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Industry 4.0

How can Industry 4.0 create value in manufacturing companies?

Written by M. Rosenvinge, D. Olanders

Paper category

Bachelor Thesis

Subject

Business Administration>Management

Year

2018

Abstract

Bachelorarbeit Industrie 4.0: Industrie 4.0 ist derzeit eines der meistdiskutierten Themen in Industrieunternehmen. Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema Industrie 4.0 und der Identifizierung von neun verschiedenen Technologietreibern, die ein Produktionsunternehmen als Werkzeuge in einer Produktionsumgebung nutzen kann. Was jedoch weniger bekannt ist, ist die Frage, wie diese Werkzeuge auf ein globales Unternehmen und seine verschiedenen Kulturen angewendet werden können. Denn auch wenn es bei Industrie 4.0 um Dezentralisierung und die Übertragung von Verantwortung an jeden Mitarbeiter geht, müssen sie mit einem gemeinsamen Rahmen arbeiten, also standardisiert werden. Ein Unternehmen, das begonnen hat, sich mit Industrie 4.0 zu beschäftigen, ist Lantmännen Unibake, ein globaler Bäckereikonzern. Daher dient das Unternehmen als Fallbeispiel in dieser Sondierungsstudie, deren Ziel es ist, eine Bachelorarbeit durchzuführen, die dem Unternehmen und der Lebensmittelindustrie Informationen und Leitlinien dazu liefert, wie Industrie 4.0 auf ihre Branche angewendet werden kann. Daraus ergibt sich, zu welchen Verbesserungen es führen kann, welche Werkzeuge geeignet sind und was die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Industrie 4.0-Transformation sind. Die Methode zur Beantwortung der Forschungsfrage beginnt mit der Durchführung einer umfassenden Literaturstudie, gefolgt von mehreren Interviews in ganz Europa und endet mit einer Analyse des aktuellen Stands mit Hilfe des Literaturrahmens. Die Analyse führte zu der Schlussfolgerung, dass es keine einheitliche oder einfache Antwort auf die Fragen gibt, da sich die Lebensmittelindustrien stark voneinander unterscheiden können. In diesem Fall würde die Antwort jedoch lauten, dass sechs der neun Instrumente in einer globalen Lebensmittelversorgungskette anwendbar sind, wobei einige mehr Vorbereitungsarbeit erfordern als andere. Durch die Implementierung dieser Tools werden die Unternehmen engagiertere Mitarbeiter haben, die eher dazu neigen, eigenständige Entscheidungen zu treffen, eine genauere Produktionsplanung, proaktive statt reaktive Arbeitsweisen, weniger Fehler und eine höhere Kundenzufriedenheit. Die Antwort auf die Frage nach den Voraussetzungen für die Umgestaltung hängt davon ab, welche Werkzeuge eingesetzt werden. Allen Fällen ist jedoch gemeinsam, dass es bewusste und engagierte Mitarbeiter braucht. Jeder muss sich an der Veränderung beteiligen und verstehen, warum und wie sie zustande kommt und welche Vorteile sie mit sich bringt. Für künftige Studien wird vorgeschlagen, zu untersuchen, wie Reifegradmodelle reibungslos auf diese Art von Problemen angewendet werden können. Die bestehenden Reifegradmodelle für Industrie 4.0 sind sehr kompliziert und schwierig anzuwenden; sie müssten daher weiterentwickelt werden. Ein weiterer Bereich wäre ein Kostenmodell für die verschiedenen Tools sowie ein Vergleich der Tools und der Lebensmittelvorschriften.Stichworte: Industrie 4.0, Lebensmittelindustrie, Kultur, Transformation der Industrie, global, FMCG. Industrie 4.0: In diesem Kapitel werden die Konzepte von Industrie 4.0, deren Bedeutung, Anwendungen, mögliche Ergebnisse und Schwierigkeiten vorgestellt. Da der Zweck dieser Bachelorarbeit darin besteht, eine Bachelorarbeit darüber durchzuführen, wie Industrie 4.0 in einem globalen FSC implementiert werden kann, ist eine Einführung in Industrie 4.0, ihre Bedeutung und ihre Anwendungen erforderlich. Daher wird die Literatur zu diesem Zweck vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf Industrie 4.0 als Werkzeug für Verbesserungen und nicht auf den komplizierten Datensystemen liegt.3.1EinführungDie vierte industrielle Revolution, oft auch als Industrie 4.0 oder industrielles Internet der Dinge (IIOT) bezeichnet, ist in den letzten Jahren zu einem der meistdiskutierten Themen im Bereich der Industriewirtschaft geworden. Auf der Hannover Messe 2011 präsentierte die deutsche Regierung die Idee von Industrie 4.0 als vierte industrielle Revolution und welche Schlüsselinitiativen sie beinhalten würde oder könnte. Damals standen Lean Management und Toyota-Prinzipien im Mittelpunkt, heute sind Industrie 4.0, Big Data und das Internet der Dinge die Schlagworte. Ustundag und Cevikcan (2018) meinen jedoch, dass sich sowohl die Lean-Konzepte als auch Industrie 4.0 auf die Beseitigung von Verschwendung konzentrieren. Der Unterschied besteht hauptsächlich darin, dass Industrie 4.0 Verschwendung durch Digitalisierung und Automatisierung, d. h. Cyber-Physical Systems (CPS), beseitigt. In der folgenden Abbildung finden Sie Informationen zu den industriellen Revolutionen (Ustundag & Cevikcan, 2018, S. 3)Abbildung 2Industrielle Revolutionen (Roser, 2015)Im Forschungsbereich der Industrie 4.0 gibt es mehrere unterschiedliche Trends. Nach Lee et al. (2014) gibt es vor allem zwei Arten von innovativen Entwicklungen, die von der Wissenschaft beachtet werden: die Servitisierung der Fertigung und industrielle Big Data. Infolgedessen hat das Interesse an selbstbewussten und sich selbst wartenden Maschinen, CPS (cyber-physisches System), zugenommen (Lee, Industrie 4.09et al., 2014). Gleichzeitig wird die industrielle Revolution oft auf hohem Niveau beschrieben, wobei finanzielle Gewinne und Effizienz als ihre wichtigsten Errungenschaften gelten, wenn sie auf Managementebene diskutiert wird (Gilchrist, 2016, S. 1-3). Daher vergessen wir oft die industriellen und technologischen Errungenschaften, wenn wir die Notwendigkeit der Umsetzung bewerten. Derzeit gibt es keine allgemeine Beschreibung von Industrie 4.0, da sich der Begriff eher auf ein breites Spektrum von Konzepten und einen laufenden Paradigmenwechsel bezieht (Lasi, et al., 2014). Lasi et al. behaupten jedoch, dass die Vision für Industrie 4.0 darin besteht, effiziente Fertigungssysteme zu erreichen, bei denen die Produkte ihre Fertigungsprozesse steuern. Die Tatsache, dass der Begriff selbst undefiniert und unklar ist, schafft Schwierigkeiten für Unternehmen, die mit der Revolution und der Umsetzung seiner Konzepte konfrontiert sind, weshalb der Schwerpunkt eher auf den Gestaltungsprinzipien als auf dem Verständnis des unscharfen Schlagworts liegen sollte (Hermann, et al., 2016). Ein weiterer Grund, warum es keine einfache Erklärung für Industrie 4.0 gibt, ist die Tatsache, dass die Revolution im Gange ist. Alle früheren industriellen Revolutionen wurden benannt und beschrieben, nachdem sie stattgefunden haben, nicht davor oder währenddessen (Almada-Lobo, 2015). Um ein gemeinsames Verständnis zu schaffen, könnte eine Erklärung für Industrie 4.0 lauten: "Die Integration komplexer physischer Maschinen und Geräte mit vernetzten Sensoren und Software, die zur Vorhersage, Steuerung und Planung für bessere geschäftliche und gesellschaftliche Ergebnisse eingesetzt werden" (Industrial Internet Consortium, 2014).Eine andere Beschreibung lautet: "Ermöglicht die echtzeitfähige horizontale und vertikale internetbasierte Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten sowie Informations- und Kommunikationstechnologien für das dynamische Management komplexer Geschäftsprozesse."(Müller, et al., 2018),Oder:" Eine Transformation, die es ermöglicht, Daten maschinenübergreifend zu sammeln und zu analysieren und damit schnellere, flexiblere und effizientere Prozesse zu ermöglichen, um qualitativ hochwertigere Güter zu geringeren Kosten zu produzieren."(BCG-Analyse, 2019) Sie ermöglicht und fokussiert also die Online-Kommunikation von Menschen, Produktionssystemen und Produkten, um die gesamte Wertschöpfungskette dynamisch und effizient zu steuern. Das BMBF, der Begründer von "Industrie 4.0", erklärt Industrie 4.0 als eine vernetzte Industrie, in der Akteure und Objekte entlang der gesamten Wertschöpfungskette miteinander kommunizieren und selbstoptimierte Entscheidungen treffen, wodurch ein System aus Dienstleistungen und Technologien entsteht (BMBF, 2017). Darüber hinaus wird sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Integration der Produktionssysteme sowie eine durchgängige Integration des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette angestrebt (Kagermann, et al., 2013; Mrugalska & Wyrwicka, 2017).Der Zweck der horizontalen Integration ist die Integration der verschiedenen IT-Systeme, die in den Produktions- und Geschäftsplanungsprozessen eingesetzt werden, also von der Logistik und Industrie 4.010Produktion bis hin zum Marketing, kann aber auch andere Unternehmen (Stakeholder) in der Wertschöpfungskette einbeziehen. Die vertikale Integration hingegen zielt auf die Integration von Systemen auf verschiedenen Hierarchieebenen ab, d. h. die Kombination von Informationen aus z. B. Sensoren, Anlagen, Maschinen, PM sowie Kunden- und Unternehmensplanungssystemen. Mit Hilfe der vertikalen und horizontalen Integration wird eine durchgängige Integration von Engineering-Prozessen entlang der Wertschöpfungskette ermöglicht (Kagermann, et al., 2013). Um erfolgreich zu sein, müssen also physische und digitale Systeme integriert werden. In den letzten Jahren hat es in der Fertigungsindustrie einen Wandel hinsichtlich der zunehmenden Komplexität und neuer Anforderungen gegeben (Hofmann & Rüsch, 2017). In der Lebensmittelbranche hat sich ein Trendwandel vollzogen, der sich auf die Nachfrage ausgewirkt und diese verändert hat, was wiederum zu neuen Schwierigkeiten in der Lieferkette geführt hat (Pilinkiene, et al., 2017) Die Veränderungen werden beispielsweise durch den zunehmenden internationalen Wettbewerb, die erhöhte Marktvolatilität und die Nachfrage nach individualisierten, verkürzten Produkten verursacht (Hofmann & Rüsch, 2017). Durch die veränderte Nachfrage und die neue Gesetzgebung hat sich das Wettbewerbsumfeld also komplett verändert. Um ihre Wettbewerbsvorteile aufrechtzuerhalten, steht die Lebensmittelindustrie vor einer großen digitalen Revolution, bei der IoT, KI, Big Data und Rückverfolgbarkeitsmethoden vom Feld bis zur Fabrik eingesetzt werden (Arnaldi, et al., 2010). Industrie 4.0, oder die vierte industrielle Revolution, ist eine deutsche Initiative aus dem Jahr 2011, die die Idee einer vollständig integrierten Industrie einführt (Bauernhansl, et al., 2014). Es wird prognostiziert, dass der Übergang von der dritten industriellen Revolution mit Digitalisierung und elektronischer Automatisierung zur intelligenten Automatisierung 46 % der Weltwirtschaft betreffen und davon profitieren wird (Rojko, 2017). Die Idee einer voll integrierten Industrie bedeutet das Ziel einer engen Integration der physischen und digitalen Welt durch die Kombination von Big-Data-Analysen mit dem Internet der Dinge, also einer digitalen "intelligenten" Fabrik.Der Lebensmittelsektor, insbesondere die Lebensmittelsicherheit, wird als einer der globalen Treiber für einen nachhaltigen Wandel genannt, zusammen mit beispielsweise Emissionen und dem globalen Klima (Siemieniuch, et al., 2015). Laut Khan und Turowski (2016) gilt: "Ein Unternehmen, das die technologischen Herausforderungen nicht bewältigt, steht auch vor der Herausforderung, neue Produkte/Dienstleistungen, Innovationen und Geschäftsmodelle einzuführen". Dementsprechend wird die globale nachhaltige Entwicklung in naher Zukunft unter anderem von der innovativen und nachhaltigen Veränderung des Lebensmittelsektors abhängen, insbesondere im Hinblick auf die Technologie, d. h. die Herstellungsprozesse. Die Notwendigkeit der Umsetzung von Industrie 4.0 in der Lebensmittelindustrie ist daher nicht nur ein Selbstläufer für das Unternehmen, sondern auch ein Teil des Wandels zu einer nachhaltigeren Welt. So werden beispielsweise aufgrund von Klimaveränderungen, wie im Sommer 2018 (Jordbruksverket, 2018), in Zukunft effizientere Lieferketten benötigt, die mit unerwarteten Schwankungen umgehen können (Siemieniuch, et al., 2015). All diese Gründe führen dazu, dass die Umsetzung von Industrie 4.0 nicht nur für die wirtschaftliche Entwicklung, sondern auch für die Umwelt notwendig ist. Die Lebensmittelindustrie wird sich also verändern müssen, um mit den bevorstehenden Klimaveränderungen umgehen zu können. Einleitung21.2ProblemformulierungLantmännen Unibake hatte in den vergangenen Jahren einige Probleme mit der Rückverfolgbarkeit, insbesondere Schwierigkeiten bei der Rückverfolgung und Ableitung von Problemen, die zu fehlerhaften Produkten führen. Darüber hinaus wollte man einen Plan zur kontinuierlichen Verbesserung mit Richtlinien für die Entscheidungsfindung entwickeln, weshalb man sich auf die Suche nach einem geeigneten Produktionsausführungssystem machte und dieses entwickelte. Das erwartete Ergebnis war die Aktivierung von CI (continuousimprovement), Prozesswissen und Prozessstabilität, was sich sowohl auf das Management als auch auf die Produktion auswirken sollte. Beim Start des Projekts traten jedoch einige Probleme auf, die vor allem darauf zurückzuführen waren, dass es sich um ein globales Unternehmen handelt. Da es sich um ein globales Unternehmen handelt, gibt es innerhalb der Organisation verschiedene Kulturen und unterschiedliche Fertigungssysteme, weshalb eine Standardisierung schwierig ist. Sie hoffen jedoch, in Zukunft ein globales, standardisiertes MES-System einführen zu können, vielleicht mit Hilfe von Industrie 4.0. Für die nächste industrielle Revolution müssen die Unternehmen wissen, wo die Implementierung und die Änderungen vorgenommen werden sollen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Heute ist bekannt, dass wir durch die Nutzung von Big Data und die damit verbundene Sammlung von Daten aus sozialen Medien in Kombination mit IoT-Tools Trends und unerwartete Nachfrageschwankungen vorhersagen können (Bronson & Knezevic, 2016), aber weniger bekannt ist, wie und vor allem wo Unternehmen diese Tools auf profitable und dennoch nachhaltige Weise einsetzen können. Jeder weiß, dass der Wandel notwendig ist, aber in welchem Ausmaß? Die Lebensmittelproduktion ist aufgrund ihrer organischen Prozesse und Rohstoffe einer der kompliziertesten Herstellungsprozesse, insbesondere Bäckereien, da sie Hefe verwenden; ist es daher möglich, lineare Rahmenwerke zu verwenden?Zusammenfassend zeigt der Problemhintergrund, dass es eine Forschungslücke in Bezug darauf gibt, wie und wo Unternehmen Industrie 4.0 umsetzen können. Insbesondere, welche Werkzeuge sind in der Lebensmittelindustrie am besten geeignet und was sind die Voraussetzungen dafür. Können sie mit kulturellen Aspekten in Verbindung gebracht werden? Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, diese Lücke zu schließen.1.3ZweckDer Zweck dieser Bachelorarbeit ist es, zu untersuchen, wie Industrie 4.0-Tools zur Verbesserung einer globalen Lebensmittel-Lieferkette eingesetzt werden können, und somit eine Bachelorarbeit zu erstellen, wie Lantmännen Unibake zukünftige Technologien nutzen kann. Darüber hinaus sollen geeignete Industrie 4.0-Tools gefunden und untersucht werden, welche Verbesserungen sich aus der neuen Technologie ergeben werden. Ein weiterer Aspekt der Zielsetzung ist es, herauszufinden, welche Voraussetzungen bei der Umstellung eines globalen FSC gegeben sind.1.4ForschungsfrageUm die Zielsetzung zu erfüllen, wurde eine Hauptforschungsfrage festgelegt. -MRQ: Wie können Industrie 4.0-Werkzeuge in einer globalen Lebensmittel-Lieferkette eingesetzt werden? Einleitung3 Um die Hauptforschungsfrage zu beantworten, werden drei Unterforschungsfragen erforscht und beantwortet:-SRQ1:Welche Industrie 4.0-Werkzeuge sind für eine globale Lebensmittelkette geeignet?-SRQ2:Zu welchen Verbesserungen können die Industrie 4.0-Werkzeuge führen?-SRQ3:Was sind die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Implementierung von Industrie 4.0? Read Less