Bundesrepublik Deutschland, Bevölkerung ab 14 Jahre, in Prozent, Nicht dargestellt: Unentschieden, keine Angabe Quelle: Jacobs Krönung-Studie, Institut für Demoskopie Allensbach, 2013 Zweiter Aufbruch in der Rentenphase Female Shift Frauen auf dem Vormarsch Generation Y mit neuen Vorstellungen einer flexiblen und selbstbestimmten Lebens- und Arbeitsweise Es entsteht eine hohe Diversity in der Gesellschaft: Junge und Alte, Frauen und Männer, unterschiedliche Kulturen, Religionen und Lebensanschauungen. Seite 30

31 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 Horst Neumann Personalvorstand Volkswagen AG»Wenn in naher Zukunft die geburtenstarken Jahrgänge die Baby-Boomer in Rente gehen, kann deren Arbeit durch Roboter kompensiert werden. Es muss kein Personal wegrationalisiert werden, und wir können junge Leute einstellen.«quelle: Stuttgarter Zeitung, Nr. 2, 03. Januar 2015 Seite 31

32 Der Mensch steht weiter im Mittelpunkt Erweiterte Entscheidungs- und Beteiligungsspielräume für die Beschäftigten sowie Möglichkeiten zur Belastungsregulation Physische Assistenz durch Fähigkeitsverstärker Wartungs- und Planungsassistenz: Lokationsbasiert, kontextadaptiv Menschliche Fähigkeiten: Kreativität, Intuition, Lernfähigkeit, Erfahrungswissen, Umgang mit Komplexität, Zusammenhänge erkennen Innovative Lernformen: Mobil, personalisiert, situationsadaptiv Vernetztes Arbeiten durch multimodale Mensch-Maschineund Mensch-Mensch- Interaktion Seite 32

33 Auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0: Eine Transformationsroadmap Seite 33

34 Thesen zum Abschluss 1. Die Digitalisierung und Automatisierung der industriellen Wertschöpfung sind in vollem Gang und versprechen weiteres hohes Produktivitätspotential. 2. Werden 4.0-Produktivitätspotentiale realisiert braucht es bei gleicher Auslastung zukünftig weniger Mitarbeiter und werden durch Produktivität und Innovation neue Arbeitsplätze entstehen. 3. Ein Verzicht ist keine Option: Wenn nur Wettbewerber aus anderen Ländern die Industrie 4.0 gestalten, gefährdet Deutschland in großem Umfang Arbeitsplätze. 4. Industrie 4.0 ist die große Chance, um die Produktionsarbeit besser zu gestalten und die gesellschaftlichen Herausforderungen erfolgreich zu meistern. Seite 34

35 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer Fraunhofer IAO Nobelstraße Stuttgart Tel: Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer IAO Nobelstraße Stuttgart Tel: Seite 35