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Gestaltung von Produktionssystemen im Kontext von Industrie 4.0

Jochen Deuse, Kirsten Weisner, André Hengstebeck und Felix Busch

Produzierende Unternehmen in Deutschland sehen sich durch den wachsenden globalen Wettbewerb einem zunehmenden Termin- und Kostendruck ausgesetzt. Des Weiteren führt die steigende Nachfrage nach kundenindividuellen technischen Produkten und Dienstleistungen zu einer wachsenden Anzahl an Varianten. Zusammen mit der Forderung nach einem immer effizienteren Ressourceneinsatz und der gleichzeitig erforderlichen Zunahme der Leistungsfähigkeit, Flexibilität und Geschwindigkeit der Prozesse, führt dies zu einem deutlichen Anstieg der Komplexität in modernen Produktionssystemen (vgl. Steinhilper et al. 2012). Darüber hinaus stellen der demographische Wandel und dessen Folgen für den Industriestandort Deutschland weitere wesentliche Herausforderungen der kommenden Jahre dar (vgl. Plorin et al. 2013). Die Abnahme der Bevölkerung bei gleichzeitiger Alterung resultiert mitunter in einer deutlichen Veränderung der Größe und Zusammensetzung des Erwerbspersonenpotentials (vgl. Weber und Packebusch 2009; BMI 2011). Um in einem derart dynamischen Umfeld langfristig bestehen zu können, sind produzierende Unternehmen gezwungen, die Produktivität sowie Flexibilität ihrer Prozesse kontinuierlich zu erhöhen.

Chancen und Risiken durch Industrie 4.0

Im Jahr 2012 wurde unter dem Begriff „Industrie 4.0“ die durch das Internet getriebene vierte industrielle Revolution ausgerufen (vgl. Kagermann et al. 2013). Das Kernelement dieser sind Cyber-Physische Systeme (CPS), mittels derer eine Vernetzung sich situativ selbststeuernder und räumlich verteilter Produktionsressourcen verfolgt wird. Zentraler Aspekt ist dabei die Berücksichtigung aller zugehörigen Planungs- und Steuerungssysteme, welche innerhalb genau definierter Grenzen eigenständig Informationen austauschen und selbstständig Entscheidungen treffen sollen. Voraussetzung hierfür ist die vollständige Integration jeglicher Ressourcen und Systeme (vgl. Kagermann et al. 2013; Wahlster 2011).

Die in diesem Kontext angestrebte Integration der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) der CPS in Produktionssysteme führt zur Entstehung sogenannter Cyber-Physischer Produktionssysteme (CPPS) im Sinne einer intelligenten Fabrik (Smart Factory). Ziel der CPPS ist eine durchgängige Verfahrenskette über den gesamten Produktlebenszyklus, um nachhaltig die Flexibilität und Effizienz der industriellen Produktion zu steigern. So sollen durch die Einführung von CPPS Möglichkeiten geschaffen werden, trotz dynamischer Rahmenbedingungen eine kundenindividuelle, reaktionsschnelle und umweltfreundliche industrielle Produktion unter Anwendung verteilter und teils stark heterogener Produktionsressourcen zu realisieren (vgl. Kagermann et al. 2013).

Der hierfür erforderliche Technologieeinsatz sowie die enge Vernetzung der räumlich verteilten Produktionsstätten erfordern eine konsequente Standardisierung der gesamten Wertschöpfungskette, um die ansteigende Komplexität beherrschen zu können. Darüber hinaus gilt es zu gewährleisten, dass durch die entstehenden neuen Formen intelligenter, autonom handelnder Produktionsressourcen das Prozess- und Systemverständnis auf Seiten des Mitarbeiters nicht überproportional abnimmt, sodass seine Handlungsfähigkeit im Produktionssystem erhalten bleibt.

Neben den IKT sind bei der Gestaltung von CPPS vor allem auch strukturelle und infrastrukturelle Voraussetzungen für die operative Gestaltung von Prozessen sowie der Mensch mit seinen jeweiligen Fähig- und Fertigkeiten zu berücksichtigen (vgl. Jentsch et al. 2013). In der jüngeren Vergangenheit hat vor allem die Gesamtbetrachtung der Faktoren Mensch, Technik und Organisation (MTO) bei der Entwicklung und Implementierung von Produktionssystemen zu einer nachhaltigen Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen geführt (vgl. Ulich 2011). In diesem Zusammenhang gilt es zu untersuchen, in welcher Form das Wirkverhältnis bzw. die Beziehungen zwischen den Faktoren Mensch, Technik und Organisation ausgeprägt sein sollten, um langfristig stabile und vorteilhafte Produktionsprozesse im Kontext von Industrie 4.0 zu gewährleisten. Im Folgenden werden dazu verschiedene Gestaltungsansätze diskutiert.

 
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