Ausgabe 07/2015 - Schwerpunkt Maschinen

Industrie 4.0

Mehr Ding als Internet

• Der Begriff Industrie 4.0 war als industriepolitischer Weckruf gedacht. Deutschland, so die Botschaft vor vier Jahren, dürfe die Digitalisierung der Fertigung nicht verschlafen. Ein Appell wider die Selbstgefälligkeit vieler Weltmarktführer, die bei dem Thema der Ansicht waren: Es wird alles nicht so heiß gegessen, wie es gekocht wird. Der Weckruf fand Gehör. Teilweise ist die Selbstgefälligkeit einer Furcht gewichen, und die kann bekanntlich produktive Wirkung haben.

Viele Manager haben verstanden: Die beste Konstruktion, das beste Material und die beste Mechanik haben keine Chance gegen Fertigungsverfahren, Produkte und Geschäftsmodelle mit eingebauter Datenintelligenz.

Die digitale Transformation der Fertigung ist im vollen Gange und die Ausgangslage der deutschen Industrie im internationalen Vergleich besser als oft beschrieben.

These 1: Zuerst geht es um Effizienz

Die Fabrik der Zukunft sieht so aus: Viele smarte Maschinen arbeiten zusammen, wie ein gut abgestimmtes Team von Handwerkern in einer Manufaktur für Spitzenprodukte. Die Maschinen kommunizieren miteinander. Jede weiß stets, was sie zu tun hat, damit das Produkt genau so wird, wie es der Kunde wünscht. Der möchte es immer spezieller. Das Maschinen-Kollektiv achtet ständig darauf, welcher Roboter gerade Kapazitäten frei hat. Es errechnet fortlaufend, wie es gemeinsam das individuelle Produkt am effizientesten herstellen kann. Zudem weiß jede Maschine jederzeit, welches Werkstück sich gerade in welchem Bearbeitungszustand an welchem Ort in der Fabrik befindet. Den Auftragseingang hat das System immer parat. Das bringt drei Vorteile:

• Die smarte Fabrik kann Produktionskosten senken, indem sie zum Beispiel Bestellungen unterschiedlicher Kunden sinnvoll bündelt.

• Sie kann die Lieferzeiten genau berechnen und damit die Kundenzufriedenheit erhöhen.

• Sie kann sehr flexibel produzieren, das heißt im Extremfall vollautomatisch Unikate nach Kundenwunsch anfertigen. Produktion in Losgröße 1 nennen das die Fertigungsexperten.

Technisch ist das alles schon bald möglich. Es gibt funktionierende Prototypen für alle Elemente der Fabrik der Zukunft. „Die Bausteine müssen nur noch zusammengesetzt werden“, sagt Frank Riemensperger, Deutschlandchef der Beratungsgesellschaft Accenture. Mit sehr begrenzten Investitionen ins IT-System ließe sich die Produktion beschleunigen, Material oder Energie einsparen oder die Logistik verbessern. Effizienzgewinne von fünf bis sechs Prozent pro Jahr sind nach Accenture-Berechnungen in diesem ersten Schritt möglich.

Wenn Riemensperger den evolutionären Charakter der sogenannten vierten industriellen Revolution betont, hat das freilich auch mit seinem Geschäft zu tun. Digitale Feineinstellungen machen zurzeit das Gros des industriellen Beratungsgeschäftes aus. Wenn Berater ihren Kunden die schrittweise Umstellung von klassischer Fertigungssteuerung – auch „deterministisch“ genannt – auf intelligente Selbststeuerung vorschlagen, hören sie oft den Satz: „Klar, das ist die Zukunft. Aber dafür geben wir bis 2018 kein Geld aus.“

Auf der einen Seite findet Riemensperger das schade, denn er glaubt an die Fabrik der Zukunft und verweist auf jene von Siemens in Amberg, die schon heute zu 75 Prozent dem Ideal entspricht. Das Werk in der Oberpfalz produziert nahezu vollautomatisiert Steuerungseinheiten, die unter anderem Kreuzfahrtschiffe, Skilifte und Fertigungsstraßen bei Automobilzulieferern lenken.

Auf der anderen Seite weiß der deutsche Accenture-Chef: „Wenn ein Unternehmer Hunderte von Millionen Euro für Software ausgibt, diese in die Fabrik-Infrastruktur integriert und alles gut funktioniert, wird er die Infrastruktur nicht umgehend wieder einreißen und eine neue bauen. Das ergibt betriebswirtschaftlich so gut wie nie Sinn.“ Die Umstellung von deterministischer Fertigungsplanung zur Selbststeuerung ist ein langsamer und teurer Weg. Nicht alle müssen ihn sofort gehen, einige vielleicht nie.

Die anfänglich vergleichsweise leicht zu erzielenden Effizienzgewinne nicht mitzunehmen wäre allerdings unklug. Digitale Transformation bedeutet Vortasten in kleinen Schritten. Das gilt für die investitionsintensive Produktion noch stärker als für Forschung und Entwicklung oder für das Marketing.

These 2: Ein Schiff bleibt ein Schiff 

Im Geschäft mit Endkunden hat die Digitalisierung neue Märkte geschaffen. Es gab zuvor keine Suchmaschinen oder virtuellen sozialen Netze. Es müssen aber weiterhin Werkzeugmaschinen, Schiffe und Kraftwerke gebaut werden. Das ist ein grundlegender Unterschied – der Kern der Fertigungswelt lässt sich nicht digitalisieren.

Stefan Wolff, Gründer des Industrie- und Logistik-Datendienstleisters 4flow aus Berlin sagt es so: „Die eigentliche Wertschöpfung bleibt zum Großteil ein physischer Vorgang.“

Das industrielle Internet der Dinge ist also mehr Ding als Datennetz. Doch diejenigen, die Daten nicht nutzen, um ihr Geschäft klüger zu betreiben, werden es damit schwer haben.

These 3: Daten vertiefen die Wertschöpfung

„Immer intelligentere Fabriken produzieren immer intelligentere Produkte.“ Auf diese Formel bringt es Michael ten Hompel. Der Professor für Förder- und Lagerwesen an der Universität Dortmund und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik beschäftigt sich mit der Frage: „Wie können produzierende Unternehmen ihre Geschäftsfelder schrittweise mit den Betriebsdaten erweitern?“ Gute Antworten hörte ten Hompel kürzlich bei einem Besuch bei dem Weltmarktführer für Heizungspumpen Wilo.

Der Dortmunder Mittelständler automatisierte laut ten Hompel „zurzeit nicht nur wie aus dem Industrie-4.0-Lehrbuch die Produktion hin zu einem flexiblen On-Demand-System“. Eine Standard-Heizungspumpe des Unternehmens werde zudem heute mit acht digitalen Prozessoren ausgeliefert. Dank ihrer lässt sich nicht nur Energie sparen. Das Unternehmen bietet nun auch „vorausschauende Wartung“ als neue Dienstleistung an. „Beides taugt zum hochprofitablen Zusatzgeschäft“, sagt ten Hompel –mit der Betonung auf Zusatz.

Unter Gründern und Beratern kursiert die Meinung, die Digitalisierung sei gleichbedeutend mit der Ablösung alter Geschäftsmodelle. Vollkommen neue Unternehmen übernähmen die Macht. Doch im Industrie-Geschäft hinken die ewigen Vergleiche mit Apple, Google und Facebook. Ein iPhone hat mit einem grünen Tastentelefon von Siemens auf dem Abstelltisch in der Diele nicht mehr allzu viel gemein. Die wichtigste Aufgabe einer Heizungspumpe wird aber auch in 50 Jahren noch sein, zuverlässig Wasser durch die Anlage zu pumpen. Auf dieser Kernfunktion ließen sich „hybride Geschäftsmodelle“ aufbauen, wie ten Hompel es nennt. Die industriellen Champions von heute seien dabei in einer guten Ausgangsposition.

Produzierende Unternehmen haben es in der Regel nicht mit Endkunden zu tun, sondern mit anderen Unternehmen, die sie seit vielen Jahren beliefern. In diesem Geschäft gehöre „die Schnittstelle zum Kunden nicht Google oder Apple, sondern Trumpf oder Volkswagen“, sagt ten Hompel. Und daher könne der Hersteller „die technischen Voraussetzungen für weitere digitale Wertschöpfung gleich mit in seine Produkte einbauen. Wer so digtalisiert, profitiert.“ So wird das Röntgengerät beispielsweise um eine Analytik-Datenbank für Radiologen erweitert. Der Produzent von Blechbiegemaschinen berät Kunden, wie sie Material sparen können – denn nur er kennt die Nutzungsdaten von 20 000 Maschinen gleichen Typs in anderen Fabriken. Und der Hersteller von Windrädern hilft dem Windpark-Betreiber bei der Standortauswahl, weil er die Daten von allen Windrädern kennt, die er jemals gebaut hat.

Michael ten Hompel ist überzeugt: „Wenn industrielle Fertiger mit diesem Ansatz im Hinterkopf ihre Produkte auf die digitale Transformationsreise schicken, stoßen sie bei ihren Business-to-Business-Geschäftspartnern offene Türen auf und legen damit eine neue Basis für ihre Zukunft.“ Dass dies leichter gesagt als getan ist, weiß er allerdings auch. Denn hybride Geschäftsmodelle setzen voraus, dass es den Herstellern gelingt, ihre Produkte sinnvoll mit digitalen Bestandteilen zu versehen. „Software ist wie die Geheimrezeptur eines Spitzenkochs. Wer auf hybride Modelle setzt, kann sie nicht mehr wie bisher von IT-Unternehmen einkaufen. Er muss sie selbst produzieren und das Know-how im eigenen Unternehmen ausbauen, sonst erklärt er den Softwarefirmen sein Erfolgsrezept und überlässt ihnen im schlimmsten Fall auch noch die wertvollen Daten“, resümiert ten Hompel. Die Chancen, das zu vermeiden, seien aber gut, denn: „Wir haben in vielen Softwarebereichen Defizite. Aber bei den eingebetteten Systemen gehören wir zur Weltspitze.“

These 4: Der Mittelstand ist im Vorteil 

Viele Unternehmen, die ihr Geschäftsmodell erweitern wollen, verfallen auf das, was der Berater und Publizist Tim Cole „Abonnement-Modelle“ nennt. „Subscription Economy“ heiße das in seinem Heimatland, den USA – und die sei keine Erfindung der Digitalisierung. Schon in den Achtzigerjahren wollten einige Bohrmaschinenhersteller keine Bohrmaschinen mehr verkaufen, sondern Löcher. Leuchtstoffröhren-Hersteller hatten Lichtstunden im Angebot und Kompressoren-Hersteller komprimierte Luft. Die Idee klang gut, der Erfolg blieb allerdings lange weit hinter den Versprechungen der Geschäftsmodell-Innovatoren zurück. Bis das heute sogenannte Cloud Computing aufkam, also die Nutzung externer Speicherleistung als Verstärkung.

Henning Kagermann verfolgt das Thema schon länger. Als SAP-Vorstandsvorsitzender hat er einst beobachtet, wie Cloud-Computing-Pioniere wie Salesforce die Informationstechnik abruf- und bezahlbar wie Strom aus der Steckdose machten – und so große Marktanteile eroberten. Heute berät Kagermann als Präsident der Deutschen Akademie für Technikwissenschaften (Acatech) Unternehmen und politische Entscheidungsträger. Acatech hat den Begriff Industrie 4.0 definiert und populär gemacht. Mit dem Slogan „Smart Service Welt“ versucht Kagermann gerade deutschen Unternehmen nahezubringen, „wie sie bestehende Geschäftsbeziehungen und digital veredelte Produkte nutzen können, um mit intelligenten Dienstleistungen zusätzlich Umsatz zu machen“. Im Kern geht es dabei um die genannten hybriden Geschäftsmodelle.

Der Ex-Manager sagt: „Die Margen bei diesen Dienstleistungen sind oft deutlich höher als im alten Kerngeschäft.“ Damit ist ihm die Aufmerksamkeit seiner Zielgruppe schon einmal sicher. Kagermann weiß aber auch, dass diese Geschäftsmodell-Evolution harte Arbeit ist. Unternehmen müssen dazu drei Hürden überwinden:

1. Aus Sicht der Kunden bedeutet die Umstellung auf Subskription: sofort niedrigere Investitionskosten. Für den Anbieter heißt es im Umkehrschluss: Rückgang der Gewinne bei steigenden Marketing- und Akquisekosten. Diese Durststrecke müssen Unternehmen überstehen, wenn sie langfristig ihr Geschäftsmodell erweitern möchten.

2. Mitarbeiter von Unternehmen, die es gewohnt sind, fertige Produkte zu verkaufen, lernen als Dienstleister, auf die Bedürfnisse der Kunden einzugehen. Wenn dieser Wandel nicht gelingt, sind auch die besten neuen Geschäftsmodelle zum Scheitern verurteilt.

3. Ein gutes Produkt mit digitalen Elementen zu entwickeln und zu produzieren fällt den kleinen und großen Industrie-Champions in Deutschland oft leicht. Beim Thema Service aber haben die meisten Nachholbedarf. Ihn kostengünstig zu gewährleisten wird zu einer neuen Kernkompetenz, denn: Dem Kunden steht vertraglich eine Leistung zu – jede Ineffizienz senkt die Marge des Anbieters.

„Das alles darf Firmen nicht davon abhalten, den Weg in die Smart Service Welt zu gehen“, sagt Henning Kagermann. Doch wer ihn antritt, müsse sich über zweierlei im Klaren sein. Zum einen können Manager den Prozess nicht an Spezialisten delegieren, was viele gern tun, die sich mit dem Thema Digitalisierung schwertun. Zum anderen brauche es für die neuen hybriden und auf Dienstleistungen basierenden Geschäftsmodelle oft „mehr Durchhaltevermögen als zu Beginn des Weges einkalkuliert“. Bei der Transformation sieht er den deutschen Mittelstand klar im Vorteil gegenüber börsennotierten Unternehmen. „Die kurze Taktung der Börse gibt kaum Zeit für eine sinnvolle, aber eben langwierige Umstellung“, sagt Kagermann.

These 5: Die Industrie braucht Vielfalt 

Die Digitalisierung verändert nicht nur Produktion, Produkte und Vertrieb, sondern auch Märkte; auf digitalen dominieren Plattformen. Sie fungieren als Vermittler zwischen Anbieter und Kunden. Die Plattformbetreiber definieren die technischen Standards, mit denen etwa Smartphone-Apps, Musik oder eBooks angeboten und ausgeliefert werden können. Plattformen verfügen über viele Kundendaten, bequeme Zahlungssysteme und wirksames Marketing. Damit ermöglichen sie vielen kleinen Anbietern überhaupt erst, ihr Geschäft im größerem Stil zu betreiben.

Wegen des Netzwerkeffektes entstehen meist Oligopole: Je größer eine Plattform, desto mehr Anbieter und Nutzer zieht sie an, was sie noch attraktiver macht. Die Eigentümer nutzen ihre Marktmacht, um auf Kosten der Anbieter entsprechende Profite zu erwirtschaften. Apple, Google, Amazon, Facebook und Ebay machen vor, wie das im Geschäft mit Endkunden funktioniert.

Nun hat das Rennen um die Plattformen der automatisierten Produktion und der smarten Dienstleistungen begonnen. Der Accenture-Chef Frank Riemensperger kennt mindestens hundert Initiativen von einzelnen Unternehmen oder Konsortien, welche die Datenstandards der Industrie 4.0 setzen und deren Datenströme auf ihren Servern bündeln wollen. Nahezu alle großen Namen der IT-Branche mischen mit: IBM, HP, Cisco, Google, SAP, Amazon Web Services, Salesforce und Rackspace. Aber auch europäische Konzerne wie Siemens, ABB, Thyssen, Airbus, Dassault Systèmes und traditionell innovative Maschinenbauer wie Trumpf, Kuka und MTU treten an. Das Gleiche gilt für die großen Automobilhersteller und die großen Zulieferer wie Bosch oder Scheffler.

Die zögerliche Haltung der deutschen Industrie in Sachen Digitalisierung wurde in der Vergangenheit oft beklagt. Bei den Plattformen für die vernetzte Fertigung wirkt ihre Haltung jetzt wie eine konzertierte Trotzreaktion nach dem Motto: Wir lassen uns von den meist US-amerikanischen IT-Giganten nicht die Butter vom Brot nehmen! „Wer das Rennen gewinnt, kann niemand vorhersagen“, sagt Kagermann.

Allerdings zeichnen sich schon heute mehrere Trends ab, die den deutschen Unternehmen Grund zur Hoffnung geben.

1. Google, Amazon und Facebook haben in einem neuen Medium mit neuen Daten neue Märkte geschaffen. In der Industrie bauen die Fertiger die Sensoren und Prozessoren in eigene Produktionsstätten oder Produkte ein, welche die Daten liefern oder empfangen. Sie haben zunächst einmal die Hoheit über die Daten. Das Einfallstor der IT-Unternehmen sind die intelligente Auswertung und Nutzung der Daten. Wenn die Hersteller hier rasch eigene Kompetenzen entwickeln, haben sie eine Chance, ihre Datenhoheit zu behalten.

2. Die Anwendungen in der vernetzten Industrie sind vielfältiger als jene für Konsumenten. Der immer wieder bemühte Vergleich mit den Software-Verkaufsportalen von Apple oder Google (App Store sowie Google Play), den Kommunikations-Plattformen Facebook und Twitter und den Handels-Marktplätzen für Shop-Betreiber von Amazon oder Ebay greift auch hier zu kurz. Die Netzwerkeffekte kommen nur mit Einschränkung zum Tragen, und daher gilt auch nicht das „The-winner-takes-it-all“-Prinzip. Für die vielfältigen industriellen Anwendungen braucht man unterschiedliche Plattformen. Und für jede Variante einer vernetzten Produktion bedarf es wiederum tiefer Kenntnis der Abläufe. Auch hier sind die Hersteller und ihre traditionellen Ausrüster zunächst einmal im Vorteil.

3. Veränderungen im Geschäft mit Unternehmen vollziehen sich nicht so rasch wie in dem mit Konsumenten – die Kundenbeziehungen sind im Schnitt deutlich stabiler. Das ist für die Industrie kein Grund, in alte Behäbigkeit zu verfallen. Es könnte aber zumindest heißen: Der Wettbewerbsvorteil, den die IT-Unternehmen wegen ihrer agilen Kulturen und aggressiven Marktstrategien haben, fällt nicht so stark ins Gewicht.

Frank Riemensperger wagt zumindest die Vorhersage: „Es wird bei den Industrie-Plattformen keine weltweiten Oligopole geben, sondern Plattformvielfalt und Vielfalt bei den Betreibern.“

These 6: Lernen, lernen, lernen! 

Die Ausgangslage für den Übergang zur vernetzten Produktion in Deutschland ist gut. Bei drei Schlüsseltechnologien der industriellen Automatisierung gehören deutsche Unternehmen zur Weltspitze:

1. Sensorik /Mikroelektronik
2. Robotik
3. eingebettete Software.

Und der Mensch? Ihm fallen in der Fabrik der Zukunft vor allem zwei Rollen zu. Er muss sie zunächst erschaffen, indem er die Präzision des Maschinenbaus mit der Logik der Informationstechnik verknüpft. Fachleute, die das können, sind schon heute rar und teuer. Es werden diejenigen Volkswirtschaften im globalen Wettbewerb die Nase vorn haben, deren Bildungssysteme junge Menschen hervorbringen, die Atome und Bits miteinander verbinden können.

Die zweite Rolle des Menschen in der smarten Fabrik ist die des hoch spezialisierten Wartungsdienstleisters, falls es im komplexen System hakt. Der klassische Facharbeiter wird aus der Produktion verschwinden. Doch wer die intelligenten Maschinen warten, Fehler erkennen und vor Ort beheben kann, wird noch sehr lange sehr viel zu tun haben.

Im Umkehrschluss heißt das: Ohne Daten-Facharbeiter lässt sich keine smarte Fabrik betreiben. Das duale Ausbildungssystem hat hierauf bislang kaum reagiert. Immerhin: Erste Initiativen der Sozialpartner und des Bundesarbeitsministeriums nehmen das Thema auf. Ein entsprechendes Schlagwort gibt es auch bereits: Arbeiten 4.0. Das klingt holprig, verweist aber auf einen wichtigen Punkt. Die neue industrielle Ära ist weniger ein technisches Problem als eines der menschlichen Veränderungsfähigkeit. Es kommt darauf an, eine neue Generation von Wissensarbeitern für das Zeitalter der vernetzten Maschinen fit zu machen.

Es wird also noch sehr anstrengend, bevor uns die Maschinen die Arbeit abnehmen. ---

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