Die Digitale Fabrik - Der Einfluss rechnergestützter Systeme auf Organisationen

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1 Die Digitale Fabrik - Der Einfluss rechnergestützter Systeme auf Organisationen Die Digitale Fabrik Wer entscheidet, wie wir zukünftig arbeiten? IT-Systeme gewinnen in Unternehmen konsequent an Bedeutung und beeinflussen die Arbeitsweise, Prozesse sowie die Kultur von Organisationen. In traditionell produzierenden Betrieben (Anlagenbau, Automobilindustrie, Luftfahrt etc.), welcher in Deutschland ca. 25% beträgt, bringen moderne rechnergestützte Anwendungen erheblichen wirtschaftlichen Mehrwert. Die Beschleunigung von Arbeitsprozessen sowie die Vernetzung von Informationen führen durch die Reduktion von Fehlern zu einer erhöhten Planungssicherheit und schlussendlich zur Senkung von Kosten. Diesen Vorteilen stehen systemrelevante, typische Risiken und Aufwände gegenüber (Softwareprobleme, Datensicherheit, Implementierungs- und Schulungskosten etc.). Neue Systeme bedeuten gleichzeitig Veränderung, so dass eine erfolgreiche Umsetzung die Akzeptanz und Begeisterung aller Stakeholder voraussetzt. Die Digitale Fabrik ist beispielhaft für ein ganzheitliches, visionäres EDV-System. Insbesondere die hochentwickelte deutsche Automobilindustrie weiß um ihren Nutzen. So plant und simuliert die Volkswagen AG bereits im Rahmen ihrer konzernweiten Vereinheitlichung mit diesem System, entwickelt es stetig weiter und integriert sukzessive ihre Partnerfirmen. Die Digitale Fabrik steht dabei nicht für eine menschenleere Produktionsstätte, in der Maschinen und Roboter die Fertigung übernehmen und die Fertigkeiten des Menschen obsolet werden lassen. Die Verband Deutscher Ingenieure (VDI) Richtlinie 4499 liefert hier die Grundlage zur Definition der Digitalen Fabrik: Die Digitale Fabrik ist Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen u.a. der Simulation und 3D-Visualisierung, die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Prozesse und Ressourcen der Fabrik in Verbindung mit dem Produkt (VDI 4499, 2008, Blatt 1, S. 3). Dennoch ist der Begriff nicht geschützt oder einheitlich klar definiert, da sich diese rechnergestützte Planungsmethode im Industriebetrieb noch etablieren muss. Interessant ist die Fragestellung, wovon die Motivation zur Digitalen Fabrik ausgeht. Sie kann als Reaktion der produzierenden Industrie auf weltweit vernetzte Verbrauchermärkte interpretiert werden. Verkürzte Produktlebenszeiten, individuelle Kundenwünsche und ein permanenter Verdrängungswettbewerb auf zunehmend volatilen Märkten erzwingen Handlungsmaßnahmen der Hersteller. Dabei wird von Kundenseite stets höchste Qualität erwartet. Unternehmen und Aktionäre möchten überdurchschnittliche Umsatzrenditen generieren. Dies lässt sich nur durch innovative, fehlerlose Fabrikate erreichen, die zusätzlich bei schnellem Produktionsanlauf und rascher Markteinführung die strategische Positionierung einer Marke festigen (vgl. Bracht, Geckler, Wenzel 2011, S. 52). Für das Produktportfolio eines Unternehmens bedeutet dies eine möglichst hohe Variantenvielfalt, in kurzen Intervallen, zu sinkenden Kosten. Aus betriebswirtschaftlicher Perspektive ist die Digitale Fabrik somit ein Werkzeug zur Verkürzung der Zeiten Time-to-Market, Time-to- Volume sowie Time-to-Customer (vgl. Kühn 2006, S. 1). Ein effizienter Produktentstehungsprozess im Sinne einer ganzheitlichen Produktlebenszyklus-Betrachtung kann erheblich zur Erreichung dieser Vorsätze beitragen. Hinzu kommt das aus der Entwicklung von Produkten bekannte Dilemma zwischen Kostenfestlegung und Kostenbeeinflussung, indem in den frühen Phasen, in denen die Herstellkosten des Produkts und laufenden Kosten der Produktion beeinflusst und festgelegt werden, die Sicherheit erhöht wird, dass Planungsergebnisse der späteren Realität möglichst nahe kommen (Sauer, Schleipen, Ammermann 2010, S. 560). Die Möglichkeit zur Fehlervermeidung durch die

2 Digitale Fabrik trägt demnach erheblich zur Kostenreduktion bei. Bracht sieht in der Digitalen Fabrik schlichtweg das elementare Bindeglied zwischen Produktentwicklung, Produktionsplanung und Produktion (2011, S. 9). In Bereichen des wirtschaftlichen und privaten Lebens bietet die Anwendung von Rechnern eine enorme Unterstützung, Komplexität zu reduzieren sowie Prozesse zu beschleunigen. Insbesondere im wirtschaftlichen Umfeld wird der Wunsch nach Neuerungen durch monetäre Größen bestimmt, was sich auf die Reife der IT-Systeme in der Produktplanung über die letzten 40 Jahre überträgt. Die Nutzung von IT-Anwendungen und ihre Vernetzung nehmen überproportional zu. Nach einfachsten Textsystemen können bspw. Konstrukteure mittels Computer Aided Design (CAD) Systemen seit den 80er Jahren Zeichnungen (anfangs in 2D, heute in 3D) anfertigen und bearbeiten. Als erster Vorläufer zur Digitalen Fabrik hat das Computer Integrated Manufactoring (CIM) Ende der 80er Jahre eine durchgängige Datenverknüpfung in der Produktion zum Ziel. Die Integration unterschiedlicher Systeme wie CAD und produktionscharakteristischer Tools wie Computer Aided Manufactoring (CAM) oder Produktionsplanung und steuerung (PPS) mit einer gemeinsamen Datenbasis kann jedoch nicht erfolgreich implementiert werden. Die technischen Möglichkeiten sind zu unausgereift, Synergiekosten werden zu positiv geschätzt und übliche organisatorische Hindernisse außer Acht gelassen (vgl. Schenk, Wirth 2004, S. 397 ff.). CIM soll tatsächlich zu einer menschenleeren Fabrik führen. Ein völlig illusorischer Gedanke. Die vollautomatisierten Fertigungslinien erweisen sich als extrem unflexibel und teuer, zumal der Mensch als improvisierender Faktor fehlt (vgl. Bracht, Geckler, Wenzel 2011, S. 4 ff.). Dennoch festigt CIM den Grundstein für die Digitale Fabrik, in welcher IT-Technologie und Mitarbeiter ganzheitlich involviert werden sollen. Die weitere Entwicklung von EDV-Systemen und Datenbanken erfolgt parallel zum Fortgang der wirtschaftlichen Umfeldsituation. Detaillierte Wirtschaftlichkeitsberechnungen, Orientierung an Kennzahlen, ein hoher Kommunikationsgrad, komplexe Produktfunktionen etc. beschleunigen den Trend zur Nutzung von einzelnen isolierten Anwendungen zu umfassenden Konzepten wie Produktdatenmanagement (PDM) oder Systemen Digital Mock-Up (DMU) Systemen. Während PDM-Systeme Daten und Dokumente aus der Produktentwicklung speichern und verwalten, ersetzt das DMU die reale Produktprüfung durch computersimulierte Analysen. Entwicklungszeiten werden so massiv verkürzt, Fehler ex ante behoben und Kundenwünsche bzw. Anpassungen umgehend umgesetzt. Diese Entwicklung belegt die gegenseitige Befruchtung zwischen ökonomischen Anforderungen und technischer Machbarkeit. Als aktuelle Weiterentwicklung der IT-technischen Möglichkeiten in der Produktplanung und im Zuge des Simultaneus Engineering gelten Product Lifecycle Management-Systeme (PLM). Dieses strategische Konzept umfasst Methoden, Prozesse sowie Organisationsstrukturen für das zusammenhängende Management einer Wertschöpfungskette. Die Verbindung und übergreifende Organisation der Bereiche Entwurfsplanung (Marketing, Design etc.), der Konstruktion (CAD, DMU etc.), der Produktion (Arbeitsplanung, Produktionssteuerung etc.) und Dienstleistungen (Logistik, Instandhaltung etc.) sorgt im PLM-System für Transparenz. Das PLM kann als Idee funktionieren, es ist allerdings kein in sich geschlossenes IT-System mit übergreifender Datendrehscheibe. Der nächste logische, visionäre Schritt eines modernen Industriebetriebes ist somit die Digitale Fabrik. Die Digitale Fabrik vereint das Produkt mit den jeweiligen Prozessen und Daten, so dass jederzeit, überall Transparenz gegeben ist. Aus IT Sichtweise bedeutet dies eine Software, welche Entwurfs-, Konstruktions- und Produktionsdaten sowie Informationen aus Vertrieb, Logistik etc. vernetzt. Diese Transparenz bietet insbesondere Konzernen wie Volkswagen mit diversen Marken, Modellen, Werken, Abteilungen in verschiedenen Ländern und Kulturen enorme Möglichkeiten. Der harmonisierte Datenaustausch sowie die Integration und Nutzung der Digitalen Fabrik schafft

3 zusätzlich die Voraussetzung zur Verwendung neuer Technologien. Der vereinfachte und extrem beschleunigte Produktentstehungsprozess reduziert Kosten für Material, Fertigungszeit und Investitionen (z.b. in Pilothallen, Werkzeuge, Betriebsmittel) bei kontinuierlich hoher Qualität durch weitgehende Analysemöglichkeiten. Eine Vision der Digitalen Fabrik ist folglich die virtuelle Planung oder Anlauf bspw. einer neuen Produktionslinie in einer digitalen Cave, an einem digitalen Planungstisch oder mittels Augmented Reality (Echtzeit Wiedergabe virtueller Informationen in Überlagerung der realen Umgebung) anhand von Tablet PCs oder 3D-Brillen. In einer realen Projektsituation besteht bei der Einführung eines solchen Systems die größte Herausforderung in der Motivation zur Einführung und Nutzung einer neuen Anwendung. Häufig müssen mehrere EDV-Systeme parallel gepflegt werden, bis eine Umstellung abgeschlossen bzw. alle vorhandenen Daten migriert worden sind. Der Nutzen ist dementsprechend erst nach einer langen Anlaufphase, hohen Anfangsinvestitionen (Tool Lizenzen, Schnittstellen, Versionsumstellungen, IT Infrastruktur und Know-how, Projektteams, Berater etc.) und typischen Umstellungsschwierigkeiten gegeben: Abänderung von Arbeitsabläufen, jahrelang gelebte Strukturen werden entkrustet, die eigene Leistung wird transparent und messbar, Hierarchien verlieren an Bedeutung oder ordnen sich neu, Redundanzen werden erkannt und beseitigt, länderspezifische Standards behindern einheitliche Normen usw. Die Hürden zur Umsetzung der Digitalen Fabrik sind demnach hoch. Womöglich ist dies ein Grund dafür, dass sich bislang Konzerne und weniger kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) diesem Thema widmen, zumal eine Skalierung der Digitalen Fabrik als fortlaufendes Projekt schwer fällt (vgl. Zäh, Schack 2006, S. 12 ff.). Die technische Wandlungsfähigkeit von Unternehmen samt Ihrer technischen und organisatorischen Strukturen ist einer der entscheidenden kritischen Erfolgsfaktoren, da nahezu alle strukturbestimmenden Elemente in Industriebetrieben nur mittel- bis langfristig veränderbar sind (vgl. Bullinger, Warnecke, Westkämper 2003, S. 790). Das CIM-Beispiel hat exemplarisch belegt, dass ein IT-System nicht als Kontrollinstanz fungieren kann. Es soll vielmehr dem Menschen helfen und sich mit dem informellen Informationssystem einer Organisation sowie der Erfahrungs- und Wahrnehmungswelt ergänzen (vgl. Bullinger, Warnecke, Westkämper 2003, S. 567). Deshalb verfolgen Anbieter eine einfache, intuitive Anwendung der Tools und orientieren sich in den Prozessen an Apple, Google und Facebook (vgl. Strehlitz, 2011, S. 46). Zudem muss die Digitale Fabrik als visionäres Vorhaben die Legitimation und volle Unterstützung des Managements genießen, klar kommuniziert und strukturiert implementiert werden. Lässt man den Kosteneffekt sowie technische Grenzen als potentielle Risiken außen vor, bleibt die Sorge vor einer organisationalen Bankrotterklärung. Die Gefahr des Scheiterns eines gewaltigen Projektes wie der Digitalen Fabrik ist immanent und bietet Kritikern eine große Angriffsfläche. Ein sensibles Argument kann die Verschiebung der Humanressourcen durch die Einführung der Digitalen Fabrik sein. Einfache Tätigkeiten wie die Arbeit am Band werden vollautomatisiert durchgeführt und dementsprechend die Anzahl derartiger Arbeitsplätze verringert. Für ein hoch technologisiertes Unternehmen steht dafür langfristig ein wachsender Bedarf an Wissensarbeitern gegenüber, um die eigene Wettbewerbsposition zu stärken. Die Zeitersparnis bzw. die Entlastung von unproduktiven Routinetätigkeiten gewährt Freiraum für konzeptionelles Arbeiten. Die Vorzüge der Digitalen Fabrik bringen indes ebenfalls neue Aufgaben hervor. Beispielsweise müssen Funktionen und Neuerungen des Tools in Schulungen vermittelt sowie Nicht-Produktionswissen durch die Mitarbeiter aufbereitet werden. Diese Arbeiten umfassen die Sichtung allgemeingültiger Wissensquellen ebenso wie die Aufbereitung unternehmens- bzw. projektspezifischer Daten in eine systemisch nutzbare Form (Meierlohr 2003, S. 138). Dafür gewinnt der Nutzer eine breitere Wissensbasis mit validierten Informationen, auf deren Grundlage korrekte, qualitativ hochwertige Ergebnisse erreicht werden

4 können. Die Kommunikation bzw. Vernetzung zwischen beteiligten Abteilungen und Kollegen wird erhöht. Tätigkeiten können parallel (Simultaneus Engineering) erfolgen, Ressourcen werden effektiv eingesetzt und die Informationsübersicht erlaubt kurzfristige Steuerungsmaßnahmen bzw. ermöglicht erhöhte Flexibilität (vgl. Meierlohr 2003, S. 139 ff.). Ein tiefgreifender Trend vollzieht sich in der Organisation: Der Wandel von der ineffizienten, klassischen funktionalen Gliederung zu einer Netzwerk-Struktur. Doppler und Lauterburg bestätigen diese folgerichtige Konsequenz: Flache Hierarchie; hohe Selbstständigkeit der einzelnen Organisationseinheiten; hohe Vielfalt lokal unterschiedlicher Organisationsformen; Gesamtsteuerung über gemeinsame Ziele und Strategien resultieren aus den wirtschaftlichen Zielen (2002, S. 54). Die Digitale Fabrik befähigt diese Entwicklung und fungiert als Werkzeug zur Erreichung einer funktionierenden Netzwerkorganisation. Sydow definiert passend den Begriff Netzwerkorganisation als eine kooperative, wettbewerbsorientierte Organisationsform mit stabilen Beziehungen, die in einem gegenseitigen Abhängigkeitsverhältnis stehen (vgl. Sydow 2003, S. 45). Diese Entwicklung wird durch eine heterogene Systemlandschaft, welche die Digitale Fabrik einfordert, sowie durch das gleiche Verständnis hinsichtlich Prozesse, Methoden und Standards begünstigt. Um eine Überforderung der Organisation durch den voranschreitenden Wandel zuvorzukommen, empfiehlt sich ein begleitendes Change-Management. Bei einem begleitenden Veränderungsprozess werden die Sach- und Beziehungsebene innerhalb des Unternehmens einbezogen und Mitarbeiter zu aktiven Mitgestaltern, wodurch Kosten eingespart und Risiken eingegrenzt werden (Lauer 2010, S. 5). Die Firma Volkswagen möchte im Rahmen ihrer strategischen Ausrichtung bis zum Jahr 2018 weltweit die höchste Kundenzufriedenheit und Produktqualität genießen sowie eine Umsatzrendite größer 8% erreichen, weltweit mehr als 10 Millionen Autos absetzen und als Top-Arbeitgeber bekannt sein (Volkswagen AG 2011). Die Digitale Fabrik oder die verstärkte Nutzung von Systemen wird in der Strategieerklärung nicht erwähnt, da sie auch sie auch kein Ziel ist, sondern lediglich ein Instrument. Ein Instrument, welches den aktuellen und zukünftigen Anforderungen des Unternehmens entspricht. Die Digitale Fabrik bleibt ein dynamisches und derart umfassendes System, dass pauschale Bewertungen über Ihr Einflusspotential auf eine Organisation unmöglich und verfrüht sind. Fest steht jedoch, dass die unternehmerischen Vorgaben nur durch eine vernetzte Organisation erreicht werden können, welche die Digitale Fabrik unterstützt. Auch wenn der einhergehende Veränderungsprozess mit Anstrengungen und Risiken verbunden ist, scheinen sich diese zu rentierten. Volkswagen berichtet für das Geschäftsjahr 2011 einen Gewinn von 15,8 Milliarden Euro. Das Weltwirtschaftsforum erkennt in einer Studie sogar durch die Digitalisierung eine positive Einwirkung auf einzelne Volkswirtschaften. In verschiedenen Szenarien erwarten sie zudem eine deutliche globale Vernetzung, wirtschaftliche Zusammenarbeit, kulturelle Annäherung und dadurch geopolitische Stabilität (World Economic Forum 2011, S.12). Letztendlich bleiben dies Indikatoren. Der weitere Entwicklungsprozess ist zu beobachten, wobei die Weichen für eine zunehmend vernetze Organisation bereits gestellt sind.

5 Literaturempfehlungen: Bracht, U.; Geckler, D., Wenzel, S. (2011): Digitale Fabrik Methoden und Praxisbeispiele. Berlin, Heidelberg: Springer Bullinger, H.-J.; Warnecke H.; Westkämper, E. (2003): Neue Organisationsformen im Unternehmen. 2. Auflage. Berlin, Heidelberg: Springer Doppler, K.; Lauterburg, C. (2002): Change Management Den Unternehmenswandel gestalten. 10. Auflage. Frankfurt/Main: Campus Kühn, W. (2006): Digitale Fabrik Fabriksimulation für Produktionsplaner. München, Wien: Hanser Lauer, T. (2010): Change Management Grundlagen und Erfolgsfaktoren. Berlin, Heidelberg: Springer Meierlohr, C. (2003): Konzept zur rechnergestützten Integration von Produktions- und Gebäudeplanung in der Fabrikgestaltung. Dissertation, Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München Sauer, O.; Schleipen, M.; Ammermann, C. (2010): Digitaler Fabrikbetrieb. In: Integrationsaspekte der Simulation: Technik, Organisation und Personal. Karlsruhe: KIT Scientific Publishing. S Schenk, M.; Wirth, S. (2004): Fabrikplanung und Fabrikbetrieb: Methoden für die wandlungsfähige und vernetzte Fabrik. Berlin, Heidelberg: Springer Strehlitz, M. (2011): Street View für die Fabriken der Welt. In: Automobil Produktion. Landsberg: Verlag Moderne Industrie. S Sydow, (2003): Management von Netzwerkorganisationen. Wiesbaden: Gabler Berghoff, H.; Sydow, J. (2007) Unternehmerische Netzwerke. Stuttgart: W. Kohlhammer VDI 4499 Blatt 1 (2008): Digitale Fabrik Grundlagen. VDI Handbuch Materialfluss und Fördertechnik, Band 8, Gründruck. Berlin: Beuth Volkswagen AG (2011): Geschäftsbericht 2011, auf den Seiten der Volkswagen AG: World Economic Forum (2011): Digital Ecosystem - Convergence between IT, Telecoms, Media and Entertainment: Scenarios to Geneva: World Economic Forum Zäh, M.F.; Schack, R. (2006): Methodik zur Skalierung der Digitalen Fabrik. In: Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 101 (5), S