Chancen von Industrie 4.0 zu nutzen bedeutet, neue Technologien und Fähigkeiten zu entwickeln und umzusetzen. In einem KTI-Projekt erforscht ein Team der FH Graubünden und Universität St. Gallen, wie Schweizer Industrieunternehmen die digitale Transformation anstossen und umsetzen können.

Text: Prof. Dr. habil. Patricia Deflorin / Bild: FH Graubünden

Revolutionen verändern Märkte, Angebote, Bedürfnisse. Industrie 4.0 bezieht sich auf die neuste und damit vierte industrielle Revolution. Sie beinhaltet die vermehrte Digitalisierung und Vernetzung innerhalb und zwischen Unternehmen. Viele Unternehmen haben diese Fragestellung aufgenommen und arbeiten an Lösungen für den erfolgreichen Umgang mit Veränderungen im Zuge der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung. Wer Industrie 4.0 lediglich auf technische Entwicklungen im Produktionsprozess beschränkt, verpasst wertvolle Chancen. Dabei ist der Einsatz von Technologien lediglich Mittel zum Zweck. Der Zweck ist das Generieren von neuen Produkten und Dienstleistungen und/oder das Erzielen von Effizienzverbesserungen. Viele Wege führen zu Industrie 4.0; welchen Weg wir beschreiten ist weitaus weniger zentral als die Entscheidung, was das Ziel ist und welche Etappenziele auf dem Weg dorthin zu berücksichtigen sind. Eine Industrie-4.0-Roadmap visualisiert das Ziel und den Weg der digitalen Transformation eines Unternehmens und ermöglicht es, ein gemeinsames Verständnis im Unternehmen aufzubauen.

Schritte zur Industrie-4.0-Roadmap
Mit Unterstützung des Umsetzungspartners Zellweger Management Consultants untersucht ein Forschungsteam der FH Graubünden und der Universität St. Gallen in einem von der Kommission für Technologie und Innovation (KTI) unterstützten Projekt, wie Schweizer Industrieunternehmen die digitale Transformation anstossen und umsetzen können. In Zusammenarbeit mit den drei Anwendungspartnern Schöttli AG, United Grinding Group und Trumpf Laser Marking Systems AG wird eine strategische Roadmap entwickelt, welche einerseits neue Angebote umfasst, andererseits die entsprechenden Technologien, Fähigkeiten, Prozesse und Management-Aktivitäten aufzeigt.

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden anhand eines Ideengenerierungsprozesses rund 700 Industrie-4.0-Ideen entwickelt. Zum einen wurden relevante Megatrends (z. B. Konnektivität und Wissenskultur) identifiziert und die Auswirkungen auf die Wertschöpfungskette diskutiert. Die Teilnehmenden visualisierten die neuen Wertschöpfungsketten anhand von Legobausteinen und identifizierten anschliessend erste Industrie-4.0-Ideen (siehe Abbildung 1). Zum anderen bildeten die Auswirkungen unterschiedlicher Geschäftsmodelle (Razor and Blade, Freemium, Pay per use, …) die Grundlage für neue Ideen. Ausserdem wurde der Kundenerlebnisprozess analysiert und anhand von Kreativitätstechniken (Lotus-Blüte, Magazine Shopping) das «Out-of-the-Box»-Denken stimuliert. Abschliessend wurden, basierend auf einer Industriestudie, Successful-Practice-Unternehmen identifiziert und es wurden zusätzliche Ideen nach dem Motto «Lernen von den Besten» erarbeitet. Basierend auf einer Kriterienliste wurden vielversprechende Ideen ausgewählt, visualisiert und konkretisiert.

Die Ideen der Wirtschaftspartner umfassen beispielsweise die Zustandsüberwachung der Anlagen, E-Commerce, Bilderkennung, Echtzeitdatenüberwachung, prädiktive Wartung und die gläserne Fabrik. Die entwickelten Ideen beziehen sich auf unterschiedliche Dimensionen. Während es sich bei den einen um neue Angebote für den Kunden resp. die Kundin handelt (prädiktive Wartung), beziehen sich andere auf die Erzielung interner Effizienzvorteile (Montageroboter) oder beschreiben den Einsatz neuer Technologien (Zustandsüberwachung, Echtzeitdatenüberwachung). Wichtig für die Umsetzung der digitalen Transformation sind alle Dimensionen.

Um die Investitionen in neue Entwicklungen koordinieren zu können, ist zu analysieren, wie diese Ideen zusammenhängen. Es ist aufzuzeigen, welche Technologien für welche neuen Angebote oder Effizienzsteigerungen die Grundlage bilden. Die entsprechenden Zusammenhänge werden im Industrie-4.0-Geschäftsmodell ersichtlich (siehe Abbildung 3). Anschliessend erfolgt eine weitere Konkretisierung der notwendigen Fähigkeiten und Technologien. Durch die Festlegung der Abhängigkeiten der Technologien und Fähigkeiten, die Identifizierung der Entwicklungsdauer und die Ressourcendiskussion kann dann die Industrie-4.0-Roadmap erstellt werden. Kernstück der Analysen bilden die erarbeiteten Industrie-4.0-Geschäftsmodelle. Abbildung 2 fasst die Phasen der Entwicklung einer Industrie-4.0-Roadmap zusammen.

Das Industrie-4.0-Geschäftsmodell als Analysetool

Die Beschreibung der Geschäftsmodelle zeigt auf, wie sich der Geschäftserfolg oder -misserfolg zusammensetzt bzw. welche Faktoren dabei massgeblich sind. Relevant sind mehrere Dimensionen, welche aufeinander abzustimmen sind. Basierend auf den Anforderungen von Industrie 4.0 konnten fünf zentrale Dimensionen identifiziert werden: Nutzenversprechen, Wertschöpfungskette, Ertragsmechanik, Industrie-4.0-Enabler und Vernetzung. Nachfolgend werden die einzelnen Dimensionen anhand eines Beispiels verdeutlicht.

Eine oft diskutierte Dienstleistung ist die prädiktive Wartung. Während die reaktive Wartung zu spät erfolgt, werden bei der präventiven Wartung die Arbeiten oftmals zu früh durchgeführt (um Ausfallkosten zu vermeiden). Anhand der Echtzeitüberwachung des Zustands einer Maschine werden bei der prädiktiven Wartung hingegen die Arbeiten je nach Notwendigkeit durchgeführt. Die Kunden vermeiden somit teure Ausfallzeiten und ein frühzeitiges Auswechseln der Ersatzteile. Dies ist vor allem bei Kunden mit einer Massenproduktion wichtig. Diese Erläuterungen beschreiben das Nutzenversprechen der Dienstleistung «prädiktive Wartung».

Die zweite Dimension des Industrie-4.0-Geschäftsmodells beschreibt die Gestaltung der Wertschöpfungskette. So führt beispielsweise die Konnektivität zwischen Anbieterin und Kunde zu einer Veränderung der Kundeninteraktion. Der Zugriff auf die Maschine des Kunden ermöglicht eine gezielte Kommunikation hinsichtlich möglicher Massnahmen zur Verbesserung der Maschine oder des Prozesses. Ausserdem wird die Interaktion virtueller und erfolgt zum Beispiel über Smart Devices oder interaktive Dashboards. Die grössten Veränderungen der internen Leistungserbringung widerspiegeln sich in der Erbringung der Wartungsarbeiten und im Aufbau einer Einheit mit Datenspezialistinnen und -spezialisten.

Gehen wir davon aus, dass die prädiktive Wartung dem Kunden als Dienstleistung angeboten wird, dann erfolgt der Ertrag in einer Einmal-, Monats- oder Jahreszahlung. Die Kosten entstehen zeitlich unabhängig von den Erträgen – bei der Datenanalyse, der Koordination der Serviceeinsätze, dem Auswechseln von Ersatzteilen etc. Hier ist wesentlich, dass neue Technologien entwickelt werden, welche sicherstellen, dass möglichst wenig Aufwand für die Erbringung der Leistung notwendig ist. Oftmals ist die Leistungserbringung auch ohne Technologie möglich, allerdings zu weitaus höheren Kosten.

Eine kosteneffiziente Umsetzung des Geschäftsmodells basiert auf der Entwicklung der geeigneten Technologien und dem Aufbau der fehlenden Fähigkeiten (Industrie-4.0-Enabler). Notwendige Technologien sind beispielsweise diverse Sensoren zur Messung des Verschleisszustandes, der Performance- und Umgebungsindikatoren, sichere Verbindungen zur Datenübermittlung, Datenbanken, etc. Ebenso sind die notwendigen Fähigkeiten aufzubauen, wie z. B. die Fähigkeit, die gesammelten Daten zu analysieren und Erkenntnisse für die Aktivitäten der prädiktiven Wartung abzuleiten.

Als letzte Dimension sind die Vernetzung der Wertschöpfungskette mit dem Kundenerlebnisprozess und die dazu notwendigen Systeme zu betrachten. Dank Echtzeitübertragung der Maschinenzustandsdaten können diese in einer geeigneten Datenbank erfasst und in aufbereiteter Form an die entsprechenden Funktionen weitergeleitet werden. Dadurch entsteht eine Vernetzung zwischen den externen Anwendern (Kundinnen und Kunden) und den internen Funktionen des Unternehmens.

Neue Angebote generieren und umsetzen

Die Chancen von Industrie 4.0 zu nutzen heisst, neue Technologien und Fähigkeiten zu entwickeln und umzusetzen. Entscheidend dabei ist, dass diese auf einen Kundennutzen oder auf eine interne Effizienzsteigerung ausgerichtet sind. Das Industrie-4.0-Geschäftsmodell hilft zu analysieren, welche der erarbeiteten Ideen über das Potenzial verfügen, neue Angebote für den Kunden zu generieren. Weiter wird aufgezeigt, welche Technologien und Fähigkeiten für dessen Umsetzung notwendig sind und wie die Kundeninteraktion, die Wertschöpfungskette und die Vernetzung zu gestalten sind. Ein Vergleich der Ist- und Soll-Situation ermöglicht anschliessend den Aufbau der Industrie-4.0-Roadmap, welche die notwendigen Schritte für die Umsetzung der neuen Angebote beinhaltet.