Chancen und Risiken der Industrie 4.0. Wie die Digitalisierung für kleine und mittelständische Unternehmen gelingt

Inhaltsver

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einführung
1.1 Hintergrund
1.2 Einleitung
1.3 Problemstellung
1.4 Zielsetzung und Gang der Untersuchung

2 Begriffsdefinitionen
2.1 Industrie 4.0
2.2 Digitalisierung
2.3 Internationaler Vergleich und internationale Kooperation

3 Industrie 4.0 im produzierenden Mittelstand

4 Technologiefelder der Industrie 4.0
4.1 Embedded Systems und Cyber-physische Systeme
4.2 Smart Factory
4.3 Internet der Dinge und Radiofrequenzidentifikation
4.4 Cloud Computing
4.5 Big Data und Datenauswertung
4.6 IT-Security und Robuste Netze

5 Spannungsfelder der Industrie 4.0
5.1 Fachkraftmängel und Bedrohung des Arbeitsplatzes
5.2 Mangelnde strategische Orientierung und fehlende Übersicht
5.3 IT-Security
5.4 Finanzierungsprobleme der KMU

6 Handlungsfelder – Was sollen Unternehmen für den Einstieg in die Industrie 4.0 tun und welche Unterstützungsbedarfe sind gefordert
6.1 Handlungsbedarf hinsichtlich der Sensibilisierung und Maßnahmen zur Unterstützung und Erhöhung der IT-Sicherheit von KMU
6.2 Veränderung der Wertschöpfungskette
6.3 Weitere Unterstützungsbedarfe

7 Erfolgsfaktoren bei Einführung von Industrie 4.0
7.1 Effizienzsteigerung und Kostensenkung
7.2 Arbeitserleichterung durch Einsatz von digitalen Assistenzsystemen
7.3 Wettbewerbsvorteile durch informationsbasierten Wissensvorsprung
7.4 Dynamische Wertschöpfungskette und digitale Geschäftsmodelle

8 Fazit

Quellenverzeichnis

Literaturverzeichnis

Internetquellen

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Impressum:

Copyright © EconoBooks 2021

Ein Imprint der GRIN Publishing GmbH, München

Druck und Bindung: Books on Demand GmbH, Norderstedt, Germany

Covergestaltung: GRIN Publishing GmbH

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Zu erwartende Kosten- und Umsatzsteigerung im Zusammenhang mit Industrie 4.0

Abbildung 2: Von Industrie 1.0 bis Industrie 4.0

Abbildung 3: Reifegradmodell

Abbildung 4:Industrie 4.0-Projekte nach Unternehmensgröße

Abbildung 5:Merkmale KMU

Abbildung 6: Technologiefelder der Industrie 4.0

Abbildung 7: Smart Factory

Abbildung 8: Veränderung der Bereiche

Abbildung 9: Wertschöpfungskette

Abbildung 10: Netzwerkeffekte

Abkürzungsverzeichnis

3D dreidimensional

5G fifthgeneration

AGP auftragsgesteuerte Produktion

AR Augmented Reality

BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Breko Bundesverbandes Breitbandkommunikation

BSI Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

CM Condition Monitoring

CPPS Cyber Physical Production System

CPS Cyber-physische-Systeme

CRM Customer-Relationship-Management

DGB Deutscher Gewerkschaftsbund

ERP Enterprise-Resource-Planning

EU Europäische Union

GEMINI Geschäftsmodelle für Industrie 4.0

HGB Handelsgesetzbuch

I4.0 Industrie 4.0

IfM Institut für Mittelstandsforschung

IIC Industrial Internet Consortium

IKT Informations- und Kommunikationstechnologien

IoT Internet of Things

ISMS Informationssicherheitsmanagementsystem

IT Informationstechnik

IVI Industrial Value Chain Initiative

KMU kleine und mittlere Unternehmen

KPI Key-Perfomance-Indicator

LAN Local Area Network

LTE Long Term Evolution

MIIT Ministerium für Industrie und Informationstechnologie

RAMI 4.0 ReferenzarchitekturmodellIndustrie 4.0

RFID Radio Frequency Identification

RRI Robot Revolution Initiative

SPM Supply Chain Management

USA Vereinigte Staaten von Amerika

VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau

VR Virtual Realitiy

W-LAN Wireless Local Area Network

1 Einführung

Die vorliegende Bachelorarbeit konzentriert sich auf die Themen „Digitalisierung und Industrie 4.0“ und gewährt einen Einblick in die Bedeutung von Digitalisierung für Menschen, Unternehmen und deren Prozesse. Nach der Einleitung wird auf die spezifische Herausforderung vierte industrielle Revolution und deren Fragestellungen in Unternehmen gelenkt. Das letzte Kapitel beinhaltet die konkrete Zielsetzung und den Verlauf der Abschlussarbeit.

1.1 Hintergrund

„Verändert sich das Geschäftsmodell infolge der Digitalisierung, muss sich das Unternehmen anpassen oder verschwindet früher oder später vom Markt.“¹

Dieses Zitat ist nur eines von vielen Beispielen, die in Worte fassen, wie stark die Digitalisierung voranschreitet. Durch die Digitalisierung und die somit zunehmende Vernetzung aller Lebensbereiche können sich Unternehmen und Privatpersonen der Kommunikation über digitale Infrastrukturen und dem digitalen Handel nicht entziehen. Es verändert die gesamte Wertschöpfungskette und Geschäftsbeziehungen der Unternehmen. Digitale Infrastrukturen werden hauptsächlich von großen Unternehmen angeboten. Damit ein klein- oder mittelständisches Unternehmen weiterhin wettbewerbsfähig bleiben kann, muss es sich überlegen, in welchen Bereichen sie die Digitalisierung ausbauen möchte.²

1.2 Einleitung

Digitalisierung und Industrie 4.0 (I4.0) sind relevante Themen der heutigen Zeit. Dies wird deutlich bei jedem Griff zum Smartphone, bei Bestellungen über Amazon, Buchungen von Reisen im Internet, bei der Kommunikation mit Verwandten oder Freunden aus weiter Ferne oder das Teilen von Urlaubsbildern auf sozialen Netzwerken wie beispielsweise Instagram oder Facebook. Diese Dinge gehören für unsere Gesellschaft schon zum Alltag und sind Routine geworden.³

Anhand der Digitalisierung von Produktionsprozessen wird es verschiedene Auswirkungen unter anderem auf Unternehmen, Mitarbeiter und Prozesse geben. In der Phase der Digitalisierung, welche I4.0 ermöglicht, existieren bereits große Veränderungen. In Zukunft werden neue Innovationen und Optimierungen vor allem in der Produktion, Logistik und Mobilität stattfinden, da besonders in diesen Bereichenein hoher Automatisierungsgrad angestrebt wird. Dies hat wiederum zur Folge, dass auch Veränderungen im personellen und organisatorischen Bereich stattfinden werden.⁴

Seit mehr als zwanzig Jahren, ist eine Beschleunigung des gesellschaftlichen Wandels durch die Digitalisierung spürbar. Der Wandel erstreckt sich von der individuellen über die nationale bis hin zur globalen Ebene. Die Umstrukturierung und Disruption durch die Digitalisierung schreitet in verschiedenen Branchen fortlaufend voran. Vor einiger Zeit wurde die Schreibmaschinenindustrie vollständig vom Markt verdrängt und auch in der Foto-, Musik- und Filmindustrie gab es radikale Veränderungen. Nicht nur produzierende Branchen sind von diesem Wandel betroffen, sondern auch Dienstleistungsbranchen, der Versandhandel oder Vermittlungsdienste.Am deutlichsten spürbar ist der Wandel am Arbeitsplatz. KlassischeHilfsmittel wie Drucker, Scanner oder Telefone werden in vielen Branchen inzwischen durch Apps oder Programme ersetzt.⁵

Hieraus ergibt sich die gesellschaftliche Entwicklung und somit ein Kulturwandel, der einen Treiber der Digitalisierung darstellt. Die Vernetzung durch neue Technik bringt Vorteile als auch Nachteile mit sich. Ein Vorteil besteht darin, dassder Zugang zu Informationen wie z.B. das Abrufen von E-Mails in Echtzeit zu jeder Zeit und an jedem Ort möglich ist. Im Gegensatz dazu steht dem die Verschmelzung des Berufes mit dem Privatleben und der Datenschutz entgegen.

Außerdem ist ein „grünes Konzept“ der Unternehmen gesellschaftlich relevant. Durch den Klimawandel und Rohstoffknappheit, werden Unternehmen immer stärker an ihrer umweltschonenden Produktion und der Transparenz der Herstellungs- und Fertigungsprozesse gemessen. Darüber hinaus kann jedes Individuumseine eigenen Interessen und Wünsche in den Produkten widerspiegeln. Dies ist vor allem in der Automobilbranche erkennbar, wo viele Automobilhersteller anbieten, ihre Serienfahrzeuge nach den persönlichen Vorstellungen und Wünschendes Kunden zu konfigurieren.⁶

Auch die technisch-ökonomische Entwicklung der Unternehmen spielt eine Rolle. Viele Firmen leiden enorm am Kostendruck, der durch die Digitalisierungkompensiert werden kann. Damit bietet die Digitalisierung ein Einsparpotenzial und es ist möglich die Prozesse schlanker zu gestalten und zugleich Prozesskosten zu sparen. Kosten für Geschäftsreisen der deutschen Unternehmen lag im Jahr 2012 bei 46 Milliarden Euro.⁷ Dies kann beispielsweise mithilfe von Online-Meeting-Werkzeugen umgesetzt werden, indem das Unternehmen mit Lieferanten oder Kunden per Videokonferenz in Verbindung tritt.⁸ Ein anderes Beispiel wäre es, sogenannte „Assistenten“ in der Produktion einzusetzen. Bei diesen Assistenten handelt es sich um Roboter, welche die Mitarbeiter im Unternehmen wie z. B. in der Produktion oder in anderen Bereichen wie in der Künstlichen Intelligenz (KI) als Chatbot unterstützen. Als Herausforderungen sind der große Investitionsaufwand in die Technologien und die immer komplexer werdenden Bedienungen und Prozesse zu nennen. Das wiederrum spiegelt sich bei der Nachfrage nach Fachpersonal wider.

Zudem werden dieThemen Internationalisierung undGlobalisierung mittlerweile immer wichtiger. Den kleinen- und mittelständischen Unternehmen (KMU) bietetdie Vernetzung neue Chancen, wie beispielsweise international zu agieren, Informationen aus anderen Märkten zu sammelnund die Zusammenarbeit mit ausländischen Unternehmen zu stärken.⁹

Des Weiteren sind neuartige Technologien, die einen hohen Reifegrad aufweisen, zum Einsatz bereit. Dazu gehören Sensoren, eingebettete Systeme, Softwaretechnikenund Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT).¹⁰

Mit dieser Voraussetzung ist es möglich, die gesamte Wertschöpfungskette zu vernetzen. Eine zentrale Rolle nehmen cyber-physische-Systeme (CPS) ein (siehe Kapitel 4). Die I4.0 verschmelzt daher existierende mit virtuellen Objekten und diese wiederum mit dem Menschen.¹¹

1.3 Problemstellung

Der Begriff I4.0 ist weit verbreitet und seine verschiedenen Ansätze werden in Lehrveranstaltungen und Studien breit diskutiert. Allerdings beschaffen sich nicht viele KMU ausreichend mit I4.0, da ihnen klare Vorstellungen darüber fehlen, was dieses Thema detailliert mit sich bringt und welche Auswirkungen auf sie zukommen könnten.Unternehmen zögern zusätzlich aufgrund hoher thematischer Komplexität und der Störanfälligkeit der Systeme, hohe Investitionskosten sowie aufgrund von Sicherheitsaspekten wie beispielsweise die Anforderungen des Datenschutzgesetztes bzw. die Sorge um Datensicherheit, vor Einführung solcher Technologien.¹² Die Prozedur bei früheren technologischen Revolutionen schreitet langsam voran, jedoch können sie schnell eine Dynamik erlangen und vorhandene Strukturen, Prozesse, Produkte und Geschäftsmodelle nachhaltig verändern, neu entwickeln oder gar einige komplett auflösen.¹³

Besonders für KMU entstehen im Gegensatz zu Großunternehmen überdies weitere Herausforderungen durch Ressourcenknappheit, unzureichend qualifiziertes Fachpersonal, Kosten-Nutzen-Verhältnisse und durch den Umgang mit veralteten Anlagen. Daraus entstehen Probleme und die Frage, wie wirtschaftlich die Investitionen sind. Aus Studien wird ersichtlich, dass nach Einschätzungen der Unternehmen in Deutschland die Investitionskosten mittelfristig höher liegen werden als das zu erwartende Umsatzpotenzial (Abbildung 1). Deswegen ist anzunehmen, dass KMU das Themengebiet I4.0 eher zurückhaltend betrachten, da der Investitionsbedarf mit dem daraus resultierenden Umsatzwachstum negativ bewertet wird. Jedoch übersteigtder Umsatz in gewissen Branchen langfristig die Kosten.¹⁴ Deshalb ist wiederum, unter einigen Voraussetzungen, zu erwarten, dass zukünftig verstärkt Investitionen in Digitalisierungsprozesse in der Produktion getätigt werden. Allerdings müssen sich KMU damit auseinandersetzen, wie sie diese Herausforderungen bewältigen möchten.

Aus diesen genannten Aspekten lassen sich folgende Fragestellungen ableiten:

- Welche Chancen und Risiken bestehen, bei einer Investition in Technologien der I4.0?
- Wie verändert sich dadurch die Wettbewerbsfähigkeit?
- Wie ist der personelle und organisatorische Wandel zu gestalten?
- Welche Voraussetzungen sind zusätzlich notwendig, um die Digitalisierung im gesamten Unternehmen zu bewältigen?

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Zu erwartende Kosten- und Umsatzsteigerung im Zusammenhang mit Industrie 4.0¹⁵

1.4 Zielsetzung und Gang der Untersuchung

Der Inhalt dieser Bachelorarbeit verläuft quasi wie ein Trichter. Im ersten Abschnitt wird erst ein grobes Verständnis von Digitalisierung und I4.0 aufgebaut und anschließend der Fokus auf das Thema: „Die Chancen und Risiken von I4.0 für kleinen und mittleren Unternehmen (KMU)“gelenkt und anhand von konkreten Beispielen erläutert. Das Ziel dieser Abschlussarbeit ist es, einen Einblick in die Themen „Digitalisierung“ und „Industrie 4.0“ zu gewährensowie die daraus abgeleiteten Potenziale und Grenzen auszuarbeiten und schließlich die Handlungsmöglichkeiten näher zu betrachten. Unter Darstellung unterschiedlicher Aspekte wie beispielsweise das allgemeine Verständnis der Digitalisierung, die Technologiefelder von I4.0, die aktuellen in der Produktion eingesetzten Trends sowie personelle und organisatorische Änderungen, setzte sich diese Abschlussarbeit zum Ziel, einen Eindruck in wichtige Themenfelder der Digitalisierung zu geben. In Kapitel zwei wird hierbei zunächst über die Definitionen der Begriffe „Digitalisierung“ und „Industrie 4.0“ diskutiert. In Kapitel drei wird auf das Thema Digitalisierung und I4.0 im produzierenden Mittelstand eingegangen und die Hemmnisse konkretisiert.

Anschließend folgen in Kapitel vier die Technologiefelder der I4.0. Dabei wird die intelligente Fabrik „Smart Factory“ komprimiert beschrieben und auf relevante Themen für die Umsetzung, wie CPS, Cloud Computing, Big Data und IT-Security, näher eingegangen. Kapitel fünf behandelt die Spannungsfelder der KMU hinsichtlich der Einführung von I4.0. Einen besonders relevanten Bereich stellt in diesem Kapitel die IT-Sicherheit dar, wobei die restlich aufgeführten Spannungsfelder ebenfalls entscheidend sind.¹⁶ Im sechsten Kapitel werden dieHandlungsfelder der KMU thematisiert. Hier bieten sich verschiedene Lösungsansätze zu den bereits andiskutierten Spannungsfeldern an. In diesem Fall ist es wichtig, die IT-Landschaft zu betrachten und einen Blick auf die Ressourcen zu werfen. In Kapitel sieben werden die Chancen und Potenziale von I4.0 vorgestellt. Abgerundet wird die Abschlussarbeit mit einem Fazit.

2 Begriffsdefinitionen

In diesem Kapitel werdenzunächst die vier Stufen der industriellen Revolution erläutert, bevor es zuder Definition von I4.0 übergegangen wird. Anschließend wird der Begriff Digitalisierung erläutert und in Kontext zu I4.0 gesetzt. Abschließend werden die vier großen Volkswirtschaften USA, China, Japan und Deutschland näher betrachtet und analysiert, was I 4.0 für die jeweiligen Nationen bedeutet und wie die konkreten Initiativen ergriffen werden, um diese Veränderung nicht nur technisch, sondern auch auf politischer Ebene über Kooperationen und gemeinsame Projekte zu meistern. Essollen internationale Standards und Normen erarbeitet werden, damit die Voraussetzung für eine digitale und global vernetzte Welt gewährleistet wird.¹⁷

In diesem Kapitel wird veranschaulicht, dass sich alle großen Volkswirtschaften dem Thema I4.0 widmen. Es wird außerdem darauf aufmerksam gemacht, wie weitreichend die Folgen der Digitalisierung der Produktion sind. Die Abbildung 2 visualisiert zusätzlich die vier Stufen der industriellen Revolution.

2.1 Industrie 4.0

Erste industrielle Revolution

Die erste industrielle Revolution ereignete sich in Großbritannien und stellt den Übergang von einer Agrar- zur Industriegesellschaft dar. Alles begann mit der Entwicklung des mechanischen Webstuhls im 18 Jahrhundert.¹⁸ Weitere bedeutende Erfindungen sowie neue Verfahren bereiteten den Weg für die Industrialisierung vor. Eine Revolution in der Produktion durch den Einsatz von Dampfmaschinen erhöhte die Produktivität entscheidend.¹⁹

Zweite industrielle Revolution

Die zweite industrielle Revolution geht auf die Grundlagen der Mechanisierung zurück. Ende des 19. Jahrhunderts, in der Zeit der Hochindustrialisierung, wurde die Industrie, durchden Einsatz von elektrischer Energie dominiert. Der Produktionsprozess wurde folglich durch eine starke Rationalisierung geprägt. Die zentrale Idee war die Arbeitsteilung, wobei die Prozessschritte in kleine Einheiten zerlegt und bearbeitet wurden.²⁰ Es entstand eine Fließbandfertigung nach Henry Ford, sodass fortan eine Massenfertigung bei geringeren Kosten durchgeführt werden konnte.²¹

Dritte industrielle Revolution

In den 1970er Jahren begann die dritte industrielle Revolution durch die Verbindung von elektronischen und technischen Komponenten. Ingenieure entwickelten die ersten digitalen und frei programmierbaren Steuerungen.²² Mit dem Einsatz von Elektronik und IT erlangte die Automatisierung der Produktion ein neues Level. Es wurden Menschen durch Maschinen ersetzt und vereinzelt Computer im Personal- und Privatbereich genutzt.²³

Vierte industrielle Revolution

Der Begriff „Industrie 4.0“ tritt 2011 auf der Hannover Messe erstmals in der Öffentlichkeit auf. Dabei wurde darauf aufmerksam gemacht, dass durch das „Internet der Dinge“ oder auch „Internet of Things“ (IoT) und CPS es möglich sei, eine vierte industrielle Revolution auszulösen.²⁴ „Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 zielt darauf ab, die deutsche Industrie in die Lage zu versetzen, für die Zukunft der Produktion gerüstet zu sein.“²⁵

Es gibt wiederum noch kein einheitliches Verständnis, was sich hinter dem Begriff I4.0 verbirgt und welche Idee sie genau vertritt. Stattdessen gibt es verschiedene Definitionen, die im Folgenden erklärt bzw. zitiert werden.

Laut dem Fraunhofer Institut verbirgt sich hinter dem Begriff I4.0 folgendes: „eine Vernetzung von autonomen, sich situativ selbst steuernden, sich selbst konfigurierenden, wissensbasierten, sensorgestützten und räumlich verteilten Produktionsressourcen (Produktionsmaschinen, Roboter, Förder- und Lager­systeme, Betriebsmittel) inklusive deren Planungs- und Steuerungs­systeme“²⁶

Die Definition nach TÜV Süd lautet: „Die Digitalisierung der Produktion und sämtlicher vor- und nachgelagerter Prozesse verspricht wichtige Vorteile im Wettbewerb, national wie international. Die Basis fürI4.0sindSoftwareplattformen, smarte Maschinen, Daten und Vernetzung – die die virtuelle und reale Welt verschmelzen.“²⁷

Die „offizielle“ Definition laut der „Plattform Industrie 4.0“, wobei die Gründung der Plattform ein Zusammenschluss von mehrerer Industrie- und Forschungsverbände unter Leitung des Bundeswirtschafts- und Bundesforschungsministerium, ist, lautet:²⁸

„Industrie 4.0 bezeichnet die intelligente Vernetzung von Maschinen und Abläufen in der Industrie mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnologie.“²⁹

Die Möglichkeit für Unternehmen, Vernetzungen durchzuführen, ist groß. Darunter fällt beispielsweise die flexible Produktion. Die gesamte Wertschöpfungskette soll demnachmit der entsprechenden Technologie vernetzt werden, um somit eine schnelle Anpassung bei einer dynamischen Umwelt zu ermöglichen. Wandelbare Fabriken sind in Produktionslinien und Modulen aufgebaut, um diese flexibel und je nach Auftragslage gegebenenfalls zu verschieben und zusammenstellen zu können. Des Weiteren ist es möglich, kundenzentrierte Lösungen bzw. individuelle Gestaltungen des Produktes anzubieten. Die optimierte Logistik sollmithilfe von Algorithmen optimale bzw. wirtschaftliche Lieferwege berechnen, wobei dieNachbestellung der Rohstoffevon Maschinen selbst erkannt wird. Durch die totale Vernetzung können Echtzeitdatenanalysenbei der Auswertung berücksichtigt werden, die von Maschine zu Maschine bzw. von Produkt zu Maschine und schließlich an den Mitarbeiter wandern. Hierbei handelt es sich um CPS-Systeme.

Aus diesen Daten lassen sich dann neue Geschäftsmodelle und Services ableiten und eine ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft, also die nachhaltige Produktion von Produkten, etablieren.³⁰

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Von Industrie 1.0 bis Industrie 4.0³¹

2.2 Digitalisierung

„Die Digitalisierung bedeutet Veränderungfür Gesellschaft, Wirtschaft sowie Politik und damit für jeden von uns“³²

Im Allgemeinen bedeutet Digitalisierung die Transformation von analogen in digitale Daten wie beispielsweise die Digitalisierung von Bildern, Texten oder Filmen. Die Digitalisierung dient dem Zweck, Informationen zu speichern und zu verarbeiten.³³ Digitalisierung im Kontext der I4.0 bedeutet digitale Modifikation von Mechanismen, Geräten, Prozessen und Fahrzeugen bzw. Einsatz digitaler Technologien im Privatleben.³⁴ Ohne die Digitalisierung ist die zunehmende Komplexität nicht zu meistern.³⁵ Ebenso bedeutet Digitalisierung nicht nur den Einsatz neuer Technologien und Optimierung von Prozessen, sondern eine Konstruktion und Architektur einer IT-Landschaft und einer passenden Unternehmenskultur. Wesentlich ist hier die Bestrebung aller Beteiligten nach einer Veränderung im Unternehmen.³⁶

Die Digitalisierung ist Voraussetzung für die I4.0. Die Abbildung 3 beinhaltet das sechsstufige Reifegradmodell. Die einzelnen Stufen werden folglich kurz beschrieben. Die ersten zwei Stufen der Digitalisierung bilden die Grundlage für die nachfolgenden vier Stufen der I4.0. Stufe eins veranschaulicht dieBasis für die Digitalisierung, was den Einsatz von Informationstechnologien darstellt. Die Computerisierung ermöglicht eine kostengünstige Produktion und das Entwickeln von modernen Produkten. Stufe zwei ist die Vernetzung von Systemen und Komponenten im Unternehmen, welches Voraussetzung für das IoT ist. In Stufe drei ist es möglich, dass Prozesse durch die Technologie wie etwa Sensoren transparenter dargestellt werden können. Es erleichtert die Entscheidungshandlung der betroffenen Mitarbeiter bzw. des Managements, wenn alle Abläufe im Unternehmen digital erzeugt werden.³⁷ In der vierten Stufe folgt die Transparenz der gewonnenen Daten. Dies gelingt meist durch Big-Data Anwendungen, da die Massendaten aufgrund Ihres Umfangs nicht länger mit Standard-Analysewerkzeugen behandelt werden können. In der fünften Stufe lassen sich Zukunftsszenarien simulieren und auswerten. In Stufe sechs soll es zukünftig möglich sein, den IT-System die Entscheidungen zu überlassen.³⁸

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Reifegradmodell³⁹

In allen Lebensbereichen ist die Digitalisierung angekommen. Sie bringt große Vorteile als auch Herausforderungen mit sich und ist nicht nur ein technologischer Erfolg, sondern eine neue Umwandlung auf gesellschaftlicher, politischer und wirtschaftlicher Ebene. Ebenfalls lenkt sie unser berufliches wie privates Leben.⁴⁰

2.3 Internationaler Vergleich und internationale Kooperation

In den vier größten Volkswirtschaften der Welt, USA, China, Japan und Deutschland, ist I4.0 ein relevantes Thema. Jedochinterpretieren die einzelnen Nationendie weitreichenden Folgen der Digitalisierung unterschiedlich. Es wird im Folgenden auf dieses Themenfeld der jeweiligen Länder näher eingegangen. Aufgezeigt werden verschiedene Initiativen in den vier Nationen. Ebenfalls werden Betrachtungsweisen näher erörtert. Genannt werden auch Kooperationen zwischen Deutschland und dengrößten Volkswirtschaftender Welt sowieeinige Themenfelder der Zusammenarbeit.Zum Abschluss wird die Lage der KMU verdeutlicht.

Deutschland

Die industrielle Produktion soll mit moderner IKT verknüpft werden. Die technischen Grundlagen sind intelligente und vernetzte Systeme. Unternehmen verfolgen das Ziel, eine aufrechte und kontinuierlicheKommunikation und eine Kooperation in einer homogenen Produktionslandschaft zu schaffen. Diese bestehen aus Produkten, Maschinen, Clouds und Menschen. Dieses soll aber nicht nur auf die Produktion beschränkt sein, sondern auch das ganze Unternehmen bzw. das gesamte Netzwerk umfassen. Die Integration ist mit verschiedenen Ansätzen wie beispielsweise der vertikalen und horizontalen Integration möglich.⁴¹ Deutschland beabsichtigt somit die Technologieführerschaft im Bereich der Produktion und möchtemit innovativen Geschäftsmodellen ein lukrativer Anbieter sein.⁴²

USA

Die USA erwirtschaftet ca. 20 Prozent des weltweiten Einkommens und befindet sich somit auf Platz eins der größten Volkswirtschaften der Welt. Ebenfalls steht die USAauf Rang zwei der größten Exporteure nach China. Im Jahre 2014 wurde in den USA das Industrial Internet Consortium gegründet, damit die Organisationen und Technologien zusammengebracht werden. Diese sind notwendig, um das Wachstum des industriellen Internets zu beschleunigen. Die Mitglieder des IIC arbeiten gemeinsam daran, die kommerzielle Nutzung fortschrittlicher Technologien zu beschleunigen.⁴³ In den USA wird der Begriff Industrial Internet Consortiummit Bezeichnungen wie „IoT“, „Smart Production“ und „Industrial Internet“ gleichgestellt. Zudem werden die Bereiche Energie, Gesundheitswesen, Fertigung, öffentlicher Sektor und Transport mit eingebettet, da die Rolle derI4.0 in den USA breiter gefächert ist als in Deutschland.⁴⁴ In den USA steht die Entwicklung neuer Produkte und Services im Fokus, wobei ein hoher Kundennutzen erreicht werden soll. Dabei setzt die USA besonderen Wert auf Big-Data-Analysen.⁴⁵

Des Weiteren möchten die Vereinigten Staaten, nach jahrzehntelanger Pro­duktionsverlagerung vor allem nach Mexiko, den heimischen Produktionsstandort wieder attraktiver gestalten.⁴⁶

China

China erlebt seit Jahrzenten einen Wirtschaftsaufschwung, der zu einem großen Teil von der industriellen Produktion geprägt ist. Der chinesische Markt ist für minderwertige Massenproduktion bekannt, weswegen die chinesische Regierung im Jahre 2015 die Initiative „Made in China“gestartet hat. Im Vergleich zu Deutschland oder Japan existiert in der chinesischen Fertigungsindustrie eine Heterogenität. Es gibt nur eine geringe Anzahl an Großkonzernen, wie beispielsweiseHuawei Technologies Co., Ltd, welche über moderne und zum Teil hochautomatisierte Fabriken verfügen. Übermäßig groß ist jedoch der Anteil an KMU, die kaum über automatisierte bzw. digitalisierte Prozesse verfügen.⁴⁷ Aus diesem Grund wird I 4.0 in China als eine große Chancegesehen, da die Chinesen die Wettbewerbsfähigkeit und den Automatisierungsgrad in der Industrie steigern wollen.⁴⁸

Japan

Die drittgrößte Volkswirtschaft der Welt nach USA und China, hat wie auch Deutschland keine allgemeingültige Definition für „Industrie 4.0“. Jedoch werden die Bestandteile, vor allem die Automatisierung der Produktion und intelligente Produkte, als selbstverständlich angesehen. Innovative Geschäftsmodelle spieleneine große Rolle, weswegen sich verschiedene Initiativen wie Robot Revolution Initiativ (RRI) entwickelten. Der Fokus hierbei liegt jedoch eher auf der industriellen und anwendungsbezogenen Robotik. Mit der Initiative Industrial Value Chain Initiative (IVI) wird das Thema Standardisierung aufgegriffen. Ziel hierbei ist es, eine flexible Verknüpfung verschiedener Maschinenkomponentenmit einer Software zu realisieren.⁴⁹

Von der EU und Japan wurde des Weiterenein Freihandelsabkommen unterschrieben. Europa ist demnach ein wichtiger Partner für Investitionen in Japan.⁵⁰

Internationale Kooperation

Deutschland und China haben 2014 eine erfolgreiche Zusammenarbeit im Rahmen von I4.0 gestartet, um dasFachwissen auf beiden Seiten zu steigern und die Kooperation zu stärken. Unterstützt wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und vom chinesischen Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT). Wichtige Themen sind die Datensicherheit, geistiges Eigentum und die intelligente Fertigung und Vernetzung der Produktionsprozesse.⁵¹ Ähnlich ist die Zusammenarbeit mit Japan aufgebaut. Auf der Hannover Messe 2019 kam es zum intensiven Austausch mit dem Kooperationspartner Japan.Hierbei wurden die Themen Standardisierung und Plattformökonomie fokussiert.⁵²

Die USA hingegen sind einer der größten Importeure von deutschen Waren. Ziel ist es, ein führender Anbieter für Industrielösungen im amerikanischen Markt zu werden. Da die USA den heimischen Produktionsstandort wiederaufbauen möchte, bieten sich für deutsche Industrieausrüster hohe Absatzchancen.⁵³

Entscheidend für den Wachstum und Wohlstand eines Landes sind KMU. Sie schaffen Arbeitsplätze und bilden junge Leute aus. Mit Investitionen in verschiedene Bereiche erhöhen KMU die Wettbewerbsfähigkeit und tragen zur Modernisierung der Volkswirtschafen bei.⁵⁴ Die I4.0 wird nicht nur von großen Unternehmen, sondern auch von KMU geprägt. Ihnen fehlen meist jedoch internationale Netzwerke. Kooperationen mit internationalen Partnern bringen Chancen aber auch Herausforderungen mit sich. Deshalb sollten deutsche KMU bestehende Zusammenarbeiten mit den jeweiligen Nationen über bereits etablierte deutsche Großkonzerne ausbauen. Mit Nutzung ihrer Infrastruktur und Kundennetzwerken ist es für den Mittelstand möglich, sich vor Ort zu positionieren. Hierfür ist es notwendig, die Kooperationen mit den verschiedenen Nationen fortzuführen und die Internationalitätsaktivitäten der deutschen KMU zu stärken.⁵⁵

3 Industrie 4.0 im produzierenden Mittelstand

Die KMU nehmen, wie soeben festgestellt, eine große Rolle in der deutschen Wirtschaft ein. Demnach waren 2017 ungefähr 58 Prozent der sozialversicherungspflichtig Beschäftigten in KMU tätig. Zudem fingen 1,25 Millionen (82 Prozent) Auszubildende ihre Tätigkeit bei KMU an.⁵⁶ Mit rund 2,33 Billionen Euro Umsatz im Jahre 2017 erzielte die KMU 35 Prozent des gesamten Umsatzes in Deutschland.⁵⁷ Die Anzahl der Unternehmen, die sich mit I4.0 auseinandersetzen, variiert je nach Branche und Unternehmensgröße.Somit beschäftigen sich zehn Prozent im verarbeitenden Gewerbe mit dem Thema I4.0. Im Maschinen- und Anlagenbau sind es 20 Prozent. Großunternehmen sind bei der Integration der Produktionsanlagen in IKT-Systeme weiter alsdie KMU.⁵⁸

Vor allem Großunternehmen nutzen die Chance der I4.0 und entwickeln das Unternehmen weiter. Das Fachwissen kann dadurch in vielen Unternehmens­gebieten gesteigert werden. Die mehrheitlich kleinen Unternehmen hingegen beobachten die Situation und warten den Reifegrad der Technologie ab bzw. zögern aufgrund ihrer Skepsis vor einem zu hohen Risiko. Dieser Umstand führt zum eigentlichen Problem, denn zum einen ist der Einkauf teurer Technologienohne Fachkenntnisse unwirtschaftlichund zum anderen herrscht die Angst, den Megatrend zu verpassen und dadurch Umsatzeinbußen hinzunehmen. Durch die Zurückhaltung der KMU werden nur I4.0-Strategien verfolgt, wenn Geschäftsmodelle bereits auf der Vernetzung basieren oder die I4.0 Ansätze ein hohes Entwicklungspotenzial aufweisen. Mit der Umsetzung jedoch haben die KMU wenig Berührungspunkte.⁵⁹ Wie die Konzepte Digitalisierung und I4.0 schließlich behandelt werden, hängt unter anderem vonderGröße undder strategischen und operativen Planung der Unternehmen ab.⁶⁰ Beispielsweise ist der Digitalisierungsgrad von mittleren Unternehmen bis 249 Mitarbeiter am geringsten.

In Abbildung 4 wird deutlich, wie verschieden die Ausrichtungen je nach Beschäftigtenanzahl der Unternehmen sind. Je größer die Unternehmen, desto prozentual mehr werden I4.0-Projekte geplant oder umgesetzt.⁶¹

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4:Industrie 4.0-Projekte nach Unternehmensgröße⁶²

In einer Studie von Deloittewurden 211 Mittelständer untersucht. Knapp 30 Prozent der KMU gaben an, dass ihre Produktion keine Vernetzung aufweist. Ebenso gaben knapp 30 Prozent an, dass ihre Produktion fast vollständig vernetzt ist. Ca.40 Prozent der befragten Unternehmen ist demnach unentschlossen. Ein Teil der befragten Unternehmen befasst sich erst seit Kurzem mit der Thematik und der andere Teilhat bereits erste Schritte bzw. Integrationsansätze gestartet, um die vollständige Vernetzung in Aussicht zu stellen.⁶³

Um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen KMU wandlungsfähig und innovativ agieren. Die einzelnen Mitarbeiter sollten ihr Potenzial zur Kreativitätin einer angenehmen und flexiblen Organisation beisteuern, sodass ein wirtschaftlicher Vorteil des Unternehmens entsteht. Die I4.0 schafft in Bereichen wie technische und organisationale Unternehmensentwicklung neue Spannungsfelder. Deswegen ist es wichtig den Faktor Mitarbeiter im Rahmen der Standardisierung und Automatisierung zu berücksichtigen. Ebenfalls sollte das Top-Management dafür sorgen, dass dieses Potenzial in die Organisationsstruktur einfließt.⁶⁴

[...]

---

¹ Quelle: https://www.bitkom.org/Presse/Presseinformation/Digitalisierung-veraendert-die-gesamte-Wirtschaft.html (19.11.2019).

² Vgl. Wittpahl (2017), S.21.

³ Vgl. Kollmann et al. (2016), S. 1 ff.

⁴ Vgl. Spieß et al. (2017), S.53.

⁵ Vgl. Wittpahl (2017), S.5.

⁶ Vgl. https://www.w3u.one/gesellschaftliche-entwicklungen-so-beeinflussen-sie-das-marketing-der-zukunft/ (19.11.2019).

⁷ Quelle: Kollmann et al. (2016), S. 59.

⁸ Vgl. Gleich et al. (2016), S. 15.

⁹ Vgl. Bundesministerium des Innern (2015), S.3 ff.

¹⁰ Vgl. Obermaier (2019), S. 3 ff.

¹¹ Vgl. Deckert (2019), S.12 ff.

¹² Vgl. Bitkom (2018), S. 8.

¹³ Vgl. Andelfinger et al. (2017), S. 34.

¹⁴ Vgl. BMWi (2015), S. 8.

¹⁵ Quelle: BMWi (2015), S. 9.

¹⁶ Vgl. Kugler et al. (2018), S. 5.

¹⁷ Vgl. Heilmann (2016), S. 10.

¹⁸ Vgl. https://www.handelsblatt.com/politik/international/davos-2016/davos-2016-die-vierte-industrielle-revolution/12836622.html?ticket=ST-20866731-RlrApDJzLOaK7grmiejv-ap4 (22.11.2019).

¹⁹ Vgl. https://www.boell.de/sites/default/files/assets/boell.de/images/download_de/oekologie/broschuere_dritte_ Industrie_ rev.pdf (21.11.19).

²⁰ Vgl. Eckstein (2013), S. 77.

²¹ Vgl. Andelfinger et al. (2017), S. 40.

²² Vgl. https://www.lmis.de/im-wandel-der-zeit-von-industrie-1-0-bis-4-0/ (22.11.2019).

²³ Vgl. https://industrie-wegweiser.de/von-industrie-1-0-bis-4-0-industrie-im-wandel-der-zeit/ (22.11.2019).

²⁴ Vgl. Kagerman et al. (2015), S. 2.

²⁵ Quelle: https://www.bmbf.de/de/zukunftsprojekt-industrie-4-0-848.html (23.11.2019).

²⁶ Quelle: https://www.fraunhofer.de/de/forschung/forschungsfelder/produktion-dienstleistung/industrie-4-0.html (23.10.2019).

²⁷ Quelle: https://www.tuev-sued.de/management-systeme/industrie-40 (23.11.2019).

²⁸ Vgl. https://www.plattform-i40.de/PI40/Navigation/DE/Plattform/Hintergrund/hintergrund.html (23.11.2019).

²⁹ Quelle: https://www.plattform-i40.de/PI40/Navigation/DE/Industrie40/WasIndustrie40/was-ist-industrie-40.html (23.11.2019).

³⁰ Vgl. https://www.plattform-i40.de/PI40/Navigation/DE/Industrie40/WasIndustrie40/was-ist-industrie-40.html (23.11.2019).

³¹ Quelle: Obermeier (2019), S. 10.

³² Quelle: Kollmann et al. (2016), S. 1.

³³ Vgl. https://www.gruenderszene.de/lexikon/begriffe/digitalisierung?interstitial (24.11.2019).

³⁴ Vgl. Spieß (2017), S. 53 f.

³⁵ Vgl. https://www.harting.com/DE/de/digitalisierung-in-der-industrie-4-0 (24.11.2019).

³⁶ Vgl. Doleski (2017). S 6.

³⁷ Vgl. Gleich et al. (2016), S. 15 ff.

³⁸ Vgl. https://www.plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/ /Publikation/acatech-i40-maturity-index.3F__blob%3DpublicationFile%26v%3D3 (24.11.2019).

³⁹ Quelle: https://www.plattform-i40.de/I40/Redaktion/DE/ /Publikation/acatech-i40-maturity-index.3F__blob%3DpublicationFile%26v%3D3 (24.11.2019).

⁴⁰ Vgl. Kollmann et al. (2016), S. 59.

⁴¹ Vgl. Reinheimer (2017), S. 5.

⁴² Vgl. https://power-shift.de/industrie-4-0/ (25.11.2019).

⁴³ Vgl. https://www.iiconsortium.org/about-us.htm (25.11.2019).

⁴⁴ Vgl. Kagermann et al. (2016), S 53.

⁴⁵ Vgl. Gausemeier et al. (2016), S 34.

⁴⁶ Vgl. https://www.gtai.de/GTAI/Navigation/DE/Trade/Maerkte/suche,t=industrie-40-hat-in-den-usa-hoechste-prioritaet,did=1860130.html (25.11.2019).

⁴⁷ Vgl. Kagermann et al. (2016), S. 40.

⁴⁸ Vgl. Gausemeier et al. (2016), S. 34.

⁴⁹ Vgl. Kagermann et al. (2016), S. 45 f.

⁵⁰ Vgl. https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Aussenwirtschaft/freihandelsabkommen-japan.html (05.11.2019).

⁵¹ Vgl. https://www.giz.de/de/weltweit/71332.html (05.11.2019).

⁵² Vgl. https://www.plattformi40.de/PI40/Navigation/DE/Plattform/InternationaleKooperationen/Japan/japan.html (06.11.2019).

⁵³ Vgl. Kagermann et al. (2016), S. 55.

⁵⁴ Vgl. https://www.kfw.de/KfW-Konzern/KfW-Research/Mittelstand.html (05.11.2019).

⁵⁵ Vgl. Kagermann et al. (2016), S. 43-55.

⁵⁶ Vgl. https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Mittelstand/wirtschaftsmotor-mittelstand-zahlen-und-fakten-zu-den-deutschen-kmu.?__blob=publicationFile&v=36 (07.11.2019).

⁵⁷ Vgl. https://www.ifm-bonn.org/statistiken/mittelstand-im-ueberblick/#accordion=0&tab=0 (07.11.2019).

⁵⁸ Vgl. Schröder (2017), S. 7.

⁵⁹ Vgl. Wagner et al. (2017), S. 19.

⁶⁰ Vgl. http://ftp.zew.de/pub/zew-docs/zn/zn1115(07.11.2019).

⁶¹ Vgl. BertelsmannStiftung (2018), S. 23.

⁶² Quelle: BertelsmannStiftung (2018), S. 22.

⁶³ Vgl. Meyer et al. (2016), S. 18.

⁶⁴ Vgl. Ludwig et al (2015), S. 75.