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Industry 4.0 – the intended impact of Cyber Physical Systems in a Smart Factory on the daily business processes

A Study on BMW (UK) Manufacturing Limited

Written by A. Liebert

Paper category

Bachelor Thesis

Subject

Business Administration>Management

Year

2016

Abstract

Masterarbeit Industrie 4.0: Der Zweck dieser Masterarbeit ist es, die Möglichkeiten aufzuzeigen, die Industrie 4.0 im Rahmen der Anwendung von Cyber Physical Systems in einer Umgebung einer Smart Factory mit sich bringt. Diese Arbeit soll die Veränderungen in den täglichen Geschäftsprozessen und die Auswirkungen dieser Veränderungen auf das tägliche Geschäftsleben aufzeigen.Design/Methodik/Ansatz: Die Untersuchung wird als Fallstudienforschung durchgeführt. Aufgrund eines qualitativen Ansatzes für diese Fallstudie werden Interviews geführt und die Ergebnisse analysiert und diskutiert.Ergebnisse:Industrie 4.0 wird die Art und Weise, wie wir heute arbeiten, verändern und Unternehmen und Geschäftsprozesse in vielerlei Hinsicht beeinflussen.Datenverarbeitung, Prozesse und Effizienz werden sich ändern und die Art und Weise, wie wir die Produktion wahrnehmen, wird sich langfristig verändern.Weitere Forschung: Es wäre empfehlenswert, diese Forschung zu erweitern, indem mehr Forschung in diesem speziellen Bereich durchgeführt wird, und auch die Auswirkungen auf die Mitarbeiter sollten detaillierter untersucht werden.Stichworte:Industrie 4.0, Cyber Physical Systems (CPS), Smart Factory, BMW, BMW (UK) Manufacturing Limited, BPM (Business Process Management), Innovation. "Man kann nicht warten, bis ein Haus abbrennt, um eine Feuerversicherung dafür abzuschließen. Wir können nicht warten, bis es zu massiven Verwerfungen in unserer Gesellschaft kommt, um uns auf die vierte industrielle Revolution vorzubereiten", so Robert J. Shiller (2013).́ In der heutigen Welt sind Innovationen für die Wirtschaft unerlässlich. Produkte werden immer schneller auf den Markt gebracht, und die Produktionsprozesse müssen sich an diesen Wandel anpassen. Eine der Branchen, die diese Innovationen stets vorangetrieben haben, war die Automobilindustrie, die sich stets an Veränderungen und neue Technologien angepasst hat. Heute sprechen Experten von der vierten industriellen Revolution, die unsere Wirtschaft in vielerlei Hinsicht verändern wird, um sie effizienter zu machen, den Informationsfluss zu verbessern und viele andere Möglichkeiten zu eröffnen. Aus diesem Grund wurde dieses Thema für die vorliegende Arbeit gewählt.1.1.1InnovationNach Engel (2015, S. 36) ist Innovation weltweit ein wichtiger Motor für die "Verbesserung der wirtschaftlichen Vitalität und Wettbewerbsfähigkeit von Gemeinden, Regionen und Nationen", und er erklärt, dass dies durch verschiedene Faktoren und Maßnahmen in verschiedenen Regionen der Welt gefördert werden kann. Viele Innovationen können durch staatliche Einflüsse vorangetrieben werden, wie das Projekt Industrie 4.0, das hauptsächlich von der deutschen Regierung initiiert wurde, und ein Bericht der deutschen Regierung.Schwab (2016) erklärt die Geschichte von Industrie 4.0, einem kürzlich entwickelten Begriff, der die vierte industrielle Revolution beschreibt, die gerade stattfindet. Die 9erste industrielle Revolution fand von 1760 bis etwa 1840 statt und beinhaltete die Entwicklung der Dampfmaschine, die die Art und Weise der Produktion veränderte. Die zweite industrielle Revolution, zu der auch die Elektrifizierung und die Arbeitsteilung gehörten, fand von den 1870er Jahren bis Mitte des 20. Jahrhunderts statt. Die zweite industrielle Revolution ermöglichte die Massenproduktion. Die dritte industrielle Revolution, die auch als "digitale Revolution" bezeichnet wird, fand ab den 1970er Jahren statt, als die Produktionsprozesse immer stärker automatisiert wurden und das Internet ab den 1990er Jahren zu einem wichtigen Faktor wurde.Nach Ansicht des Autors wurde der Begriff Industrie 4.0 während der Hannover Messe im Jahr 2011 geprägt, um die Revolution innerhalb der Unternehmen und der globalen Wertschöpfungskette zu beschreiben. Industrie 4.0 war zunächst ein großes Thema in Deutschland, wo eine Arbeitsgruppe gegründet wurde, die die Chancen von Industrie 4.0 für die deutsche Fertigungsindustrie untersuchte. Der Bericht "Empfehlungen zur Umsetzung der strategischen Initiative INDUSTRIE 4.0" (Kagermann, Wahlster und Helbig, 2013, S. 77) definiert das strategische Konzept und gibt Empfehlungen für die Industrie. Industrie 4.0 beinhaltet viele Aspekte und Variablen in diesem strategischen Konzept. Die Autoren führen an, dass bisher viele Unternehmen die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) in ihre täglichen Geschäftsprozesse einbezogen haben und dies unsere Art der Produktion verbessert hat. Industrie 4.0 umfasst jedoch mehr als nur IKT. Sie umfasst zum Beispiel Cyber-Physical-Systems (CPS), die die physische Welt mit der virtuellen Welt verbinden. Dies zielt letztlich auf eine vernetzte Fabrik ab, die auch als intelligente Fabrik bezeichnet wird, indem das Internet der Dinge und Dienste geschaffen wird. Laut Kagermannet al. (2013) birgt Industrie 4.0 viele Chancen für die zukünftige Entwicklung in vielen Bereichen unseres heutigen Geschäftslebens. Dies betrifft die Erfüllung individueller Kundenwünsche, Flexibilität, optimierte Entscheidungsfindung, Ressourcenproduktivität, Wertschöpfungsmöglichkeiten, Reaktion auf den demografischen Wandel am Arbeitsplatz und die Work-Life-Balance. 101.1.2Business Process Management (BPM)Del Giudice (2016) erwähnt, dass das Thema Internet der Dinge, welches eine aktuelle Innovation darstellt, in der Forschung zunehmend diskutiert wird. Zairi (1997, S. 64) definiert BPM als "einen strukturierten Ansatz zur Analyse und kontinuierlichen Verbesserung grundlegender Aktivitäten wie Produktion, Marketing, Kommunikation und anderer wichtiger Elemente der Unternehmenstätigkeit". Er unterstreicht die Bedeutung von Schlüsselaspekten innerhalb des Unternehmens, nämlich Qualitätssysteme, Qualitätsstruktur, Strategie und Prozessmanagement. Ko (2009) argumentiert, dass Business Process Management (BPM) das Management mehrerer Geschäftsprozesse ist, die er in drei verschiedene Prozessebenen einteilt. Diese drei verschiedenen Prozessebenen stimmen mit den Managementebenen überein. Es gibt die operative, die Management- und die strategische Ebene. Die operative Ebene umfasst die Durchführung der Aufgaben. Die Managementebene stellt sicher, dass die Ressourcen effizient eingesetzt werden, um den Erfolg zu gewährleisten, und die strategische Ebene ist der Prozess der Entscheidung über die zu erreichenden Ziele und die Zuweisung der Ressourcen, um diese Ziele zu erreichen. Sie wird in drei verschiedene Arten von Kompetenzen von Geschäftsprozessen unterteilt. Es gibt die Kerngeschäftsprozesse, die das Unternehmen am Laufen halten und die Umsätze generieren, die Management-Geschäftsprozesse, die die Effizienz bzw. die Unternehmensführung sicherstellen und die Support-Geschäftsprozesse, die nicht umsatzwirksame Kostenbestandteile sind, aber dennoch entscheidend für die Zielerfüllung sind.BPM ist daher nach Ko (2009, S. 14) eine "prozessorientierte Managementdisziplin".1.1.3Cyber Physical SystemsBPM hat nach Vom Brocke, et al. (2014) einen starken Bezug zu IT-Themen und eignet sich daher sehr gut für diese Forschung, da Cyber Physical Systems (CPS) eng mit diesem Thema verbunden sind. Cyber Physical Systems (CPS) "sind eine neue 11Klasse von technischen Systemen, die eine enge Interaktion zwischen Cyber- und physischen Komponenten bieten" (Khaitan und McCalley, 2015, S. 1). Den Autoren zufolge erfordert die gestiegene Nachfrage nach Komplexität und Leistung in unserer modernen Welt eine Verschmelzung von Cyber- und physischen Systemen. CPS sind Systeme, die "die Integration von Berechnungen, Netzwerken und physischen Prozessen bieten". Diese Systeme verfügen über miteinander verflochtene Software und physische Instanzen, die miteinander kommunizieren. CPS können Teil einer Smart Factory sein, die laut Kagermannet al. (2013) eine Fabrik ist, die Komplexität bewältigen und Waren effizienter herstellen kann. In einer solchen Fabrik kommuniziert alles miteinander, d.h. Menschen, Maschinen und Ressourcen kommunizieren. Dies wird die traditionellen Produktionsprozesse verändern.1.2ProblemdiskussionKagermannet al.(2013) betonen, dass Cyber Physical Systems (CPS) ein entscheidender Teil des Konzepts einer Smart Factory und damit entscheidend für die Umsetzung von Industrie 4.0 sind. Sie erörtern viele Möglichkeiten, die Industrie 4.0 in Zukunft in Bezug auf die Arbeitsplatzumgebung und die Produktion selbst mit sich bringen wird. Dabei stehen die Erfüllung individueller Kundenwünsche, Flexibilität, optimierte Entscheidungsfindung, Ressourcenproduktivität und -effizienz, die Schaffung von Wertschöpfungsmöglichkeiten, die Reaktion auf den demografischen Wandel und die Vereinbarkeit von Beruf und Familie im Mittelpunkt. Die Organisation Internationale des Constructeurs d'Automobiles (OICA) führt Buch über die Anzahl der weltweit gebauten Autos. Ein Blick auf ihre Zahlen macht deutlich, dass dieser Industriezweig ein entscheidender Bestandteil unserer Wirtschaft und der Weltwirtschaft ist. Dies ist einer der Gründe für die Wahl der Automobilindustrie als Beispiel für diese Untersuchung, da sie ein wichtiger Teil der weltweiten Wirtschaft ist. Laut Khaitan und McCalley (2015) werden CPS unser Geschäft aufgrund der Entwicklung von IKT-gesteuerten Fabriken zu vernetzten und verbundenen CPS-gesteuerten Smart Factories erheblich beeinflussen. Aufgrund dieser großen Veränderung im Daher wird das Geschäftsprozessmanagementmodell herangezogen, um die neue Situation im Unternehmen nach den Veränderungen zu analysieren. Um diese Auswirkungen zu identifizieren und ihre Umsetzung in einem Unternehmen zu sehen, könnte es interessant sein, einen Blick auf die klassischen Geschäftsprozesse zu werfen und zukünftige Alternativen im Rahmen der Anwendung von CPS in einer "Smart Factory"-Fertigungsumgebung zu betrachten. Aufgrund der teilweisen Umsetzung spreche ich von den beabsichtigten Auswirkungen und nicht von den Auswirkungen, da die langfristigen Aspekte dieser Veränderungen derzeit erforscht werden und zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht absehbar sind.1.3ForschungsfrageWie wird sich die Gestaltung von Cyber Physical Systems in einer Smart Factory auf die täglichen Geschäftsprozesse in der Automobilindustrie auswirken?1.4ZweckDer Zweck dieser Arbeit ist es, die Möglichkeiten zu erforschen, die Industrie 4.0 im Rahmen der Anwendung von Cyber Physical Systems in einer Umgebung einer Smart Factory mit sich bringt. Die durchgeführten Interviews und die Analyse sollen Wege aufzeigen, wie neue Geschäftsprozesse aufgrund eines revolutionären Wandels in den Produktionssystemen von Fabriken umgesetzt werden können. Das empirische Material wird in Zusammenarbeit mit BMW (UK) Manufacturing Limited in Oxford, Vereinigtes Königreich, erhoben und soll einen Beitrag zum Thema Innovation und Geschäftsprozessmanagement leisten. Sie versucht, ein Beispiel dafür zu geben, wie Innovation durchgeführt wird, um auch praktische Implikationen für die Industrie zu geben. 2.1Innovation und Industrie 4.0Grant (2008) führt aus, dass Innovation der Prozess der Schaffung neuer Produkte und Prozesse aufgrund einer Veränderung des Wissens ist. Er definiert Innovation auch als die Kommerzialisierung einer Erfindung durch Produktion und Vermarktung oder durch den Einsatz einer neuen Produktionstechnologie. Dies führt letztendlich zu einer Verbreitung. Diese Verbreitung kann entweder zu einer Übernahme auf der Nachfrageseite führen, bei der die Kunden die Ware oder Dienstleistung kaufen, oder zu einer Imitation auf der Angebotsseite, bei der die Wettbewerber die Innovation nachahmen. Abbildung 1: Die Entwicklung der Technologie: Von der Schaffung von Wissen bis zur Verbreitung (Grant, 2008, S. 248) Inwieweit Innovation in einem Unternehmen verankert sein sollte, zeigt Hamel (2007), der schreibt, dass die drei größten Herausforderungen darin bestehen:1. das Tempo der strategischen Erneuerung in großen und kleinen Organisationen drastisch zu beschleunigen2. Innovation zu einer Aufgabe für alle machen, jeden Tag3. Dieses Modell von Grant eignet sich sehr gut, da es die allgemeine Entwicklung dieser Innovationen und ihre weitere Verwendung innerhalb der Wertschöpfungskette beschreibt. Dieses BasiswissenWissenErfindungInnovationInnovationDiffusionAdoptionImitationAngebotsseiteNachfrageseite 14 kann genutzt werden, um zu sehen, ob eine Erfindung zu einer Innovation geworden ist und was in Zukunft passieren wird, wenn sich diese Innovation weiterentwickelt. 2.2Digitale Transformation "Die Wertschöpfung aus der Anwendung des Internet der Dinge zur technologischen Revitalisierung dürfte aus Sicht des Geschäftsprozessmanagements von zentraler Bedeutung sein" (Del Giudice, 2016, S. 267). Unter Berücksichtigung dieses Zitats möchte ich das Thema der Digitalen Transformation zur Einführung des Geschäftsprozessmanagements aufzeigen.Murray et al. (2016) erklären, dass das Internet der Dinge (IoT) Werte schaffen wird. IoT steht für eine Reihe von Technologien, die die Art und Weise, wie Menschen und Maschinen interagieren, verändern werden. Dies wird sich sowohl auf das Wissen der Arbeitnehmer als auch auf die Kunden auswirken. Der Autor erklärt auch, dass das IoT das soziale und individuelle Verhalten sowie die Effizienz beeinflussen wird. Laut Wamba et al. (2015) werden sich Prozesse verändern, Innovationen werden gefördert und Unternehmensökosysteme werden sich verändern. In seiner Schlussfolgerung führt er weiter aus, dass es noch Forschungsbedarf gibt, um erklärende und vorhersagende Theorien weiterzuentwickeln. Der Autor stellt im Zusammenhang mit Big Data, das ein Teil der Digitalen Transformation ist, fest, dass es das Potenzial hat, den gesamten Geschäftsprozess zu verändern, was zu einem Geschäftsprozessmanagement führt, das von diesen Veränderungen stark betroffen sein wird. 2.3Business Process Management (BPM)Zairi (1997) definiert zunächst einen Prozess, bevor er sich mit Business Process Management beschäftigt. Bei der Analyse eines Prozesses definiert er 4 Hauptmerkmale eines Prozesses, nämlich "(1) vorhersehbare und definierbare Ergebnisse; (2) eine lineare, logische Abfolge oder 15 Ablauf; (3) eine Reihe klar definierbarer Aufgaben oder Aktivitäten; (4) ein vorhersehbares und gewünschtes Ergebnis oder Resultat." (Zairi, 1997, S. 64) Nachdem er die Schlüsselkomponenten eines Prozesses erläutert hat, definiert Zairi (1997) BPM (siehe Kapitel 1.1.2). Ihm zufolge muss BPM bestimmte Regeln befolgen, die eine ordnungsgemäße Dokumentation und Abbildung sowie Verknüpfungen zwischen Schlüsselaktivitäten, die Wiederholbarkeit der Qualitätsleistung, einen kontinuierlichen Optimierungsansatz, die Einbeziehung von Best Practices und die Herangehensweise an einen kulturellen Wandel beinhalten.Vom Brocke, et al. (2014, S. 530) zufolge hat sich das Geschäftsprozessmanagement (BPM) "zu einem wichtigen Forschungsbereich entwickelt, der erheblich gereift ist" und für aktuelle und zukünftige Herausforderungen in Unternehmen wichtig ist. Sie sehen keine Artikel, die sich mit der praktischen Umsetzung von BPM befassen, und plädieren daher für ihre zehn Prinzipien für BPM. Vom Brocke, et al. (2014) definieren diese zehn Prinzipien wie folgt:#PrinzipBeschreibung1Prinzip des KontextbewusstseinsBPM sollte zum organisatorischen Kontext passen2Prinzip der KontinuitätBPM sollte eine permanente Praxis sein3Prinzip der BefähigungBPM sollte Fähigkeiten entwickeln4Prinzip des HolismusBPM sollte umfassend sein5Prinzip der InstitutionalisierungBPM sollte in die Organisationsstruktur eingebettet sein 166Prinzip der EinbindungBPM sollte alle Stakeholder-Gruppen einbeziehen7Prinzip des gemeinsamen VerständnissesBPM sollte einen gemeinsamen Sinn schaffen8Prinzip des ZwecksBPM sollte zur strategischen Wertschöpfung beitragen9Prinzip der EinfachheitBPM sollte wirtschaftlich sein10Prinzip der TechnologieaneignungBPM sollte Technologie opportun nutzenTabelle2: Zehn Prinzipien für gutes BPM(Vom Brocke, Schmiedel, Recker, Trkman und Mertens Stijn Viaene, 2014, S. 533) Vom Brocke, et al. (2014) erläutern diese zehn Prinzipien und betonen, dass sie für den aktuellen Wissensstand im BPM wichtig sind und als Referenz für die weitere Entwicklung dienen können.Del Giudice (2016) verbindet BPM mit dem Internet der Dinge, einem Konzept, das der Industrie 4.0 sehr nahe kommt und für die Möglichkeit steht, Menschen, Waren und Dienstleistungen weltweit zu verbinden. Del Giudice betont, dass diese neue Entwicklung die Auslegung des Geschäftsprozessmanagements innerhalb und außerhalb der Unternehmen verändern wird. Er erklärt auch, dass diese Innovationen in Zukunft zu wichtigen Faktoren für Finanz- und Wettbewerbsvorteile werden dürften. Viele Trends sind seiner Meinung nach für den aktuellen Antrieb moderner Fabriken verantwortlich, wie die Globalisierung und die technologische Entwicklung. Die Zukunft des Internets der Dinge sieht er in der Schaffung von Informationen, auf deren Grundlage das Management von Geschäftsprozessen optimiert werden kann. Der Autor stellt fest, dass die Forschungen und Anwendungen des Internets der Dinge einen Mehrwert für Verbraucher und Lieferanten bieten, der von verschiedenen Seiten kommen wird. Der Autor erwähnt die Optimierung von Geschäftsprozessen durch die Analyse von Big Data, optimierte Prozesse durch intelligente Geräte oder vorausschauende Wartungsanwendungen. Del Giudice weist auch darauf hin, dass der Wert der 17Internet der Dinge Anwendungen ihre Akzeptanz, Adaption und breite Nutzung und damit ihren Einsatz für das Geschäftsprozessmanagement bestimmen werden. 183MethodikIn diesem Kapitel wird die für die Arbeit verwendete Methodik erläutert.3.1ForschungsstrategienDie Forschungsstrategie ist entscheidend für die Art und Weise, wie die empirischen Daten gesammelt werden, und daher ist es sehr wichtig, Informationen zu sammeln, die die gestellte Forschungsfrage unterstützen (Ghauri und Gronhaug, 2005). Die qualitative Strategie ist ein anderer Ansatz als die quantitative Strategie. Beide können zur Sammlung, Analyse und Interpretation von Daten angewandt werden (Cresswell, 2014), aber die qualitative Strategie konzentriert sich mehr auf das, was für die untersuchten Objekte wichtig und bedeutend ist (Bryman und Bell, 2011). Qualitative Forschung umfasst laut Bryman und Bell (2011) einen weniger strengen Rahmen, und der Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis der Objekte und dem Sammeln eingehender Daten.Krishnaswamy und Satyaprasad (2010) führen weiter aus und sagen, dass es sich um eine Methode handelt, die Meinungen, Einstellungen und Verhalten untersucht. Für diese Untersuchung habe ich den qualitativen Strategierahmen angewandt, da diese Forschungsstrategie besser geeignet ist, um vertieftes Wissen von Schlüsselpersonen im Unternehmen zu erhalten, die direkt mit diesem Thema arbeiten. Da es in diesem Bereich nicht viele frühere Forschungsarbeiten gibt, könnte ein tiefes Verständnis des Problems sehr hilfreich sein, da bei quantitativen Methoden eine große Anzahl von Personen erreicht würde, bei denen dieses Wissen möglicherweise nicht vorhanden ist, und quantitative Methoden häufig zur Überprüfung etablierter Theorien eingesetzt werden. Dies könnte dazu beitragen, Lücken in der Literatur zu finden, da dieses Thema neu ist. Die Flexibilität der qualitativen Forschung macht diese Methode für diese Untersuchung besser geeignet. Da in diesem Bereich noch nicht viel geforscht wurde, liefert die qualitative Forschung die für die Untersuchung dieses Themas erforderlichen tiefgreifenden Informationen. Read Less