Fabriken und Produktionssysteme sind ständigen Veränderungen ausgesetzt. Im Zuge der vergangenen industriellen Revolutionen und nun durch die aufgekommene Welle der Industrie 4.0 hat sich das Fabrikbild fortwährend bedeutend gewandelt. Aktuell machen besonders die wachsende Komplexität von Produkten und Produktionsprozessen, kurze Lieferzeiten und steigende Varianten den oftmals eher auf Massenproduktion ausgelegten Produktionssystemen zu schaffen. Die ebenfalls immer wichtiger werdende Anforderung einer Individualisierung von Produkten wird durch die Massenproduktion ebenfalls nur ungenügend erfüllt.
Weniger Vorreiter unter Fabriken mittelständischer Unternehmen
Smart, digital vernetzt und am besten noch autonom – so soll die Produktion der Zukunft, unterstützt durch Industrie 4.0, aussehen. Zumindest versprechen das die Messen und Technologieanbieter. Wagt man heute allerdings einen Blick in die Fabriken mittelständischer deutscher Unternehmen zeichnen sich nur wenige als Vorreiter für den Einsatz innovativer Technologien auf dem Shopfloor aus. Unternehmen zeigen sich oft durch die große Auswahl verschiedener Anbieter, die notwendigen Voraussetzungen für die Einführung und die undurchsichtigen Chancen und Risiken der Umsetzung verunsichert. Gleichzeitig sind sich Expert*innen und Unternehmen darüber einig, dass die Prokrastination zu verpassten Potenzialen und Nachteilen gegenüber Wettbewerbern führen kann.
Eine der zentralen Herausforderungen stellt die systematische Gestaltung und spätere Umsetzung von Anwendungsfällen im Wertstrom dar. Unternehmen haben bereits erste Erfahrungen mit Industrie 4.0-Anwendungen gesammelt, Anbieter für beispielsweise digitale Assistenzsysteme existieren in hoher Zahl am Markt. Die Anwendungen sind oftmals auf einen sehr spezifischen Einsatzzweck ausgerichtet oder für den Einsatz in Großunternehmen und Konzernen entwickelt. Für kleine und mittlere Unternehmen ist die Identifikation und Gestaltung von passfähigen Anwendungen deswegen schwierig.
Mensch und Technik Hand in Hand
Bei der Umsetzung sind neben den technischen Rahmenbedingungen wie der Einbettung in die existierende Systemlandschaft auch die Faktoren Mensch und Organisation zu beachten. Existierende Leitfäden, Checklisten und ähnliche Ansätze zur Einführung von Industrie 4.0 fokussieren darüber hinaus stark die Implementierung von Industrie 4.0-Technologien und lassen Implikationen auf Produktionssystem, Mensch und Organisation außer Acht. Auf diese Tatsache lassen sich auch die meisten gescheiterten Umsetzungsbemühungen zurückführen.
Die Entstehung dieser sozio-technischen Arbeitssysteme hat Auswirkungen auf die Arbeitsorganisation und -gestaltung in den Betrieben, besonders in Hinblick auf die Mensch-Technik-Interaktion. Dabei geht meist das eine nicht ohne das andere: Mensch und Technik arbeiten in einem vernetzten Produktionssystem Hand in Hand, denn nur so werden die Potenziale von Industrie 4.0 voll ausgeschöpft. Das setzt voraus, dass die Technik gemäß den Nutzungsanforderungen im Prozess assistiert und im besten Fall kontextsensitiv auf Situationen im Arbeitsprozess reagieren kann.
Besonders vor dem Hintergrund der erfolgreichen Einführung der geplanten Anwendungen ist die Einbindung späterer Nutzer*innen schon im Gestaltungsprozess wichtig.
Partizipation ist das Zauberwort
Unternehmen sind auf der Suche nach einem pragmatischen Einstieg in das Thema Industrie 4.0 sowie passenden Anwendungsfällen, die zu ihrem Fabrikalltag passen. Beauftragt mit der Gestaltung des zukünftigen Produktionssystems durch Industrie 4.0-Anwendungen sind heute meist nur Einzelpersonen oder kleine Gruppen in Stabsstellen, wodurch sich die flächendeckende Transformation der Fabrik langwierig gestaltet und wenig Umdenken und Bewusstsein auf dem Shopfloor entsteht.
Wichtig ist, dass der Einstieg in das Thema Industrie 4.0 auf allen Ebenen angestoßen wird und die Mitarbeiter*innen aktiv zur Veränderung beitragen können. Der oft zitierte Grundsatz »Betroffene zu Beteiligten machen« bringt es dabei auf den Punkt, zieht jedoch im gleichen Moment die Frage nach dem »Wie« nach sich. Die Einbindung und Beteiligung von Mitarbeiter*innen und Stakeholdern kann mithilfe verschiedener Formate passieren, z. B. über Befragungen der Mitarbeiter*innen zu konkreten Handlungsfeldern im Arbeitsprozess, partizipative Gestaltungsworkshops für die Entwicklung von Anwendungsfällen, Nutzerstudien vor Ort oder Infoveranstaltungen während des Umsetzungsprozesses. Dabei ist das Format basierend auf Faktoren wie der Kritikalität der Veränderung, der vorherrschenden Unternehmenskultur und dem zu erwartenden Ergebnis zu wählen.
Die Arbeit des Fraunhofer IAO: In vier Schritten zum vernetzten Produktionssystem
Das Fraunhofer IAO konnte durch wissenschaftliche Projekte und praktische Validierung das Beratungsprodukt »Produktionsassessment 4.0« entwickeln, mit dem Unternehmen partizipativ gemeinsam mit ihren Mitarbeiter*innen erste Industrie 4.0-Umsetzungen in die Produktion bringen können. In vergangenen Projekten konnten über 70 Anwendungsfälle verschiedener Größe und Komplexität konzipiert werden, von denen drei Anwendungen als Leuchttürme innerhalb von vier Monaten umgesetzt werden konnten. Eine dieser Leuchttürme handelte vom Einsatz von mobilen Devices für die vereinfachte Eskalation verschiedener Störungen während des Montageprozesses an die Instandhaltung.
Auf Grundlage einer umfassenden Informationsfluss- und erweiterten Wertstromanalyse werden systematisch Verschwendungen im Sinne des Lean Management, Medienbrüche und Verluste von Informationsgeschwindigkeit und -qualität in der Produktion identifiziert. Basierend auf wissenschaftlichen Methoden und Analysen (z.B. einer Korrelationsanalyse und Rage-Rank Algorithmus) werden daraus Optimierungspotenziale abgeleitet und in konkrete Handlungsfelder überführt. Unter Zuhilfenahme von Best-Practice-Beispielen, die wir teilweise bereits selber begleitet haben, erforschen wir mit interdisziplinären Gruppen aus Produktionsmitarbeiter*innen und an den Schnittstellen Mitwirkende gemeinsam den möglichen Lösungsraum und leiten daraus konkrete Anwendungsfälle ab. Diese spezifizieren wir unter Berücksichtigung existierender Rahmenbedingungen des Unternehmens. Die Anwendungsfälle werden anhand eines aufgestellten Kriterienkatalogs bewertet und priorisiert, um sie im letzten Schritt in einer Roadmap einzuplanen.
Die Produktionsassessment 4.0-Projekte – unter anderem bei einem Pharmaunternehmen und einer Firma für Befestigungtechnik – haben gezeigt, dass die typischen Handlungsfelder die Themen Assistenzsysteme in Montage und Qualitätsprüfung sowie papierlose Fabrik betreffen. Daraus resultierten zwischen 50 und 70 beschriebene Use Cases, von denen mindestens drei in den ersten Monaten nach Projektbeendigung umgesetzt und weitere angestoßen werden konnten. Die partizipative Gestaltung der Use Cases mit den zukünftigen Nutzern führte zu positiver Resonanz während und nach der Umsetzung.
