Industrie 4.0: Vorteile, Konsequenzen und Erfahrungen aus der Praxis

Es gibt viele Kritiker, die in der Industrie 4.0 lediglich einen Maßnahmenkatalog der Bundesregierung sehen. Oft wird kritisiert, dass der Fabrikarbeiter und die zwischenmenschliche Kommunikation durch den Wandel in der Produktion zu sehr in den Hintergrund geraten und die Komplexität zunehmen wird. Prof. Dr. Andreas Syska, Produktionsexperte der Universität Niederrhein, bemängelt beispielsweise die fehlenden neuen Geschäftsmodellen in Deutschland, die nötig seien, um von dem Trend wirklich zu profitieren. Er befürchtet, dass amerikanische Unternehmen den Deutschen den Rang ablaufen könnten.

Ist diese Kritik berechtigt? Wir haben in diesem Beitrag einen Blick auf die Idee hinter Industrie 4.0 und auf die sich ergebenden Vorteile und Konsequenzen gewagt. Erfahren Sie außerdem, wie Unternehmen den Weg zu Industrie 4.0 meistern, zum Beispiel in der Auftragsabwicklung und der Montage.

Der Ausdruck Industrie 4.0 wurde erstmals im Jahr 2011 auf der Hannover Messe als Zukunftsprojekt des Bundes vorgestellt – entstanden aus einer Arbeitsgruppe der Regierung. Seither hat sich der Begriff weiterentwickelt zu einer übergreifenden Plattform für Wirtschaft, Energie, Bildung und Forschung und steht für Digitalisierung, Virtualisierung und Vernetzung von Daten und Informationen. Der Lean-Experte Helge Hanslik, hat die Auswirkungen für die Produktion sehr treffend auf den Punkt gebracht und sieht durchaus Chancen für Deutschland, da unsere innovativen Produktionstechnologien sich sehen lassen können.

Der Wandel hin zur Digitalisierung und zur Verknüpfung von Daten und Strukturen ist wahrscheinlich unausweichlich, egal was Kritiker sagen. Werden die kritischen Stimmen langfristig verhallen? Es kommt auf die Vorteile an, die sich tatsächlich ergeben.

Ohne Fleiß kein Preis. Mit den Vorteilen ist auch ein großer Wandel für die Unternehmen erforderlich. Anpassungen seitens der Organisation ergeben sich vor allem in der Auswahl und der Schulung des Personals. Die Aufgaben werden wesentlich übergreifender und digitaler, diese Anforderungen sollten Sie immer vor Augen haben. Informatik-Wissen und gleichzeitige Kenntnisse von Elektronik, Mechanik und IT sind erforderlich, damit ein ganzheitliches Verständnis gewährleistet werden kann. Der Mensch in der Fabrik braucht andere Qualifikationen, aber auch eine Offenheit für Veränderungen und die Bereitschaft zum lebenslangen Lernen.

Aber etabliert man schlanke Prozesse wirklich nachhaltig in der Organisation und schafft damit optimale Voraussetzungen für die digitale Transformation? Mit dieser Frage hat sich Franziska Gütle von der Atlas Copco IAS intensiv auseinandergesetzt und dabei einen ganz eigenen Weg gefunden.

„Der Schlüssel, um eine schlanke Auftragsabwicklung nach Lean-Prinzipien erfolgreich im Unternehmen zu verankern, sind aus unserer Sicht die Mitarbeiter“, erklärt Franziska Gütle, die für die Implementierung der Themenfelder Smart Factory & Lean Management im Bereich Produktion und Logistik verantwortlich ist. Ausgehend von dieser Überlegung, plant das in Bretten bei Karlsruhe ansässige Unternehmen ein Lean-Trainingsprogramm für alle Mitarbeiter des Klebetechnologie-Spezialisten.

In einem Basistraining für eine schlanke Gestaltung des Materialflusses wird zunächst das notwendige Grundlagenwissen und Verständnis aufgebaut. Denn nur, wenn alle den Lean-Gedanken leben, kann dieser im Sinne einer selbstlernenden Organisation weiterentwickelt werden. „Es ist uns ausgesprochen wichtig, hier abteilungsübergreifend zu agieren und alle Kollegen mitzunehmen“, erklärt Gütle.

Das Training findet in Form einer Simulation statt. In vier Spielrunden, in denen die reale Situation vom Lager über die Produktion bis zum Versand nachgestellt wird, erarbeiten die Teilnehmer einen idealen Prozess. Ziel ist es, 30 Motoren in 30 Minuten zu bauen. Anfangs schaffen die Teams zumeist vier bis fünf Motoren in der vorgegebenen Zeit. Durch schrittweise Optimierungen, die durch das Team erarbeitet werden, steigert sich der Output von Runde zu Runde auf die angestrebten 30 Motoren. Zwischen den einzelnen Spielrunden werden den Teilnehmern die wesentlichen Grundprinzipien der Lean Philosophie nähergebracht, welche direkt im Anschluss in der Simulation angewendet werden können. Im Mittelpunkt stehen dabei das Arbeiten im Team und die Erkenntnis, dass eine Produktivitätssteigerung nicht automatisch gleichzusetzen ist mit schnellerem oder mehr Arbeiten.

Derzeit liegt der Schwerpunkt des Lean-Trainingsprogramms noch stark auf dem Bereich Produktion und Logistik. Aufgrund der dort gemachten, positiven Erfahrungen und der Erkenntnis, dass eine unternehmensweite Implementierung des Lean-Gedankens ein enormes Potenzial bietet, steht eine Ausweitung des Trainingsprogramms auf die Administration unmittelbar bevor.

An das Training schließen sich abteilungsübergreifende Workshops in kleinen Teams an. Ausgehend von den Kundenanforderungen wird gemeinsam eine Wertstromanalyse durchgeführt und auf dieser Basis gemeinsam ein neuer Prozessablauf definiert. So lassen sich beispielsweise die Durchlaufzeiten für kleine Baugruppen bis zu 60 Prozent reduzieren. Der Fokus liegt bei diesem Vorgehen nicht nur auf der Optimierung einzelner Arbeitsplätze, sondern auf der Gestaltung der gesamten Prozesskette. Ein weiterer Vorteil dieses Vorgehens ist, dass durch die gemeinsame Arbeit ein höheres Prozessverständnis bei allen Mitarbeitern erzielt wird und gleichzeitig Blockaden zwischen den Abteilungen reduziert werden. Dieses vernetzte und ganzheitliche Arbeiten ist die Basis für eine nachhaltige Verankerung der Lean-Philosophie im beruflichen Alltag und gibt den Mitarbeitern die Möglichkeit, durch Einbringung eigener Ideen ihren Arbeitsplatz mitzugestalten.

Die Digitalisierung wird dabei zukünftig die Umsetzung von effizienten Prozessen unterstützen und kann dazu beitragen, die Komplexität entlang der Wertschöpfungskette zu reduzieren. Die zunehmende Nachfrage von individuellen Kundenlösungen sowie die Globalität werden dazu führen, dass Prozesse zukünftig immer komplexer werden und die Wirkung der Lean-Methoden an eine Grenze stoßen. „Aus diesem Grund haben wir uns entschieden, den Lean-Ansatz als Basis zu wählen und diesen mit den Möglichkeiten der Industrie 4.0 zu kombinieren. Wir sehen hierin den für den Kunden größten Mehrwert“, fasst Franziska Gütle zusammen.

Die Gestaltung einer schlanken, robusten Auftragsabwicklung mithilfe der Lean-Methoden, eine kontinuierliche Verbesserungskultur und die Ausrichtung der Organisation nach Wertströmen bilden das Fundament, um mit dem Schritt in die Welt der Digitalisierung zu starten. Der Ausbau des Lean-Trainingsprogramms und der Aufbau von Wissen sind dazu unabdingbar und ein nicht unerhebliches Investment in alle Mitarbeiter, das sich aber lohnt. Davon ist man bei Atlas Copco IAS überzeugt.

Lean ist Strategie, Ganzheitlichkeit und ständiges Verbessern – vielmehr als nur das Einführen von Methoden und einigen digitalen Prozessen. Dieser Meinung sind auch Matthias Rausch und Dr.-Ing. Jens Nitsche von der Yellow Birds Consulting GmbH & Co. KG. Sie haben für uns zusammengefasst, wie Transformation die komplette Leistungskraft von Lean und Industrie 4.0 bewirken kann.

Genügt die Einführung von Schattenbrettern, der 5S-Methode und einem täglichen Shopfloor Management, um lean zu werden? Wenn ein Unternehmen ein MES-System einführt und einen Mensch-Roboter-Kollaborationsarbeitsplatz hat – ist es dann bereit für Industrie 4.0 oder sogar schon ein digitaler Champion?

Und was passiert mit dem über Lean-Mechanismen etablierten KANBAN Materialversorgungsprozess, wenn sich Behälter autonom mit Maschinen unterhalten, selbstoptimiert entscheiden und dem Materialfluss zu einer neuen ungeahnten Dynamik verhelfen? Passt das dann noch zusammen?

Für eine Lösungsidee blicken wir zurück. Als Anfang der 90er Jahre die Lean-Welle vom MIT getrieben nach Amerika und Europa schwappte, kam es nach dem anfänglichen Hype zu einer ersten Ernüchterung. Die ersten Unternehmen erkannten, dass Lean als Werkzeugkasten zwar manche Probleme bearbeitete, aber die Ergebnisse weit von den Erfahrungen bei Vorreiter Toyota entfernt blieben. Erst als Unternehmen begannen, auch in den Köpfen die Transformation zu beginnen, Mitarbeitern nicht nur die Tools, sondern auch das Mindset näherbrachten, stellten sich weitere Erfolge ein.
Dennoch, anlässlich des Jubiläums des Lean Enterprise Institutes musste einer der Gründer, Jim Womack, in Bezug auf die Ergebnisse von Lean in Großunternehmen feststellen: „…The results were strikingly positive, but the organizational immune reaction was immediate and crushing. Little lasting was achieved…“

Zu stiefmütterlich geht die vom Taylorismus geprägte Unternehmenswelt mit den weichen Faktoren des Toyota Produktions-Systems um – Mitarbeiterbeteiligung, -verantwortung und -zufriedenheit, sowie der Erweiterung des Lean-Gedankens auch auf alle anderen unternehmerischen Prozesse. Nicht ohne Grund arbeiten New Work und Agile Methoden genau an diesen Themen.

Nun naht mit der Digitalisierung das nächste Ungemach. „Arbeit 4.0 ist Grundlage für Digitalisierung, nicht Ergebnis“, formuliert es Prof. Bauer vom Fraunhofer IAO im Rahmen der Eröffnung des Zukunftsprojektes Arbeitswelt 4.0 Ende September 2016 in Stuttgart. Und impliziert damit, dass sich Unternehmen eben mit dem Wandel in Organisationsstruktur, Führung und Prozessen beschäftigen müssen, wenn Sie in Zukunft erfolgreich sein wollen.
Das heißt im Gegenzug, Unternehmen, welche sich dieser Veränderung verschließen, werden aus Industrie 4.0 und Digitalisierung ebenso wie aus Lean in der Ausprägung Methodenkoffer nur einen Teil der Potenziale erschließen können. Ob das ausreichend ist, um die zukünftigen Anforderungen der Kunden in Bezug auf Qualität, Lieferbereitschaft und Individualität zu erfüllen, wird nur die Zeit zeigen, die Zeichen dafür stehen aber schlecht.
Dabei tut Wandel nicht weh. Von Geburt an sind wir alle Veränderung gewohnt und erst durch Schulzeit, Ausbildung und Berufswelt verlernen wir den richtigen Umgang damit. Kein Elternteil erlaubt seinem Kind nur einmal zu fallen, um Laufen zu lernen. Und wer hat nicht Sand im Mund gehabt, um zu prüfen ob er nicht doch schmeckt?

Hinterfragen Sie doch einmal andere Dinge – können ein Produktionsmitarbeiter, ein IT-ler und ein Einkäufer gemeinsam mit dem Produktentwickler interdisziplinär nicht tatsächlich einen besseren Produktionsprozess gestalten? 

Der aktuelle Wandel lässt sich nicht aufhalten, er lässt sich in Unternehmen maximal verzögern, bis neue Generationen mit neuen Anforderungen und anderen Denkweisen Mehrheiten im Unternehmen haben. Vielmehr lässt er sich heute schon für die Zufriedenheit von allen Mitarbeitern und Kunden und damit für nachhaltigen Unternehmenserfolg einsetzen. Und das ist eines der zentralen Strategieziele jedes Unternehmens. So wie Lean seinen Weg zu uns gefunden hat, sollte es auch mit manch anderen Weisheiten gehen.

Also bauen Sie Segel, setzen Sie Kurs auf eine erfolgreiche Zukunft mit Lean und Digitalisierung und lassen Sie sich von unternehmerischen Werten leiten, das Richtige zu tun – für Kunden, Mitarbeiter und Unternehmer.

Betrachten wir die Fokussierung von Lean und Industrie 4.0, so streben beide Ansätze die gleichen Ziele an – One piece flow, Reduzierung von Durchlauf- und Lieferzeiten, Reduzierung von Rüstzeiten und Qualitätssteigerungen, um nur einige zu nennen.

Beide wählen aber teilweise dramatisch andere Wege, um diese Ziele zu erreichen mit dem entsprechenden Konfliktpotential.
Während Lean durch eine vom Menschen erdachte, getriebene Standardisierung und kontinuierliche Verbesserung den Weg zur Perfektion beschreitet, setzt Industrie 4.0 auf ein selbststeuerndes und optimierendes dynamisches System von Technologie. Die Entwicklung entsprechender künstlicher Intelligenzen erfolgt durch Technologieexperten, welche von den komplexen Anforderungen innerhalb einer Produktionsumgebung nur wenig verstehen. Vielmehr hat Lean bislang immer dazu motiviert, möglichst wenig IT in die Produktion zu bekommen, um Verschwendungszeiten in der Bedienung zu reduzieren, den Produktions- und Materialfluss organisatorisch zu steuern und gleichzeitig hochflexibel auf auftauchende Kundenanforderungen oder Störungen zu reagieren.

Lassen sich tatsächlich alle diese Varianten in einem Algorithmus berücksichtigen oder droht der digitale Super-GAU in der Produktion, wenn nichts mehr geht und keiner die Ursache innerhalb der Datenwelt findet?

„Fakt ist, die Digitalisierung lässt sich nicht zurückdrehen oder außerhalb der eigenen unternehmerischen Mauern halten.“

Und dies macht auch keinen Sinn, denn dadurch verzichtet ein Unternehmen auf Chancen und Potenziale, seine Ziele zu erreichen, den Kunden zufrieden zu stellen und langfristig erfolgreich zu sein.

Aber etabliert man schlanke Prozesse wirklich nachhaltig in der Organisation und schafft damit optimale Voraussetzungen für die digitale Transformation? Mit dieser Frage hat sich Franziska Gütle von der Atlas Copco IAS intensiv auseinandergesetzt und dabei einen ganz eigenen Weg gefunden.

„Der Schlüssel, um eine schlanke Auftragsabwicklung nach Lean-Prinzipien erfolgreich im Unternehmen zu verankern, sind aus unserer Sicht die Mitarbeiter“, erklärt Franziska Gütle, die für die Implementierung der Themenfelder Smart Factory & Lean Management im Bereich Produktion und Logistik verantwortlich ist. Ausgehend von dieser Überlegung, plant das in Bretten bei Karlsruhe ansässige Unternehmen ein Lean-Trainingsprogramm für alle Mitarbeiter des Klebetechnologie-Spezialisten.

In einem Basistraining für eine schlanke Gestaltung des Materialflusses wird zunächst das notwendige Grundlagenwissen und Verständnis aufgebaut. Denn nur, wenn alle den Lean-Gedanken leben, kann dieser im Sinne einer selbstlernenden Organisation weiterentwickelt werden. „Es ist uns ausgesprochen wichtig, hier abteilungsübergreifend zu agieren und alle Kollegen mitzunehmen“, erklärt Gütle.

Das Training findet in Form einer Simulation statt. In vier Spielrunden, in denen die reale Situation vom Lager über die Produktion bis zum Versand nachgestellt wird, erarbeiten die Teilnehmer einen idealen Prozess. Ziel ist es, 30 Motoren in 30 Minuten zu bauen. Anfangs schaffen die Teams zumeist vier bis fünf Motoren in der vorgegebenen Zeit. Durch schrittweise Optimierungen, die durch das Team erarbeitet werden, steigert sich der Output von Runde zu Runde auf die angestrebten 30 Motoren. Zwischen den einzelnen Spielrunden werden den Teilnehmern die wesentlichen Grundprinzipien der Lean Philosophie nähergebracht, welche direkt im Anschluss in der Simulation angewendet werden können. Im Mittelpunkt stehen dabei das Arbeiten im Team und die Erkenntnis, dass eine Produktivitätssteigerung nicht automatisch gleichzusetzen ist mit schnellerem oder mehr Arbeiten.

Derzeit liegt der Schwerpunkt des Lean-Trainingsprogramms noch stark auf dem Bereich Produktion und Logistik. Aufgrund der dort gemachten, positiven Erfahrungen und der Erkenntnis, dass eine unternehmensweite Implementierung des Lean-Gedankens ein enormes Potenzial bietet, steht eine Ausweitung des Trainingsprogramms auf die Administration unmittelbar bevor.

An das Training schließen sich abteilungsübergreifende Workshops in kleinen Teams an. Ausgehend von den Kundenanforderungen wird gemeinsam eine Wertstromanalyse durchgeführt und auf dieser Basis gemeinsam ein neuer Prozessablauf definiert. So lassen sich beispielsweise die Durchlaufzeiten für kleine Baugruppen bis zu 60 Prozent reduzieren. Der Fokus liegt bei diesem Vorgehen nicht nur auf der Optimierung einzelner Arbeitsplätze, sondern auf der Gestaltung der gesamten Prozesskette. Ein weiterer Vorteil dieses Vorgehens ist, dass durch die gemeinsame Arbeit ein höheres Prozessverständnis bei allen Mitarbeitern erzielt wird und gleichzeitig Blockaden zwischen den Abteilungen reduziert werden. Dieses vernetzte und ganzheitliche Arbeiten ist die Basis für eine nachhaltige Verankerung der Lean-Philosophie im beruflichen Alltag und gibt den Mitarbeitern die Möglichkeit, durch Einbringung eigener Ideen ihren Arbeitsplatz mitzugestalten.

Die Digitalisierung wird dabei zukünftig die Umsetzung von effizienten Prozessen unterstützen und kann dazu beitragen, die Komplexität entlang der Wertschöpfungskette zu reduzieren. Die zunehmende Nachfrage von individuellen Kundenlösungen sowie die Globalität werden dazu führen, dass Prozesse zukünftig immer komplexer werden und die Wirkung der Lean-Methoden an eine Grenze stoßen. „Aus diesem Grund haben wir uns entschieden, den Lean-Ansatz als Basis zu wählen und diesen mit den Möglichkeiten der Industrie 4.0 zu kombinieren. Wir sehen hierin den für den Kunden größten Mehrwert“, fasst Franziska Gütle zusammen.

Die Gestaltung einer schlanken, robusten Auftragsabwicklung mithilfe der Lean-Methoden, eine kontinuierliche Verbesserungskultur und die Ausrichtung der Organisation nach Wertströmen bilden das Fundament, um mit dem Schritt in die Welt der Digitalisierung zu starten. Der Ausbau des Lean-Trainingsprogramms und der Aufbau von Wissen sind dazu unabdingbar und ein nicht unerhebliches Investment in alle Mitarbeiter, das sich aber lohnt. Davon ist man bei Atlas Copco IAS überzeugt.

Industrie 4.0-Technologien bieten auch zukünftig viele Ansätze. Der Reifegrad unserer Technologien ist an vielen Stellen noch nicht erreicht und diese bieten sehr viel Potenzial für die Zukunft. Einer der Vorreiter in diesem Bereich ist die Sartorius Lab Instruments GmbH & Co. KG in Göttingen. Hier hat man die Trends erkannt und verstanden, die Digitalisierung als Enabler zu nutzen. Dr. Volker Große-Heitmeyer erklärt im Interview, welche Trends er sieht, und wie der Change-Prozess hin zu Industrie 4.0 gelingt.

Herr Dr. Große-Heitmeyer, welche Rolle spielt der Mensch im Rahmen der digitalen Transformation? Wo stehen wir jetzt und wo wollen wir hin?

Die digitale Revolution wird den Menschen weiterhin in den Fokus stellen und ihn bei seinen Aufgaben unterstützen. Für unsere zukünftigen Herausforderungen bieten Industrie 4.0- Technologien bereits heute erprobte Lösungsansätze. Wir sind „Fast Follower“ bei der Umsetzung von 4.0 Technologien in der Produktion.
Neben Trends wie Dezentralisierung und Agilität der Prozesse ist durch die innovativen Industrie 4.0-Ansätze ein Paradigmenwechsel in der Montage möglich. Transparente und flussorientierte Materialströme sind nicht mehr die entscheidenden Leitplanken. Einige klassische Lean-Gedanken verlieren meiner Meinung nach somit an Stellenwert. Alternative Produktionsstrukturen gewinnen dagegen wieder verstärkt an Bedeutung. Hier sehe ich beispielsweise die Werkstatt- im Vergleich zur Fließfertigung als einen Zukunftstrend.

Welche digitalen Konzepte haben Sie eingeführt und wie sind Sie dabei vorgegangen?

Wichtig ist es, eine Digitalisierungsstrategie zu haben. Fortschritte in der Technologie dienen nicht zum Selbstzweck, sondern sollten als Enabler, also als Unterstützer, angesehen werden. Neben den übergeordneten konzernweiten Schwerpunkten beschäftigen wir uns bei Sartorius Lab Instruments auf Shopfloor-Ebene unter anderem mit der dynamischen Visualisierung von Prozessinformationen mittels Smart Label und Prozessvernetzung. Dazu gehört auch das Datenmanagement.

Welche Aufgabe kommt der Führungskraft im Rahmen der digitalen Transformation zu?

Die traditionellen starren Organisationsstrategien stoßen in einer agilen, digitalisierten Welt an ihre Grenzen. Neue Strukturen müssen entstehen, um Organisation und Team auch zukünftig erfolgreich führen zu können. So wird sich zum Beispiel die Kommunikation durch neue Übertragungswege und Möglichkeiten verändern. Somit ändern sich Informationsfluss, Zugang zu Wissen und Handlungsspielräume. Neue Arbeitszeitmodelle und Organisationsformen in flexiblen Matrixstrukturen müssen die neuen Führungsprozesse, -kulturen und -verantwortungen dahingehend unterstützen.

Wie würden Sie die größte Aufgabe der Digitalisierung beschreiben und was waren Ihre größten Hürden?

Digitalisierung und Industrie 4.0 haben das Potenzial, die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu steigern. Das ist aber auch immer mit einer Komplexitätssteigerung in den Betrieben verbunden. Hier gilt es, genau abzuwägen, sich den Themen aber auch über erste Use Cases zu nähern. Überdenken Sie zunächst die Prozesse, bevor Sie diese einfach digitalisieren und nicht verbessern.

Welche konkreten Tipps würden Sie Unternehmen mitgeben, die vielleicht noch am Anfang des Change-Prozesses stehen?

Denken Sie immer daran, die Mitarbeiter auf der Reise mitzunehmen. Die Belegschaft sollte den Veränderungsprozess aktiv begleiten, denn nur so schaffen Sie eine breite Akzeptanz für den Change. Eine Möglichkeit, die wir genutzt haben, waren der Besuch und die Nutzung der Angebote von Kompetenzclustern, wie zum Beispiel „Mit Uns Digital“ im Norddeutschen Raum.