Warum „4.0“ oft 3.0 ist und „smart“ nicht immer „intelligent“ bedeutet

Komplexe Probleme mit noch komplexeren Lösungen zu lösen, führt garantiert zu noch mehr Problemen.

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Teil I einer vierteiligen Serie.

 Jetzt, wo sogar mein Kühlschrank „smart“ sein muss und ein einfacher Sensor als „4.0“ bezeichnet wird, frage ich mich: Haben alle dieselbe Vorstellung von der Definition von Industrie 4.0 und wie weit sind wir tatsächlich in diesem Prozess? Und worum geht es bei 4.0 wirklich? Ich möchte Fakten von Fiktion unterscheiden und hier sind meine Schlussfolgerungen.

Von Henri Fords Flow....

Henry Ford schuf die Flow-Fertigung, die es ermöglichte, große Mengen desselben Produkts zu erschwinglichen Kosten herzustellen. Er beschrieb dies in einer Reihe von (nach wie vor sehr lesenswerten) Büchern. Auf der anderen Seite der Welt wurden diese Bücher nach dem Zweiten Weltkrieg von einem seiner Konkurrenten genauestens studiert: Toyota.

...zu Toyota One Piece Flow

Toyota, ursprünglich ein Hersteller von Webstühlen, setzte Fords Prinzipien detailliert um. Es gab jedoch zwei Unterschiede:

1. Während in den USA alles im Überfluss vorhanden war, herrschte auf der japanischen Insel, die kaum über natürliche Ressourcen verfügt, traditionell Mangel an allem, was zu einer unglaublichen Fokussierung auf die Vermeidung von Verschwendung führte.

2. Die Japaner haben gelernt, dass sie nur durch enge Harmonie mit ihrer Umwelt und Zusammenarbeit mit den Menschen um sie herum genug produzieren können, um gemeinsam zu überleben.

Genau diese beiden Eigenschaften waren für das Toyota-Produktionssystem entscheidend: Durch die Zusammenarbeit im ständigen Kampf gegen Verluste wurde das berühmte TPS nach dem Zweiten Weltkrieg in einer Phase tödlicher Liquiditätsprobleme entwickelt.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt hatte Toyota zwar noch Aufträge und Lagerbestände, aber kein Geld mehr für neue Lagerbestände. Also begann das Unternehmen, nur noch die bereits verkauften Autos mit den vorhandenen Materialien zu bauen – und kaufte nur noch das, was nicht mehr vorrätig war, für bestehende Bestellungen. Dank guter Zusammenarbeit, Standardisierung und Kettendenken entstand unter anderem das heute bekannte „Pull“-System, bei dem verschiedene Fahrzeuge in einer Reihenfolge gebaut werden, genau wie vom Kunden gewünscht. Dabei handelt es sich um eine nachfrageorientierte Massenproduktion auf Basis eines 'One Piece Flow'.

Die Japaner erkannten auch, dass Qualitäts- und Kontrollprozesse von entscheidender Bedeutung sein würden. Und so übernahm die Industrie im Nachkriegsjapan schnell Dr. Demings statistische Prozesskontrolle, um die Grundlage für die Flow-Fertigung zu schaffen: absolute Zuverlässigkeit.

Eine Revolution! Flexible Produktmix-Fähigkeiten wurden in den Prozess und die Wertschöpfungskette integriert. Entscheidend dabei ist, dass bei diesem Ansatz die Belegschaft in der Fertigung stark in die kontinuierliche Verbesserung eingebunden ist. In gewisser Weise stand dies also in diametralem Gegensatz zu dem, was Ford tat.

Das schöne Versprechen von ERP

Das Schöne am Pull-System ist, dass es besonders gut in extrem komplexen Situationen funktioniert. Westliche Industrien begannen, die One-Piece-Flow-Ideen zu übernehmen und fügten oft ein neues Kontrollinstrument hinzu, um den Produktionsprozess noch weiter zu optimieren: ERP.

Die versprochene Idee hinter der Materialbedarfsplanung von ERP war, dass sie die Zukunft vorhersagen würde – die Anwendung  fortschrittlicher Geschäftsregeln der Operations Research in der Software würde das maximale Ergebnis liefern.

Theoretisch funktioniert das perfekt: Solange alle Parameter stimmen und in der Realität nichts schiefgeht, ist die Berechnung korrekt, jedes Teil ist zur richtigen Zeit am richtigen Ort und das Puzzle passt zusammen. In der Praxis führen jedoch eine Reihe unkontrollierbarer Situationen (Qualitätsprobleme, Anlageausfälle, logistische Abweichungen usw.) oft zu weniger Ergebnissen als erwartet.

Beispielsweise hatte ein großer Flugzeughersteller mit so vielen unkontrollierten Situationen zu kämpfen, dass er niemals eine vollständige ERP-Implementierung zum Laufen brachte. Die Produktion kam erst in Flow, als das Unternehmen beschloss, die Produktion mit einem vollständigen „Pull“-System zu planen und alle ERP-Berechnungen zu verwerfen.

Das noch schönere Versprechen von 4.0

Das 4.0-Konzept baut auf dieser Idee der Vorhersagbarkeit auf: „Wenn wir nun mehr Basisinformationen in den Computer eingeben und alle Komponenten miteinander kommunizieren lassen, können wir eine fortschrittlichere Geschäftslogik erreichen und noch weitere Optimierungen vornehmen.“

Industrie 4.0 war eine Initiative der deutschen Bundesregierung. Sie wurde erstmals im April 2011 auf der Hannover Messe von einer Reihe deutscher „Influencer” beworben, die großes Interesse daran hatten, mehr (deutsche!) Technologie zu verkaufen:

• Herr Kagermann (Ex-CEO SAP)
• Herr Lukas (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
• Herr Wahlster (DFKI: Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz)

Die vierte Revolution, die sie sich vorstellten, basierte auf zwei Säulen:

1. Jedes Produkt verfügt über einen digitalen Zwilling, in dem alle Aspekte des Produkts und des Produktionsprozesses genau definiert sind.
2. Das Produkt weiß anhand der Informationen seines digitalen Zwillings, wohin es gebracht werden muss, um die erforderliche Behandlung zu erhalten.

Um dies zu ermöglichen, würden Anlagen, Transportmittel und Produkte miteinander kommunizieren. Es wurde schwärmerisch beschrieben, wie schön alles sein könnte, wenn alles automatisch ablaufen würde. Vollautomatisierung wäre die Lösung, um die Produktivität zu steigern, die Produktion in Deutschland zu halten und mit Niedriglohnländern zu konkurrieren.

Fraunhofer erklärt 3.0 für abgeschlossen. Aber....

Laut dem deutschen Fraunhofer Institut (2014) sollte dies zu einer Produktivitätssteigerung von 2,2 % pro Jahr führen. In 2013 erklärte das Institut: „Die dritte Industrielle Revolution ist erfolgreich gemeistert.“

Ich habe mehrere Fabriken in Japan besucht – und auch Fabriken von Südafrika bis zu den USA –, die 3.0 implementiert haben, und ich habe die unglaublichen Ergebnisse gesehen, die sie erzielt haben. In Japan habe ich emissionsfreie Fabriken gesehen, die seit Jahren fehlerfrei arbeiten und in denen alle in die Fabrik eingebrachten Ressourcen entweder im Produkt oder wiederverwendbar ausgegeben werden.

In den letzten 25 Jahren hat mein Team die Gesamtanlageffektivität in über 5.000 Prozessen auf allen Kontinenten und in allen Branchen umgesetzt. Die überwiegende Mehrheit der Anlagen ist nicht in der Lage, auch nur einen Tag ohne Ausfälle zu laufen. Sie fallen regelmäßig aufgrund aller möglichen organisatorischen Probleme aus, und die Produkte erleiden Qualitätsverluste, oft in Höhe von mehreren Prozent. Angesichts dieses hohen Anteils unkontrollierter Situationen wage ich zu behaupten, dass die dritte Revolution in der Industrie definitiv noch nicht abgeschlossen ist.

Schauen wir uns diese Idee einmal genauer an. Das Wesentliche an Industrie 4.0 ist, dass von jedem Produkt ein digitaler Zwilling erstellt wird: Dieses Bild enthält alle Informationen über das Produkt, den Umwandlungsprozess und die Produktion. Das Produkt selbst steuert über seinen digitalen Zwilling die Anlage, die Werkzeuge und den Transport von der „Konzeption“ an: Es durchläuft Schritt für Schritt die erforderlichen Verarbeitungsschritte, bis das Endprodukt fertig ist.

Um dies zu ermöglichen, sind Anlagen und Transportmittel miteinander verbunden und kommunizieren über das Internet der Dinge (IoT) untereinander und mit dem Produkt.

In einem 3.0-Wertstrom fließt das Produkt in einer fließenden Bewegung durch den Prozess, von einem wertschöpfenden Schritt zum nächsten. Das Wissen, dies richtig zu tun, ist in den Prozess eingebettet; durch einen hohen Grad an Standardisierung und Modularität wird ein hohes Maß an Flexibilität erreicht. So wie Wasser durch die Schwerkraft durch die Flüsse zum Meer gezogen wird, werden in einem Flow-Prozess die Produkte durch die Kundennachfrage zum Kunden „gezogen”, daher das „Pull”-System.

Der Unterschied? Während wir in 3.0 von „Wertströmen“ sprachen, die für einen normalen Menschen gut verständlich sind, sehen wir im 4.0-Konzept Netzwerke entstehen, in denen verschiedene Produkte sich kreuz und quer bewegen, alles basierend auf den Informationen des digitalen Zwillings. Der Vorteil? Wir können jetzt vollständig personalisierte Produkte herstellen, die jeweils auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten sind.

Praktischerweise setzt dies zunächst einmal vollständige und korrekte Digital-Twin-Informationen voraus. Außerdem erfordert es vollständig kontrollierte Prozesse auf allen Ebenen.

Macht das Sinn?

Meine Frage lautet: War das nicht genau der Sinn von 3.0? Wenn wir ein Paar vollständig maßgeschneiderte Schuhe für einen Kunden herstellen würden, wäre das dann nicht einfach ein normaler Wertstrom, bei dem in den Wertschöpfungsschritten einige neue Techniken zum Einsatz kommen, wie beispielsweise 3D-gedruckte Einlagen? Wo liegt der Vorteil des komplexen, fehleranfälligen digitalen Zwillings?

Die Produktion auf Basis digitaler Zwillinge ist mittlerweile extrem abhängig von komplexer Technologie. Als Hersteller kennen Sie die Herausforderungen Ihres ERP-Systems. Bin ich pessimistisch, wenn ich sage, dass die Einstellung aller Parameter eines digitalen Zwillings nichts ist, worauf man sich freuen kann?

Mit meinem IT-Abschluss habe ich keine Scheu vor neuen Technologien. Ich weiß, wie man mit Komplexität umgeht. Aber ich weiß auch, dass die Lösung komplexer Probleme mit noch komplexeren Lösungen garantiert zu noch mehr Problemen führt.

Die Automobilindustrie hat dieses Risiko erkannt – und im kürzlich veröffentlichten AIAG VDA FMEA-Referenzhandbuch festgestellt, dass für alle Softwarekomponenten in einem Fahrzeug eine separate Risikoanalyse durchgeführt werden muss.

Die Softwareprobleme in der Boeing 737 Max zeigen deutlich, wie groß das Risiko ist, wenn man fortschrittliche Softwaretechnologie einsetzt, um ein grundlegendes Konstruktionsproblem zu lösen.

Betrachtet man die gesamte Lieferkette, so wird der digitale Zwilling zwar vom OEM erstellt, doch dieser hat keine Kenntnis darüber, wie ein bestimmtes Produkt beim Zulieferer hergestellt wird, und der Zulieferer ist auch nicht bereit, diese geschützten Informationen an den OEM weiterzugeben. Wie könnte man in diesem Fall einen digitalen Zwilling erstellen?

Fazit

Um das Konzept des digitalen Zwillings von Industrie 4.0 zu verwirklichen, müssen viele Voraussetzungen erfüllt sein. Derzeit kann man mit Sicherheit sagen, dass die überwiegende Mehrheit der Produkte und Dienstleistungen, die das Label „4.0“ tragen, nichts anderes als potenzielle oder vermeintliche Werkzeuge zur Erzielung eines besseren Flow sind, und diese Werkzeuge können in 3.0-Umgebungen sehr effektiv eingesetzt werden.

(Bereits zuvor veröffentlicht in der amerikanischen Zeitschrift Industryweek.)

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