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The adoption of Industry 4.0 technologies in manufacturing

A multiple case study

Written by S. Nilsen, E. Nyberg

Paper category

Master Thesis

Subject

Business Administration>Human Resources

Year

2016

Abstract

Masterarbeit: Innovationen wie Verbrennungsmotoren, Elektrizität und Fließbänder haben alle eine bedeutende Rolle in der verarbeitenden Industrie gespielt, wo die letzten drei industriellen Revolutionen die Art und Weise, wie die Produktion durchgeführt wird, verändert haben. Der technische Fortschritt in der verarbeitenden Industrie schreitet in hohem Tempo voran, und die heutigen Fortschritte können als Teil der vierten industriellen Revolution betrachtet werden. Der Fortschritt kann durch "Industrie 4.0" veranschaulicht werden; die Vision der deutschen Regierung für die zukünftige Fertigung. Bisherige Studien wurden mit dem Ziel durchgeführt, den Nutzen, den Fortschritt und die Relevanz von Industrie 4.0-Technologien zu untersuchen. In diesen Studien wurden die Unterschiede in der Umsetzung und Relevanz von Industrie 4.0-Technologien zwischen und innerhalb von Branchen kaum berücksichtigt. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Einführung von Industrie 4.0-Technologien zwischen und innerhalb ausgewählter Branchen zu untersuchen und herauszufinden, welche Arten von Mustern zwischen ihnen bestehen. Mithilfe einer qualitativen Mehrfach-Fallstudie mit Unternehmen aus der Luft- und Raumfahrt, dem Schwermaschinenbau, der Automatisierungstechnik, der Elektronik- und der Kraftfahrzeugindustrie erhalten wir einen Einblick in die Art und Weise, wie führende Unternehmen die Technologien umsetzen. Um die Faktoren zu identifizieren, die bestimmen, wie Industrie 4.0-Technologien implementiert werden, und welche gemeinsamen Themen gefunden werden können, führen wir das Konzept der Produktionslogik ein, das auf der Verbindung zwischen den Wettbewerbsprioritäten Qualität, Flexibilität, Lieferzeit, Kosteneffizienz und Ergonomie aufbaut. Diese Arbeit umfasst zwei Beiträge. In unserem ersten Beitrag haben wir die Technologien innerhalb der Industrie 4.0 in zwei Bündel eingeteilt: die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und das Konnektivitätsbündel. Das HMI-Bündel umfasst Geräte zur Unterstützung von Bedienern bei Fertigungstätigkeiten, wie Touchscreens, Augmented Reality und kollaborative Roboter. Das Konnektivitätsbündel umfasst Systeme zur Verbindung von Geräten sowie zur Erfassung und Analyse von Daten aus der digitalisierten Fabrik. Master of Science ThesisINDEK 2016:106Die Einführung von Industrie 4.0-Technologien in der Fertigung - eine multiple Fallstudie Samuel NilsenEric NybergGeprüft2016-06-27PrüferLars UppvallBetreuerJonatan FreilichBeauftragterThe Tool CompanyAnsprechpartner- IVDie Ergebnisse dieser Masterarbeit zeigen, dass die Übernahme von Elementen aus den Technologiebündeln je nach der Produktionslogik eines Unternehmens oder einer Branche unterschiedlich ausfällt. Unternehmen, in denen Flexibilität vorherrscht, neigen dazu, Elemente aus dem HMI-Bündel in größerem Umfang zu implementieren. Unternehmen mit wenigen Produktvariationen, bei denen Qualität und Effizienz die Produktionslogik dominieren, setzen dagegen eher Elemente aus dem Konnektivitätsbündel ein, um die Qualität in ihrer Fertigung genau zu überwachen und zu verbessern. Unabhängig von der Produktionslogik setzen die Unternehmen Elemente aus beiden Bündeln ein, allerdings mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Anwendung. Der zweite Beitrag stammt aus der Literatur über technologische Übergänge. In diesem Beitrag haben wir den Aufstieg und die Entwicklung des HMI-Bündels im Lichte von Geels (2002) Multi-Level Perspective (MLP) untersucht. Es kann geschlussfolgert werden, dass ein erhöhter Druck auf der Landschaftsebene in Form von Veränderungen auf dem Verbrauchermarkt und den Einstellungen der Arbeitskräfte zu einer allmählichen Ausbreitung des HMI-Bündels innerhalb der Branchen geführt hat. Die Bündel wurden auch anhand der fünf Innovationsattribute von Rogers (1995) untersucht, wobei der Mangel an Testbarkeit und Beobachtbarkeit eine verstärkte Anwendung von M2M-Schnittstellen verhindert. Was Big Data und Analytik betrifft, so verhindert die hohe Komplexität eine weitere Anwendung der Technologie. Da das HMI-Bündel eine Reihe von Technologien mit großen Unterschieden in den Eigenschaften umfasst, ist es schwierig, anhand der Innovationsattribute eine Schlussfolgerung darüber zu ziehen, was ihre Anwendung begrenzt. Im ersten Abschnitt dieser Masterarbeit wird der Hintergrund des Forschungsgebiets dargelegt. Er umfasst eine kurze Einführung in industrielle Revolutionen und die wichtigsten Merkmale von Industrie 4.0. Darüber hinaus beschreiben wir den Aufbau der Arbeit und stellen unsere Forschungsfrage vor.1.1 HintergrundIndustrielle Revolutionen werden heute oft als historischer Begriff wahrgenommen, der den Übergang von Werkstätten zu Fabriken, von Pferden zu Dampfkraft beschreibt. Die erste industrielle Revolution war ein bedeutender Schritt in der Geschichte der Menschheit, da die Bevölkerung und das Durchschnittseinkommen infolge des technologischen Wandels einen erheblichen Zuwachs erfuhren. Der wichtigste Schritt war die Umstellung der Fertigungstechnik, bei der die Produktion von Muskelkraft auf Maschinen umgestellt wurde. Dies führte sowohl zur Entstehung von Fabriken als auch zu neuen Methoden der Eisenverarbeitung, verbesserter Wasserkraft und dem Einsatz der Dampfmaschine.(Landes, 1969)Die zweite industrielle Revolution führte die Kraft der Elektrizität und des Verbrennungsmotors in die Gesellschaft ein und bewirkte einen Übergang zu einer neuen Wirtschaft. Die Einführung der Elektrizität führte jedoch nicht zu einer raschen Produktivitätssteigerung, da sich die auf Elektrizität basierende Technologie nur langsam in der Industrie verbreitete. Ein Grund, der von mehreren Historikern genannt wird, ist die Tatsache, dass Mitarbeiter und Manager Zeit brauchten, um sich auf die neue Technologie einzustellen. Ein weiterer Grund ist, dass die Fabriken völlig neu konzipiert werden mussten, um für die Elektrizität geeignet zu sein. Es musste also ein technologischer Wandel in der Gestaltung moderner Fabriken herbeigeführt werden, um einen Produktivitätssprung zu bewirken.(Atkeson & Kehoe, 2001)Die dritte industrielle Revolution wird als digitale Revolution bezeichnet. Einige sind der Ansicht, dass diese Revolution Mitte der 1990er Jahre begann, als Personalcomputer miteinander verbunden wurden und die erste Version des Internets ins Spiel kam. Die Auswirkungen dieser Revolution zeigen sich sowohl in der massiven Nutzung der sozialen Medien als auch in der Solarenergie und der künstlichen Intelligenz. Es wird immer noch angenommen, dass wir uns in der Mitte dieses Übergangs befinden. (Vasconcelos, 2015)Industrie 4.0 Industrie 4.0 oder die vierte industrielle Revolution kann als "ein Sammelbegriff für Technologien und Konzepte der Wertschöpfungsorganisation" definiert werden. Da Industrie 4.0 viele sich thematisch überschneidende Elemente und Konzepte beinhaltet, lassen sich Gestaltungsprinzipien besser skizzieren, um eine weitere gemeinsame Basis für Industrie 4.0 zu schaffen. Vernetzung, Informationstransparenz, technische Unterstützung und dezentrale Entscheidungen wurden in einer aktuellen Studie als die wichtigsten Gestaltungsprinzipien identifiziert (Mario, et al., 2015, 11).Der Begriff Industrie 4.0 wurde im Rahmen eines Strategieprojekts der deutschen Bundesregierung geprägt und beschreibt die Informatisierung der Produktion. Einige Experten gehen davon aus, dass der Übergang dem "Mooreschen Gesetz" folgt, das besagt, dass die Technologie ihre Kapazität und Leistung alle zwei Jahre verdoppelt (Deloitte, 2015). 2Das Konzept ist eine Reaktion auf die zuvor beschriebene dritte industrielle Revolution; es wird durch das Internet ausgelöst, das ein cyber-physisches System (CPS) ermöglicht, bei dem Menschen, Produkte und Maschinen innerhalb eines großen Systems miteinander kommunizieren. Es wird davon ausgegangen, dass Industrie 4.0 erhebliche Auswirkungen auf die verarbeitende Industrie haben wird, da ein größerer Bedarf besteht, mit hoher Komplexität umzugehen, und sich die Nachfrage in Richtung auf stärker individualisierte Produkte verändert (Brettel, et al., 2014). Das Konzept ist jedoch nicht neu. Susman und Chase (1986) beschrieben die integrierte Fabrik als ein aufkommendes Konzept und sagten Fortschritte in den Bereichen Computertechnik, vorausschauende Wartung, flexible Fertigungssysteme und computergestütztes Design voraus. Sie sagten auch Veränderungen bei den Managementstrukturen und den Qualifikationen der Arbeitskräfte voraus. Die Autoren glaubten jedoch, dass ihre Vision der zukünftigen Fabrik erst um das Jahr 2000 herum das Licht der Welt erblicken würde. Die Technologien der Industrie 4.0 entstehen und werden in Technologiebündeln ermöglicht, was bedeutet, dass Technologien und Innovationen in ihrer Verbreitung und Anpassung nicht isoliert sind. Wir konzentrieren uns dabei auf zwei Technologiebündel: Das Bündel der Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und das Bündel der Konnektivität. Das HMI-Bündel umfasst Lösungen für die Bedienerführung und die Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Das Konnektivitätsbündel besteht aus Elementen von Big Data & Data Analytics und Machine-to-Machine, die die Kommunikation zwischen Werkzeugen und Maschinen ermöglichen. Die Zukunft der FertigungDie wichtigsten Herausforderungen und Triebkräfte für Fertigungsunternehmen sind kürzere Markteinführungszeiten, eine höhere Flexibilität und eine höhere Innovationsgeschwindigkeit, was die Effizienz steigern wird (Geissbauer, et al., 2014). Fabriken müssen daher intern stärker vernetzt werden, um die Vorteile neuer Technologien zu nutzen und sich an Veränderungen in der Branche anzupassen. Für etablierte Fertigungsunternehmen, die die derzeitige Technologie nutzen, kann der technologische Wandel eine tödliche Bedrohung für das Unternehmen darstellen. Diesen Unternehmen fällt es in der Regel schwer, die "doppelte Beidhändigkeit" zu meistern, d. h. sowohl das Geschäftsmodell als auch die Technologie gleichzeitig zu ändern. Bei der Entwicklung neuer technologischer Innovationen müssen Aspekte des Geschäftsmodells frühzeitig berücksichtigt werden (Engwall & Tongur, 2014). Ein vorherrschender Trend in der heutigen Fertigung ist die Massenanpassung, bei der sich die Fertigung hin zu stärker personalisierten Produkten und modularisiertem Produktdesign bewegt. In einer intelligenten Fabrik werden die Produktionstechnologien in der Lage sein, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren, was bedeutet, dass Änderungen automatisch vorgenommen werden können und die Fertigungsunternehmen in der Lage sind, ihre Produktion schneller und kosteneffizienter anzupassen. Dies erfordert ein effizientes Datenmanagement und Kompetenz bei der Analyse und Erfassung großer Datenmengen (Brettel, et al., 2014). Ein wichtiges Merkmal von Industrie 4.0 ist die Beschleunigung durch exponentielle Technologien, bei denen die Kapazität und Leistung der Technologie exponentiell wächst. Der Kontext, in dem Unternehmen eine technologische Innovation anpassen und umsetzen, kann unter drei Aspekten betrachtet werden: technologischer, organisatorischer und ökologischer Kontext. Dies unterstreicht, dass es sowohl interne als auch externe Treiber für die organisatorische Innovationsfähigkeit gibt (Oliveira & Fraga Martins, 2011). 31.2ProblematisierungDa das Phänomen und Konzept von Industrie 4.0 relativ neu und noch nicht etabliert ist, ist es immer noch ein vages Konzept und wird von Praktikern kontinuierlich entwickelt und umgesetzt. Es gibt mehrere Definitionen von Industrie 4.0 und keinen Konsens über ihre Abgrenzung. Obwohl Studien wie Mario, et al. (2015) versuchen, einen Überblick über Industrie 4.0 zu schaffen, sind die Unterschiede in der Verbreitung und Anwendung von Industrie 4.0-Technologien noch ein unerforschtes Thema. Es gibt derzeit keine Studien, die Produktionslogiken mit der Anwendung und Übernahme von Industrie 4.0-Technologien in Verbindung bringen.Die Anwendung von Industrie 4.0 steht unter der Annahme, dass "one-size-fits-all". In der Forschung oder im Branchendiskurs wird nur selten zwischen den verschiedenen Bedürfnissen in unterschiedlichen Branchen und der Beziehung zwischen verschiedenen Industrie 4.0-Technologien unterschieden. Daher ist die Beziehung zwischen Brancheneigenschaften und Technologieanwendung noch unbekannt. Es wird deutlich, dass es im Interesse der Fertigungsunternehmen liegt, mehr Informationen über künftige technologische Veränderungen in den verschiedenen Branchen zu sammeln. Technologieverschiebungen können für Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes eine tödliche Bedrohung darstellen. Um den technologischen Wandel zu überleben und ein Wertangebot für die Zukunft zu schaffen, müssen sich Fertigungsunternehmen mit dem Problem auseinandersetzen, wie ihre Kunden die Zukunft der Fertigung, d. h. Industrie 4.0, wahrnehmen. Wir verwenden ein Unternehmen, das handgehaltene Werkzeuge für industrielle Anwendungen herstellt, als Anhaltspunkt für diese Studie; wir nennen dieses Unternehmen im Folgenden "The Tool Company". Das Unternehmen hat Kunden in verschiedenen Industriezweigen, die eine breite Palette von Fällen für die Untersuchung der Auswirkungen von Industrie 4.0 bieten.1.3ZweckDer Zweck dieser Arbeit besteht darin, eine Kategorisierung der verschiedenen Industrie 4.0-Technologien auf der Grundlage ihrer Anwendung in industriellen Umgebungen zu entwickeln und festzustellen, wo ein Bedarf an Elementen aus jedem der Technologiepakete besteht. Fünf Branchen werden im Einzelnen untersucht: Luft- und Raumfahrt, Schwermaschinenbau, Elektronik, Automatisierung und Kraftfahrzeugindustrie (MVI). In der Studie werden die führenden Unternehmen in jeder Branche identifiziert und ihre Industrie 4.0-Technologien beschrieben. Dies beinhaltet die Identifizierung der aufkommenden Technologien innerhalb der Industrie 4.0 und wie sie in bestimmten Branchen angewendet werden sowie die Identifizierung von Mustern in ihrer Verbreitung und der Verbindung mit der Produktionslogik. 1.4ForschungsfrageUm ein Verständnis des Phänomens, seiner Auswirkungen und Merkmale zu erlangen, wurde eine Hauptforschungsfrage gewählt. Die vorgestellten Unterfragen müssen beantwortet werden, um die Hauptforschungsfrage beantworten zu können. 4Hauptforschungsfrage: Wie werden unterschiedliche Industrie 4.0-Technologien in verschiedenen Branchen eingesetzt?Unterfragen:1.Wie setzen führende Unternehmen in verschiedenen Branchen Industrie 4.0-Technologien gebündelt ein?2.Welche Faktoren bestimmen, wie und welche Industrie 4.0-Technologien in den ausgewählten Branchen eingesetzt werden?1.5Vorgeschlagener BeitragDer vorgeschlagene Beitrag ist sowohl ein empirischer Beitrag als auch ein Beitrag zur Literatur des Innovationsmanagements. Ein vorgeschlagener Beitrag ist der Versuch, verschiedene Industrie 4.0-Technologien zu bündeln und zu ermitteln, wie Industrie 4.0-Technologien in Bündeln übernommen werden. Der empirische Beitrag konzentriert sich vor allem auf die Darstellung, wie führende Unternehmen in ausgewählten Branchen Industrie 4.0-Technologien einsetzen und wie ihre Entscheidungen mit der Produktionslogik zusammenhängen. Was den Beitrag zur Literatur betrifft, so konzentriert sich die Arbeit auf die Untersuchung von Industrie 4.0 im Lichte verschiedener Theorien aus den Bereichen technologische Übergänge und Innovationsmanagement. 1.6DispositionEine Übersicht über den Bericht ist in Abbildung 1 dargestellt. Das folgende Kapitel befasst sich mit dem theoretischen Rahmen, in dem die wichtigsten Konzepte und Rahmenwerke vorgestellt und diskutiert werden. Danach wird Industrie 4.0 im empirischen Hintergrund näher erläutert. In Kapitel 4, Methodik, werden das Forschungsdesign und unsere Herangehensweise an die Hauptforschungsfrage und die Unterfragen erklärt. In Kapitel 5 stellen wir fünf Fallbeispiele vor und definieren die Produktionslogik und die Technologien, die in den fünf untersuchten Branchen auftauchen. Wir ermitteln auch, wie verschiedene Industrie 4.0-Technologien in den ausgewählten Branchen und innerhalb dieser Branchen eingesetzt werden, um Unterfrage 1 zu beantworten. Danach, in Kapitel 6, analysieren wir die Ergebnisse und konzentrieren uns auf die zweite Unterfrage. Kapitel 5 und 6 beantworten zusammen die Hauptforschungsfrage. Abschließend werden in Kapitel 7 die Ergebnisse diskutiert und der Bezug zu früheren Studien und Theorien hergestellt. Abbildung 1: Überblick über den BerichtTheoretischer Rahmen-Technologische Übergänge-InnovationsdiffusionWissenschaftlicher Hintergrund-Industrie 4.0 im ÜberblickMethode-Forschungsdesign und -ansatz-DatenerhebungErgebnisse-Fallbeispiele-HauptergebnisseAnalyse-Verbindende Produktions- und Technologielogiken-Gemeinsame Themen in den FallstudienDiskussion-Vergleich der Ergebnisse mit:-Industrieberichten-Theoretische Konzepte Theoretischer RahmenIn diesem Kapitel wird der theoretische Rahmen vorgestellt, der die Grundlage der Untersuchung bildet. Dazu gehören technologische Übergänge, die einen Überblick über technologische Verschiebungen auf Makroebene geben, und die Theorie der Innovationsverbreitung. Der Zweck dieses Kapitels besteht darin, die Lücke in der vorhandenen Literatur zu verdeutlichen. Die Studien von Dosi (1982), Geels (2002, 2011, 2014), Schot & Geels (2007, 2008) und Christensen (1997, 2015) beschränken sich im Wesentlichen auf die Untersuchung einer einzigen technologischen Innovation oder auf Übergänge, die ex post untersucht werden, wie z. B. Dampfschiffe oder Festplattenlaufwerke. Diese Literatur konzentriert sich hauptsächlich auf die Untersuchung einer einzigen Innovation, während die Möglichkeit, dass mehrere verwandte Innovationen gleichzeitig als Bündel eingeführt werden, außer Acht gelassen wird. Die Literatur berücksichtigt daher nicht die Anwendung von Technologiebündeln, wie sie zum Beispiel in der Industrie 4.0 zu finden sind, die aus mehreren aufkommenden Technologien bestehen und sich auf Systeme und Branchen auswirken. Die Bündel können eine Kombination aus inkrementellen und disruptiven Innovationen sein, was den Grad der Komplexität der Analyseeinheit erhöht. Das Ergebnis ist eine Lücke in der Theorie, in der Industrie 4.0 als Technologiebündel ein unerforschtes Thema ist.2.1 Disruptive Innovation und technologische ÜbergängeIndustrie 4.0 ist ein innovationsgetriebenes Wachstum in einer Vielzahl von Produktionsunternehmen, bei dem die Theorie der disruptiven Innovation von Interesse ist, um die Technologien zu verstehen, die als disruptiv gelten. Der Begriff wurde 1995 von Clayton M. Christensen geprägt und beschreibt den Prozess, bei dem ein kleineres Unternehmen erfolgreich größere etablierte Unternehmen herausfordert. Etablierte Unternehmen neigen dazu, sich zu sehr auf ihr bestehendes Geschäft zu konzentrieren, die Bedürfnisse anderer zu ignorieren und nicht die Investitionen zu tätigen, die Kunden in der Zukunft verlangen werden (Bower & Christensen, 1995; Christensen, et al., 2015). Das Modell der disruptiven Innovation wird in der folgenden Abbildung 2 beschrieben, wobei die steilen Linien die Entwicklung der Produktleistung und die flachen Linien die Entwicklung der Kundennachfrage darstellen. Die etablierten Unternehmen versuchen, das obere Ende des Marktes, wo die Rentabilität am höchsten ist, durch die Einführung höherwertiger Produkte zu bedienen. Gleichzeitig vernachlässigen sie die Märkte des unteren Segments und öffnen sich für neue Anbieter, die die etablierten Unternehmen herausfordern (Christensen et al., 2015). 6Abbildung 2: Das Modell der disruptiven Innovation (Christensen et al., 2015)In der Vergangenheit gab es viele Beispiele von Unternehmen, die es nicht geschafft haben, mit disruptiven technologischen Veränderungen umzugehen. Diese Unternehmen sind oft sehr leistungsfähig und investieren in bessere Produkte, die den Markttrends und der Nachfrage der Kunden entsprechen. Gleichzeitig ist diese hohe Leistung der Grund, warum die etablierte Position verloren geht, wenn sich die Technologie ändert. Daher ist es manchmal richtig, nicht auf die bestehenden Kunden zu hören und stattdessen in Technologien mit geringerer Gewinnspanne zu investieren. Die Verallgemeinerbarkeit der Theorie der disruptiven Innovation wurde jedoch nur selten getestet, und es wurden nur wenige quantitative Tests zur Bestätigung der Theorie durchgeführt. Es wird argumentiert, dass die Theorie nicht alle Fallbeispiele erklären kann, die Christensen (1997) in seiner Untersuchung anführt. Andere Faktoren, die einen Einfluss haben, sind Altlasten und eine veränderte Skalenökonomie (King & Baatartogtokh, 2015). Wenn eine Technologie durch eine kürzlich eingeführte Technologie obsolet wird, kann man von einem technologischen Übergang sprechen. Der Begriff wird im Allgemeinen definiert als eine größere technologische Veränderung in der Art und Weise, wie gesellschaftliche Funktionen wie Kommunikation, Wohnen und Produktion erfüllt werden. Das Konzept des technologischen Übergangs ist nicht auf die Technologie selbst beschränkt, sondern umfasst auch Faktoren wie Benutzerpraktiken, Infrastruktur und symbolische Bedeutung (Geels, 2002). Die industriellen Revolutionen in den vergangenen Jahrhunderten haben unsere Vorstellung davon, wie die Produktion ablaufen sollte, verändert. So veränderte beispielsweise die Einführung des Fließbands zu Beginn des 20. Jahrhunderts die symbolische Bedeutung der Massenproduktion und der Infrastruktur im Hinblick auf die Fabrikgestaltung. Was die Fertigung betrifft, so wurde die integrierte Fabrik zuvor von Susman & Chase (1986) als soziotechnisches System beschrieben, um die Probleme zu verstehen, die auftreten, wenn sich Technologie und Prozesse in der Fertigung ändern. Daher können technologische Übergänge mit den wissenschaftlichen Paradigmen verglichen werden, wie von Giovanni Dosi (1982) argumentiert. In dieser Theorie können kontinuierliche Veränderungen in einer Technologie als Fortschritt entlang eines technologischen Pfades betrachtet werden, während Diskontinuitäten mit neuen technologischen Paradigmen in Verbindung gebracht werden können. Dosi (1982) betont auch, dass die Entstehung neuer technologischer Paradigmen nicht nur vom "Markt" als eigenständiger Kraft abhängig ist. Vielmehr ist sie abhängig von wissenschaftlichen 2.2 Eine Mehrebenen-Perspektive auf technologische Veränderungen Ein konsistenter Rahmen zur Beschreibung technologischer Übergänge ist die Mehrebenen-Perspektive (MLP), die von Frank Geels (2002) vorgestellt wurde und in Abbildung 3 dargestellt ist. Dieser Rahmen beschreibt drei Ebenen, die die MLP bilden: Nischenebene (Mikroebene), Regime (Mesoebene) und Landschaft (Makroebene). Ein technologischer Übergang wird als Ersatz eines aktuellen technologischen Regimes konzipiert. Die drei Ebenen sind miteinander verbunden, da Veränderungen in der Landschaft und/oder der Nische dazu führen, dass ein Übergang schneller oder überhaupt nicht stattfindet. Die soziotechnische Landschaft wird als Repräsentation eines breiteren Kontextes beschrieben, wie z. B. demografische Trends, gesellschaftliche Werte und makroökonomische Muster, die sich im Allgemeinen nur langsam verändern, obwohl es zu Schocks in Form von Kriegen, Revolutionen oder Preisschocks kommen kann. Es wird davon ausgegangen, dass die Landschaft außerhalb der Reichweite der Regimeakteure liegt. (Geels & Schot, 2007)Abbildung 3: Mehr-Ebenen-Perspektive (Geels, 2002).Das Regime hingegen ist eine Darstellung des Regelwerks, das den Fortschritt entlang eines technologischen Pfads ermöglicht und das beispielsweise aus Nutzerpraktiken, Kompetenzen, staatlichen Vorschriften und gemeinsamen Überzeugungen besteht. Auf der untersten Ebene der Theorie von Geels sind Nischen geschützte Bereiche oder Märkte, wie z. B. FuE-Labors oder Demonstrationsprojekte. Auf diesen Märkten haben die Nutzer besondere Anforderungen, und Innovationen können entstehen und entwickelt werden, ohne von etablierten Technologien verdrängt zu werden. 8 Technologische Übergänge sind im Allgemeinen komplex, und es gibt keine plötzlichen Wechsel von einem technologischen Regime zu einem anderen, sondern eine schrittweise Umgestaltung. Was als Revolution wahrgenommen wird, ist in Wirklichkeit das Ergebnis mehrerer Anpassungen und Veränderungen im Laufe der Zeit. Innerhalb dieser Veränderungen gibt es auch einen Domino-Effekt, da eine Veränderung in einem Teil des Regimes Auswirkungen hat, die auf andere Teile desselben Regimes zurückwirken. Die Auswirkungen können analog als sich selbst verstärkende Schleifen innerhalb der Systeme gesehen werden, da der Domino-Effekt stattfindet (Geels, 2002). Der Rahmen kombiniert auch zwei Ansichten über die Evolution: Evolution als "Variation und Selektion", bei der Nischen als Nährboden für verschiedene Variationen von Innovationen dienen und die Regime als Selektions- und Retentionsmechanismus fungieren. Evolution als "Entfaltung", wobei Regimewechsel als Rekonfigurationsprozesse betrachtet werden. Diese "Rekonfigurations"-Prozesse entstehen, wenn sich Entwicklungen auf mehreren Ebenen abzeichnen und gegenseitig verstärken (Geels, 2002). Es gibt jedoch einige Kritikpunkte an diesem Modell. Ein Kritikpunkt ist die unklare Zeitachse eines Übergangs; es ist schwer, den Beginn eines Übergangs zu umreißen, und der Punkt ist subjektiv aus der Sicht des Betrachters. Um die MLP weiter zu verfeinern und der Kritik an dem Modell zu begegnen, haben Geels & Schot (2008) verschiedene Pfade durch das verschachtelte Nischen-Regime-Landschafts-Netzwerk skizziert, die auf Unterschieden in der zeitlichen Abstimmung zwischen den Ebenen und der Art der Interaktion auf mehreren Ebenen basieren. Die vier skizzierten Pfade bieten eine eingehende Beschreibung, wie ein Übergang stattfindet. Wenn auf der Landschaftsebene ein mäßiger Druck herrscht, aber keine Bereitschaft in den Nischen, werden die Regimeakteure reagieren, indem sie die Richtung der Entwicklungspfade und Innovationsaktivitäten ändern. Gibt es hingegen eine stabile Landschaftsebene, aber einige radikale Innovationen in den Nischen, wird die Landschaftsebene den Regimen Stabilität verleihen und Innovationen werden es schwer haben, sich durch das verschachtelte Netzwerk zu entwickeln. Geels & Schot (2008) stellen auch einen Extremfall dar: Wenn auf der Landschaftsebene ein plötzlicher, divergierender und massiver Wandel stattfindet, führt dies zu einem Mangel an Vertrauen und einer Erosion der Regimeebene. Dadurch entsteht ein Vakuum, in dem mehrere Nischeninnovationen koexistieren und miteinander konkurrieren können; am Ende wird sich eine Nischeninnovation durchsetzen und zum dominanten Design werden und eine neue Regimeebene bilden. Wenn der Druck auf der Landschaftsebene groß genug ist und die Innovationen auf der Nischenebene ausreichend entwickelt sind, werden die Innovationen durchbrechen und das derzeitige Regime ersetzen. Innovationen auf der Nischenebene können auch in lokalem Ausmaß angepasst werden, wodurch sich die Regimeebene allmählich ändert. Wenn schließlich der Landschaftsdruck als störend angesehen wird, ist eine Kombination der verschiedenen Wege wahrscheinlich, bei der Überschneidungen zwischen den verschiedenen Wegen sichtbar werden (Geels & Schot, 2007). Für diese verschiedenen Pfade gibt es Beispiele dafür, wie Technologien in der Vergangenheit entstanden sind. Ihre Verbindung mit dem MLP-Netzwerk vermittelt ein kohärentes Bild davon, wie Technologieverschiebungen zustande kommen. Obwohl die Veränderungen im Nachhinein untersucht werden, können empirische Daten aus der Vergangenheit genutzt werden, um Veränderungen in der Technologie und den soziotechnischen Systemen in der Fertigung zu verstehen und vorherzusagen. (Geels & Schot, 2007) 92.3 Technologieübernahme und Industrie 4.0 Obwohl der MLP-Rahmen von Geels einen Überblick über den Technologiewandel auf Makroebene bietet, wird das einzelne Unternehmen als Einheit nicht ausdrücklich in das Modell einbezogen. Um ein kohärentes Bild der Technologieverschiebungen zu erhalten, muss auch die unternehmensinterne Perspektive auf Technologieverschiebungen und Innovation berücksichtigt werden. Viele Unternehmen haben lange Entwicklungszeiten, und bei den Technologien klafft eine Lücke zwischen dem, was in der Organisation bekannt ist, und dem, was tatsächlich genutzt wird. Daher ist es von Interesse, die Innovationsdiffusion (DOI) zu untersuchen, die sich darauf konzentriert, wie schnell sich Innovation und Technologie verbreiten. Diese Perspektive ist eine Alternative zum MLP-Rahmen, da sie stärker auf die einzelnen Unternehmen ausgerichtet ist. Da wir fünf verschiedene Branchen und Fallbeispiele untersuchen, ist es von Interesse zu untersuchen, was die Übernahme neuer Technologien beeinflusst. Nach Rogers (1995) wird Innovation im Laufe der Zeit über bestimmte Kanäle zwischen den Mitgliedern eines sozialen Systems kommuniziert. Es sei daran erinnert, dass dies in Organisationen viel komplexer ist. Es gibt Studien zu den institutionellen Auswirkungen, wie z. B. Carter et al. (2001), die zeigen, dass die Übernahme von Innovationen eher ein Bottom-up-Prozess als ein Top-down-Prozess ist. Die Adoptionsrate hängt hauptsächlich davon ab, wie die Merkmale der Technologie von den Einzelnen wahrgenommen werden. Nach Rogers (1995) gibt es fünf Eigenschaften von Innovationen:1.Relativer Vorteil2.Kompatibilität3.Komplexität4.Erprobbarkeit5.BeobachtbarkeitZunächst stellt sich die Frage, ob die neue Technologie als besser wahrgenommen wird als die Technologie, die sie ablöst, d.h. ihr relativer Vorteil. Dies wird als wichtigstes Attribut angesehen und umfasst beispielsweise Kosteneinsparungen und Effizienzsteigerungen. Ein Grund für die langsame Verbreitung von Innovationen ist die Ungewissheit über den Wert, der beispielsweise durch die Kosten und die Dauer des Nutzens bestimmt wird (Greve, 2009).Darüber hinaus hängen der Grad der Übernahme und die Verbreitung von dem Grad der Kompatibilität ab, d. h. davon, ob die Innovation mit den bestehenden Werten und Bedürfnissen der Übernehmer vereinbar ist. Bei einem längeren Zeithorizont kann die neue Technologie jedoch als nützlich angesehen werden, wenn sie als erster Schritt in einer Reihe von Innovationen betrachtet wird, die nacheinander folgen. Die letzten drei Attribute, Komplexität, Erprobbarkeit und Beobachtbarkeit, erklären, inwieweit die Innovation einfach zu handhaben ist, ob sie in begrenztem Umfang erprobt werden kann und ob das Ergebnis sichtbar ist (Rogers, 1995).Die Wahrnehmung dieser Merkmale ist für die Bestimmung der Adoptionsrate von entscheidender Bedeutung, da diese Attribute nur die Technologie selbst und nicht die einzelnen Technologien berücksichtigen. Daher muss der Unternehmenskontext berücksichtigt werden, der die Adoptionsrate beeinflusst und wie die Technologien miteinander verbunden sind. Lyytinen & Damsgaard (2011) argumentieren bei der Untersuchung der Verbreitung der Technologie des elektronischen Datenaustauschs, dass die DOI-Theorie die Verbreitung komplexer vernetzter Technologien nicht vollständig erklären kann. 10 Ein geeigneter Rahmen für das Verständnis der Auswirkungen von Innovationen auf Unternehmen ist der von Tornatzky und Fleischer (1990) skizzierte Technology-Organizational-Environmental (TOE)-Rahmen, der die wichtigsten Aspekte der Fähigkeit eines Unternehmens zur Anpassung an neue technologische Innovationen beschreibt. Der technologische Kontext umfasst alle Technologien, sowohl die im Einsatz befindlichen als auch die bereits verfügbaren, aber noch nicht eingesetzten. Dies ist für den Anpassungsprozess von Bedeutung, da die vorhandenen Technologien des Unternehmens bestimmen, wie schnell es sich an neue Technologien anpassen kann. Es stellt sich auch die Frage, wie sich neue Technologien auf die Organisation in Bezug auf ihr Fachwissen auswirken, d. h. ob eine neue Technologie kompetenzfördernd oder kompetenzvernichtend ist (Baker, 2011). Der organisatorische Kontext sind die internen Merkmale innerhalb des Unternehmens, die auch von Rogers beschrieben werden. Er beschrieb den Grad des Wissens, das innerhalb der Organisation vorhanden ist, wie verschiedene Einheiten miteinander verbunden sind und den Grad der Zentralisierung (Rogers, 1995). Der Umweltkontext umfasst die Branche, in der das Unternehmen tätig ist, einschließlich Konkurrenten und Regierungen. Die Struktur der Branche hat ebenfalls einen Einfluss auf die Einführung von Innovationen: Wenn der Wettbewerb hoch ist, wie z. B. in der Automobilindustrie, besteht ein größerer Druck, innovativ zu sein. Weitere Auswirkungen sind die Arbeitskosten und der Produktlebenszyklus, wobei erstere den Druck auf arbeitssparende Innovationen, wie etwa Automatisierungslösungen, erhöhen (Baker, 2011). Der TOE-Rahmen wurde in früheren Studien verwendet, um die Einführung bestimmter Technologien zu untersuchen. So untersuchten Baker et al. (2012) die Einführung von RFID in der Gesundheitsbranche mithilfe des TOE-Rahmens. In ihrem Beispiel umfasste der technologische Kontext die Vorteile und Hindernisse für RFID und die IT-Kompetenz. Der organisatorische Kontext umfasst die Komplexität der IT-Infrastruktur und die finanziellen Ressourcen. Das Ergebnis unterstützt die Theorie der Merkmale, die die Technologieeinführung beeinflussen. Eine ähnliche Studie wurde von Wang et al. (2010) durchgeführt, die auf der Grundlage des TOE-Rahmens ermittelte, was die Einführung der RFID-Technologie in der Fertigungsindustrie bestimmt. Die Schlussfolgerung ist, dass die Einführung dieser Technologie von all diesen drei Kontexten abhängt, wobei beispielsweise die Informationsintensität, die Komplexität und die Kompatibilität wichtige Determinanten für die Einführung sind. Der relative Vorteil erwies sich jedoch als unbedeutend. Das Beispiel zeigt die unterschiedliche Bedeutung der Merkmale im Technologiekontext; eine Technologie mit einem geringen relativen Vorteil kann daher aufgrund anderer Vorzüge erfolgreich sein. In Verbindung mit der Theorie des technologischen Übergangs und der DOI-Theorie ist es von Interesse, die von Freeman & Perez (1988) skizzierte Art des technischen Wandels zu erörtern. Bei den ersten beiden Innovationsstufen handelt es sich um inkrementelle und radikale Innovationen, die von diesem theoretischen Hintergrund ausgeschlossen werden. Der Grund dafür ist, dass Industrie 4.0 enger mit der dritten und vierten Innovationsebene verbunden ist: Veränderungen des "Technologiesystems" und "Veränderungen des technisch-ökonomischen Paradigmas". Bei der ersten Ebene handelt es sich um weitreichende technologische Veränderungen, die verschiedene Branchen betreffen und aus technologischen Innovationen in Kombination mit organisatorischen Innovationen bestehen. Letztere sind sogar noch weitreichender und haben große Auswirkungen auf die gesamte Wirtschaft. Das techno-ökonomische Paradigma ist durch Cluster von radikalen und inkrementellen Innovationen gekennzeichnet (Freeman & Perez, 1988). Technologiecluster können als verschiedene Technologien definiert werden, die als zusammenhängend wahrgenommen werden. Die Grenzen sind nicht klar, und die Technologien werden häufig als ein Innovationspaket beworben (Rogers, 1995). Der Aufbau eines techno-ökonomischen Paradigmas kann in drei Hauptbereichen der Praxis beobachtet werden (Perez, 2010): 111.Veränderungen in der Kostenstruktur2.Die Wahrnehmung von Opportunitätsräumen3.Neue OrganisationsmodelleEine Veränderung der Kostenstruktur ist für die Entstehung eines neuen techno-ökonomischen Paradigmas von großer Bedeutung. Dies bedeutet, dass die wichtigsten Inputs billiger werden, wie z. B. billigere Mikroprozessoren für Computer. Außerdem eröffnen neue technische Prinzipien und Innovationen neue Möglichkeiten, sowohl für die Hersteller als auch für die Nutzer. Ein gutes Beispiel dafür ist das Internet, das neue Möglichkeiten für die globale Kommunikation und die dezentrale Integration eröffnet hat. Und schließlich verändern sich die Organisationen, um die Vorteile der neuen Technologien zu nutzen, d. h. die Technologien verändern auch die Organisation der Fabriken. (Perez, 2010)2.4 ProduktionslogikIn diesem Teil führen wir das Konzept der Produktionslogik ein und beschreiben seine Bestandteile. Die Innovationsfähigkeit wird von einigen Forschern als eine "wettbewerbsrelevante Priorität" im Betrieb eines Unternehmens angesehen, aber es ist schwierig, den Begriff in empirischen Studien anzuwenden. Daher konzentrieren wir uns auf die vier häufigsten Wettbewerbsprioritäten: Qualität, Kosteneffizienz, Lieferzeit und Flexibilität (Ward, et al., 1998). Die Wettbewerbsprioritäten werden in Abbildung 5 dargestellt und anschließend werden unsere Definitionen beschrieben. Abbildung 4: WettbewerbsprioritätenDie Wettbewerbsprioritäten sind besonders wichtig, da sie die Wahl der Technologie, der Prozesse und der Kontrollsysteme leiten und den Weg zur Verbesserung der Produktionssysteme vorgeben. In der aktuellen Literatur über Wettbewerbsprioritäten wird festgestellt, dass der Zusammenhang zwischen Wettbewerbsprioritäten und Prozesswahl auch empirisch nachgewiesen werden kann (Ward, et al., 1998). Die Ziele unterscheiden sich je nach Prozess und Branche, die Ziele umreißen die Richtung der Prozessverbesserung und welche Bereiche am wichtigsten sind. Die kumulierten Ziele können sein ProduktionslogikQualitätKosteneffizienzLieferzeitFlexibilitätErgonomie 12als Produktionslogik konzipiert werden, in der die wahrgenommene Bedeutung der Ziele miteinander verglichen wird. Die Zusammensetzung und die relative Bedeutung der Ziele kann als Grenze beschrieben werden, in Analogie zu den technologischen Grenzen von Hughes (Hughes, 1993), die sich durch eine ausgeprägte und eine umgekehrte Ausprägung auszeichnen. Ein Beispiel: Ein Montageprozess eines komplexen Produkts könnte mit Schwerpunkt auf Qualität, Ergonomie und Flexibilität durchgeführt werden, wobei die Kosten als umgekehrte Ausprägung zurückbleiben, da es sich hierbei um einen Nicht-Fokusbereich handelt. Dieses Beispiel wird in Abbildung 5 als Grenze visualisiert. Abbildung 5: Grenzlinie zur Veranschaulichung der ProduktionslogikQualität Wir haben uns dafür entschieden, unsere Definition von Qualität mit der Definition von Qualitätskosten abzustimmen. Das bedeutet, dass jede Abweichung zu Fehlerkosten führt, wie z.B. Unterbrechung der Montagelinie und Nacharbeit. Ein Unternehmen, das sich auf Qualität konzentriert, wird versuchen, die Anzahl der Fehler in der Produktion zu minimieren, was auch zu niedrigeren Kosten führen kann. (Prajogo, 2007). Um die Fehlerkosten zu minimieren, müssen sich die Unternehmen auf die Kontrolle und Überwachung ihrer Prozesse konzentrieren und sie fehlerfrei machen, um die Qualität zu verbessern. KosteneffizienzAlle Unternehmen konzentrieren sich bis zu einem gewissen Grad auf die Kosteneffizienz, aber einige Unternehmen konkurrieren in erster Linie über niedrige Kosten, die sich auf die Preisgestaltung auswirken (Ward, et al., 1998). Bei der Kostenpriorität konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Produktionskosten pro Einheit, die die Kosten für Arbeit, Maschinen, Rohmaterial und Komponenten umfassen. 13LieferzeitUnsere Definition der Lieferzeit umfasst nur die Geschwindigkeit der Markteinführung, d. h. wie schnell das Unternehmen das Produkt an den Kunden liefern kann, und die Zuverlässigkeit, dies zu tun. Für die Unternehmen ist es wichtig, nicht nur pünktlich, sondern auch mit den zugesagten Eigenschaften zu liefern (Ward, et al., 1998; Li, 2000). FlexibilitätMit Flexibilität meinen wir die Fähigkeit, sich an Marktveränderungen anzupassen und eine breite Produktpalette anzubieten. Dazu gehört die Fähigkeit, Produkte in der bestehenden Produktion anzupassen und den Produktmix bei Bedarf zu erweitern (Li, 2000). Diese Fähigkeit steht in engem Zusammenhang mit der Anpassung der Kundennachfrage, bei der der Endkunde in größerem Umfang die Produktmöglichkeiten wählen kann. ErgonomieErgonomie wird in der empirischen oder theoretischen Literatur nicht als Wettbewerbspriorität dargestellt. In den Interviews wurde sie jedoch häufig als wichtiger Faktor genannt, wenn Unternehmen ihre Produktionsprozesse verbessern. So könnte ein Unternehmen beispielsweise kabellose Akkuwerkzeuge den Druckluftwerkzeugen vorziehen, um die Prozesse benutzerfreundlicher zu gestalten und die körperliche Belastung der Mitarbeiter zu verringern. In dieser Arbeit definieren wir Ergonomie als die physische menschliche Arbeitsumgebung, in der Verbesserungen die Rücken- und Knieprobleme der Bediener verringern können. 2.5Zusammenfassung der LiteraturübersichtDas Forschungsgebiet ist hauptsächlich die Diffusion von Innovationen, disruptive Innovationen und technologische Übergänge, wobei wir versuchen zu verstehen, warum das Technologiebündel Industrie 4.0 entsteht. Forscher wie Dosi (1982), Geels (2002, 2011, 2014) und Schot& Geels (2007, 2008) haben Technologien ex post analysiert, um die Faktoren zu finden, die ihre Verbreitung bestimmen. Auf der anderen Seite kann das Konzept der Innovationsdiffusion (DOI) von Rogers verwendet werden, um zu beschreiben, warum ein einzelnes Unternehmen eine bestimmte Technologie einführt. Die Theorie konzentriert sich hauptsächlich darauf, wie einzelne Technologien angenommen werden und welche Faktoren ihre Annahme auf Makro- und Unternehmensebene bestimmen. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf mehrere Technologien als ein Bündel, wobei eine Technologie ein Element in einem Bündel ist. Darüber hinaus wird die Analyse um die Verbindung zwischen den Technologien und den Produktionslogiken erweitert, was ein unerforschtes Gebiet ist. Unser Beitrag wird sich darauf konzentrieren, wie sich die Technologiebündel der Industrie 4.0 auf verschiedene Branchen und Unternehmen auswirken werden, und zwar auf der von Geels (2002) beschriebenen Landschaftsebene. Darüber hinaus versuchen wir zu verstehen, inwiefern es Unterschiede zwischen den Branchen aufgrund unterschiedlicher Produktionslogiken gibt, und konzentrieren uns auf betriebliche Prioritäten für Veränderungen. Read Less