Digitale Transformation in Logistik und Industrie. Entwicklung der Digitalisierung

Submitted Assignment , 2022 , 36 Pages , Grade: 1,3

Business economics - Supply, Production, Logistics

Die Art und Weise wie Menschen zusammenleben und wirtschaften wurde durch die Digitalisierung und die Entstehung der ersten Website im Jahr 1991 maßgeblich geprägt. Als Folge der Digitalisierung wird die digitale Transformation hauptsächlich von Unternehmen, Konsumenten und der Entwicklung digitaler Tools vorangetrieben. Die Digitalisierung betrifft dabei alle Branchen und Bereiche des Lebens und enthält dabei viele Chancen und Risiken. In diesem Zusammenhang werden Unternehmen und Konsumenten mit Herausforderungen wie Schnelligkeit, Komplexität, Interdisziplinarität und Globalität konfrontiert. Nicht nur die Veränderungen der Produkte eines Unternehmens sind im Zuge der Digitalisierung gemeint, es geht vielmehr um die digitale Transformation der gesamten Unternehmensorganisation.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Digitalisierung
1.1 Definition Digitalisierung
1.2 Ubiquitous Computing
1.3 Internet der Dinge und Dienste (IoTS)
1.4 Big Data
1.5 Cyber-Physische-Systeme

2 Digitalisierung der Logistik
2.1 8 Richtigen der Logistik
2.2 Digitalisierung und Logistik 4.0
2.3 Anforderung an Wandlungsfähigkeit

3 Digitalisierung
3.1 Digitale Transformation
3.2 Entwicklung der industriellen Revolution 1.0 - 4.0
3.3 Abgrenzung Digitalisierung, digitale Transformation und Industrie 4.0
3.4 Entwicklung der Industrie 1.0 – 4.0 technologischer Wandel in der Produktion
3.5 Cybersecurity

Literaturverzeichnis

Internetquellen

Abkürzungsverzeichnis

CPPS Cyber-physische Produktionssysteme

CPS Cyber-physische Systeme

IoTS Internet of Things and Services

IuK Informations- und Kommunikationstechnologie

KI Künstliche Intelligenz

LAN Local Area Network

MES Manufacturing Execution Systems

RFID Radio Frequency Identification

SPS speicherprogrammierbare Steuerung

WLAN Wireless Local Area Network

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Komponenten der Industrie 4.0 als Gesamtsystem

Abbildung 2: Ubiquitous Computing

Abbildung 3: Internet der Dinge und Dienste

Abbildung 4: Industrie 4.0 und die Logistik

Abbildung 5: Entwicklung der digitalen Transformation

Abbildung 6: Von "Industrie 1.0" bis "Industrie 4.0.

Abbildung 7: Die Automatisierungspyramide

Abbildung 8: Architektur cyber-physischer Produktionssysteme

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Wandel der Logistik im Kontext der Industrie 4.0

Tabelle 2: 8 Richtigen der Logistik 4.0

1 Digitalisierung

Die Art und Weise wie wir Menschen Zusammenleben und Wirtschaften wurde durch die Digitalisierung und Entstehung der ersten Website im Jahr 1991 maßgeblich geprägt. Als Folge der Digitalisierung wird die digitale Transformation hauptsächlich von Unternehmen, Konsumenten und der Entwicklung digitaler Tools vorangetrieben.¹ Die Digitalisierung betrifft dabei alle Branchen und Bereiche des Lebens und bietet viele Chancen als auch Risiken. In diesem Zusammenhang werden Unternehmen und Konsumenten mit den Herausforderungen wie Schnelligkeit, Komplexität, Interdisziplinarität und Globalität konfrontiert.² Nicht nur die Veränderungen der Produkte eines Unternehmens sind im Zuge der Digitalisierung gemeint, vielmehr geht es um die digitale Transformation der gesamten Unternehmensorganisation.³

1.1 Definition Digitalisierung

In der Literatur herrscht über den Begriff der Digitalisierung kein einheitliches Begriffsverständnis, vielmehr wird von einem Megatrend gesprochen.⁴ Im engeren Sinne lässt sich der Begriff Digitalisierung als Umwandlung von analogen Daten, wie Text, Bild oder Ton, in digitale Daten übertragen. Beispiele hierfür sind das einfache Schreiben einer E-Mail und das Versenden einer Bild- oder Voicenachricht. Im Rahmen des industriellen Druckprozesses werden analoge Bilder und Texte mithilfe einer digitalen Aufnahmetechnik in digitale Daten umgewandelt. Die Umwandlung geht so weit, dass das Druckbild vor der Vermehrung in Pixel-Bestandteile zerlegt wird, um die Druckplatten in den Grundfarben Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz belichten zu können. Als Ergebnis entsteht ein farbig bedrucktes Papier- ein Plakat, Buch oder eine Werbebroschüre.⁵

Im weiteren Sinne ist mit der Digitalisierung die Veränderung von Geschäftsmodellen durch Verbesserung von Geschäftsprozessen in Anbetracht der Nutzung von Informations- und Kommunikationstechniken gemeint. Dabei können Daten über die Produktnutzung beim Kunden erhoben und analysiert werden.

Im erweiterten Sinne wird die Digitalisierung als Veränderungsprozess beschrieben, der durch die Einführung digitaler Technologien ausgelöst wurde und die Lebens- Arbeitswelt nachhaltig verändert haben und auch in Zukunft weiter verändern werden. Überwiegend sind die Veränderungen der Vorgänge im Alltag gemeint, wie etwa mit dem Smartphone den Einkauf zu bezahlen, Reisen im Internet buchen und mithilfe von Google Maps durch Städte navigiert zu werden. Diese Veränderungen führen so weit, dass der Mensch zum Beobachter wird und von den digitalisierten Verfahren ausgeschlossen wird.⁶

Die Komplexität der Produkte wird durch die Variantenvielfalt und der geforderten Funktionalitäten stark beeinflusst und steigt stets an. Der Markt fordert von den Unternehmen kurzlebige und komplexe Produkte, die äußerst flexibel und einsetzbar sind, diese Anforderung gilt ebenfalls für die Produktionsanlagen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, kommen komplexe Technologien zum Einsatz, die für alle Arten von Produkten und Produktionsanlagen zugeschnitten sind.⁷ In diesem Zusammenhang wird von der Industrie 4.0 gesprochen, welche die Digitalisierung von Produkten und Produktionen beschreibt.⁸

Die jeweiligen Komponenten der Industrie 4.0 werden in der Abbildung 1 veranschaulicht. Die erste Stufe 1 beinhaltet Bausteine wie, Ubiquitous Computing, das Internet der Dinge und Dienste (IoTS) und Big Data, welches dem Baustein Cloud Computing zugeordnet ist. Zusammen bilden diese drei Stufen die Cyber-physischen Systeme auf die nachfolgend näher eingegangen wird.⁹

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Komponenten der Industrie 4.0 als Gesamtsystem

(Quelle: Siepmann/Graef (2016), S.22)

1.2 Ubiquitous Computing

Ubiquitous Computing beschreibt nicht speziell eine Technologie, vielmehr die Allgegenwärtigkeit der Informationsverarbeitung.¹⁰ Dabei werden Informations- und Kommunikationstechnologien zur Effizienz- und Effektivitätssteigerung in diverse Gegenstände integriert, die die Umwelt erfassen, untereinander kommunizieren und zentralen Kontakt zu einem Rechner aufnehmen.¹¹ Dies ist mithilfe von Mikroelektronik wie, Sensoren, Prozessoren, Kommunikationsmodulen und Speicherbausteinen, möglich. Durch den Einsatz und die Vernetzung der, mit Informationstechnologie ausgestatteten, smarten Gegenstände über das Internet, entsteht die erste Phase der technologischen Entwicklung von Industrie 4.0, das sogenannte „Ubiquitous Computing“. Abbildung 2 gibt einen Überblick über die Entwicklung der Computertechnik von Großrechnern bis hin zu kleinen, intelligenten Objekten und Produkten.¹²

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Ubiquitous Computing

(Quelle: Siepmann/Graef (2016), S. 25)

Zum besseren Begriffsverständnis wird die RFID-Technologie als Beispiel genommen. Bei der RFID-Technologie handelt es sich um eine Technologie, die eine kontaktlose und umfassende Identifizierung von Gegenständen und der Erfassung von Daten ermöglicht. Das RFID-System besteht aus drei Komponenten, dazu gehört der Rechner, ein Lesegerät und ein RFID-Transponder, der auch als Tag bezeichnet wird. Dieser Tag ist einem Gegenstand, zum Beispiel an einer Ware oder einem Container befestigt. Durch die Verwendung magnetischer und elektromagnetischer Felder erfolgt eine Datenübertragung und Energieversorgung zwischen dem Transponder und Lesegerät. Im nächsten Schritt sendet das Lesegeräte die empfangenen Daten an den Transponder und empfängt Informationen von diesem, sobald der Transponder in die entsprechende Näher kommt. Diese Daten werden anschließend durch die Computerapplikation ausgewertet.¹³

Das Ubiquitous Computing bildet aufgrund der mit Mikroelektronik versehenen Gegenstände und dem Internet sowie der zusammenhängenden Kommunikationsfähigkeit, die Basis für das Internet der Dinge und Dienste und bietet dadurch eine weitere technologische Grundlage für die weitere Entwicklung von Industrie 4.0.¹⁴

1.3 Internet der Dinge und Dienste (IoTS)

Ähnlich wie bei dem Begriff der Digitalisierung gibt es in der Literatur keine einheitlich akzeptierte Definition des Begriffs IoTS. Der Begriff Internet der Dinge und Dienste (IoTS) kann als digitale Vernetzung von diversen Objekten des alltäglichen Gebrauchs, auf der Grundlage standardisierter Internettechnologie, verstanden werden. Vom Internet der Dinge ist die Rede, wenn physische Objekte wie Häuser, Autos etc… vernetz werden.¹⁵ Entstehen dadurch innovative Dienstleistungen, so ist die Rede vom Internet der Dienste.¹⁶ Folgende Abbildung zeigt Beispiele und Vernetzungen sowie Schnittstellen von IoTS:¹⁷

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Internet der Dinge und Dienste

(Quelle: in Anlehnung an Siepmann/Graef (2016), S. 27)

Beim IoTS werden sogenannte Smart Products (Intelligente Produkte) mit beliebigen Alltagsgegenständen vernetzt, die zur Erweiterung des allgegenwärtigen Internets beitragen und als Bestandteil des Internets dienen. Auf Basis der aus den Smart Products generierten Daten, die verarbeitet werden müssen, um daraus entsprechende Dienste ableiten und anbieten zu können. Dieser Zustand kann nur durch die intelligente Vernetzung und der Zuweisung einer IP-Adresse für jedes einzelne elektronische Geräte, erreicht werden. Dadurch ist jedes Gerät durch das Internet identifizierbar und kann somit individuell angesteuert sowie angesprochen werden. Mit dieser Vernetzung wird das Ziel verfolgt, dass sämtliche Objekte/Geräte in der Lage sind, selbständig und untereinander zu kommunizieren, Daten zu analysieren, um auf dieser Grundlage entsprechende Maßnahmen abzuleiten.¹⁸ Die Kommunikation im Rahmen des IoTS erfolgt nicht ausschließlich von Mensch zu Mensch, sondern auch von Objekt zu Objekt und von Objekt zu Mensch. Um diese Kommunikation zu gewährleisten, kommen konvergierende Technologien unterschiedlichster Art, wie beispielsweise die Adressierbarkeit durch Look-up oder Nachrichtendiensten, Kooperation und Kommunikation mithilfe von Wireless Fidelity (Wi-Fi), zum Einsatz.¹⁹

Das IoTS wird als Bindeglied zwischen den intelligenten physischen Objekten des Ubiquitous Computing und dem Internet gesehen. Durch die Nutzung der RFID-Technologie, welche in Kapitel 1.2 beschrieben wurde, kann ein Anwendungsbeispiel in Verbindung mit dem IoTS dargestellt werden. Das Anwendungsbeispiel beschäftigt sich mit Lösungen im Gesundheitswesen. Dabei werden medizinische Geräte mit der RFID-Technologie (RFID-Tags) vernetzt, um den Patienten zu überwachen und digital zu verfolgen. Die Daten zum Patienten werden durch das RFID-Lesegerät gelesen und beschrieben. Das IoT hingegen sorgt für die Speicherung und Verarbeitung der durch das RFID-Lesegerät erfassten Daten. Durch den Einsatz und Kombination der Technologien kann eine bessere Medikamentenversorgung gewährleistet werden. Auch kann der Bestand der Verbrauchsmaterialien smart überwacht werden, sodass es zu keinen Engpässen des Materials kommt.²⁰

1.4 Big Data

Daten werden im Rahmen der Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (IoT) als das Gold des digitalen Zeitalters bezeichnet. In diesem Zusammenhang fließen unzählige Mengen an Daten, die von den Unternehmen analysiert und strukturiert werden müssen.²¹ Dieser Zustand stellt die Unternehmen vor großen Herausforderungen im Umgang mit den umfangreichen und unterschiedlichen Datenquellen, da die Herkunft dieser Daten sehr vielfältig ist. Die digitalen Daten werden in der Literatur als Multimedia bezeichnet und werden in Form von Text, Grafik, Bild, Audio, Video unterteilt.²² Adrian Merv definiert den Begriff Big Data als Daten, die aufgrund ihrer Größen die klassische Datenhaltung sowie Verarbeitung Analyse auf herkömmlicher Hardware weit übersteigen.²³ Laut dem McKinsey Global Institute erhöht Big Data die Transparenz und Frequenz von Informationen und wie diese verarbeitet sowie analysiert werden können.²⁴ Aus den beiden Definitionen können folgende Charakteristiken abgeleitet werden:²⁵

Volume: Hierbei handelt es sich um das Datenvolumen, der im Tera- bis Zettabytebereich liegt. Laut Morre´schen Gesetz verdoppelt sich die Analyse- und Speicherkapazitäten alle 12 bis 24 Monate.²⁶

Variety: Die Vielfalt der digitalen Daten wird als Multimedia bezeichnet und in strukturierte, semi-strukturierte und unstrukturierte Multimedia-Daten eingeordnet.

Velocity: Bei diesem Begriff handelt es sich um die Geschwindigkeit der Datenströme, die in Echtzeit ausgewertet und analysiert werden müssen.

In diesem Zusammenhang können Daten, die durch intelligente physische Gegenstände des Ubiquitous Computing generiert und mit IoTS verbunden wurden, mit Hilfe von Analysemethoden ausgewertet und weiterverarbeitet werden.

Das Anwendungsbeispiel konzentriert sich auf LKW´s. In der heutigen Zeit sind LKW´s mit umfangreichen Telematikkomponenten ausgestattet. Dabei werden unterschiedliche technische Daten wie, Verbrauch, Geschwindigkeit, Achsengewicht und Tankfüllstand, analysiert. Darüber hinaus können weitere Daten des Trailers durch zusätzliche Anbringung von Sensoren und Anschlüssen erhoben werden. Mit Hilfe von Data Mining ist es möglich, die Vielzahl an Daten zu analysieren und strukturieren, um beispielsweise das Flottenmanagement zu verbessern und damit die Planung und Steuerung der Flotte zu verbessern. Auch kann anhand der Analyse von technischen Fahrzeugdaten der Zustand der Reifen, Kraftstoffverbrauch analysiert werden. Dies ermöglicht im Rahmen des Fahrzeugmanagement optimierte Inspektionsintervalle und minimiert die Ausfallzeiten.²⁷

1.5 Cyber-Physische-Systeme

Die Kombination aus Software- und Hardware zu einem komplexen und smarten Verbund, in dem jedes einzelne physische Objekt eine eigene Identität besitzt, wird nach Siepmann als cyber-physisches System bezeichnet. Das cyber-physische System setzt sich aus drei Bausteinen Ubiquitous Computing, Internet der Dinge und Dienste und Cloud Computing zusammen, die bereits in dem vorherigen Kapitel näher beschrieben wurden.²⁸

Mit Hilfe von Smart Grids können Photovoltaikanlagen überschüssige Energie ins Stromnetz einspeisen und anderen zur Verfügung stellen. Durch das cyber-physische System ist dies möglich, da es genau erkennt, wie viel Energie und wo generiert und nachgefragt wird. Diese smarte Verteilung des Storms stellte eine wichtige Voraussetzung für erneuerbare Energie dar. Der Verbraucher, Energieerzeuger und Speicher müssen kontinuierlich miteinander kommunizieren, um diesen Zustand zu erreichen. Neben der Stromleistung erfordert es eben eine enorme Datenleistung.²⁹

2 Digitalisierung der Logistik

Die Digitalisierung bringt in der Logistik einen Wandel mit sich, der sich unter anderem in den veränderten Kundenanforderungen und weiteren Trends widerspiegelt. Die Kunden fordern eine zunehmende Individualisierung der Produkte, die sich wesentlich von den Standardprodukten abheben. Außerdem wird eine Flexibilisierung der Produktion verlangt, um auch kleine Losgrößen herzustellen. Des Weiteren wird eine verstärkte und verzahnte Einbindung des Kunden in den Wertschöpfungsprozess benötigt, die seine informationstechnische Integration erfordert. Auch die Verknüpfungen von datengetriebenen Dienstleistungen, die sich auf die Informationen der vernetzten Produktionssysteme aufbauen, gehören dazu.³⁰

Diese technologischen und gesellschaftlichen Trends führen dazu, dass sich die Geschäftsmodelle in der Logistik wesentlich verändern werden. Zu den zentralen Zielen dieser Entwicklung zählen Rationalisierungspotenziale durch die Erhöhung der Produktion. In diesem Zuge werden Kostensenkungen erzeugt. Damit diese zentralen Ziele erreicht werden können, benötigt es eine Vernetzung, Echtzeitfähigkeit, Dezentralisierung und Serviceorientierung entlang der kompletten Wertschöpfungskette.³¹

2.1 8 Richtigen der Logistik

Die 8 Richtigen der Logistik werden als Grundaufgaben genannt und orientieren sich an den W-Fragen: wer bzw. was, wann, wo, wie, warum, wieviele, wie lange, usw., um die Antworten auf die Fragen zu erfüllen.³²

Nach Plowman wird der Begriff Logistik, als Verfügbarkeit eines materiellen Wertes in der richtigen Menge, Zustand, Ort, Zeit, Kunden und den richtigen Kosten definiert . ³³

1. das richtige Objekt
2. in der richtigen Anzahl
3. am richtigen Ort
4. zur richtigen Zeit
5. zu den richtigen Kosten
6. mit der richtigen Qualität
7. ökologisch richtig
8. mit den richtigen Informationen

Ursprünglich haben sich 6 Richtige der Logistik etabliert, welche durch die rasante Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik, um zwei weitere Richtige der Logistik erweitert wurden. Jetzke erweiterte die Richtigen der Logistik um die richtigen Daten und das richtige Wissen.³⁴

Folgende Möglichkeiten können genutzt werden, um die acht Richtigen der Logistik zu erreichen: Die Identifikation und Bewertung von Logistikattributen ist für die Bereitstellung des richtigen Objektes notwendig. Damit die richte Menge erzielt werden kann, ist das Zählen und Wiegen erforderlich. Durch die Lokalisierung des Ortes wir der richtige Ort anvisiert. Die richtige Zeit kann mit einer Zeitaufnahme und Kalkulation des Durchlaufes sowie unter Berücksichtigung von Toleranzen erreicht werden. Um die richtigen Kosten zu erreichen, ist es notwendig, den gesamten logistischen Prozess auf Effektivität und Effizienz zu bewerten und überprüfen. Die richtige Qualität kann nur durch Bewertung des logistischen Prozesses auf Qualität gewährleistet werden. Zur Bereitstellung ökologischer und nachhaltiger Aspekte ist eine Bewertung notwendig. Die Richtigkeit der Informationen, kann durch die Bewertung der Vollständigkeit überprüft werden.³⁵ Die 8 Richtigen der Logistik orientieren sich an den aktuellen Trends der Logistik, die einem kontinuierlichen Wandel ausgesetzt sind. Für die Zukunft sind weitere Richtige denkbar.³⁶

2.2 Digitalisierung und Logistik 4.0

Digitalisierung:

Wie in Kapitel 1.1. beschrieben, wird unter dem Begriff der Digitalisierung, die Umwandlung analoger Daten in digitale Daten verstanden. Durch den Trend der Digitalisierung werden die Prozesse in der Produktion und Logistik und somit entlang der Wertschöpfungskette, vermehrt digitalisiert und automatisiert.³⁷ Die digitale Vernetzung durch cyberphysische Systeme, das Internet der Dinge und Dienste, Big Data und Cloud Computing führt demnach zum Wandel der Logistik und demnach zum Begriff Logistik 4.0 der nachfolgend näher erläutert wird.³⁸

[...]

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¹ Vgl. Locher (2022), S. 11

² Vgl. Oswald/Saueressig/Krcmar (2022), S. 7

³ Vgl. Reinhardt (2020), S. 4

⁴ Vgl. Ternés/Schieke (2018), S. 5

⁵ Vgl. Hermann (2020), S. 2

⁶ Vgl. Hermann (2020), S. 3

⁷ Vgl. Obermaier (2019), S. 73

⁸ Vgl. Obermaier (2019), S. 74

⁹ Vgl. Siepmann/Graef (2016), S. 22

¹⁰ Vgl. Wiegerling (2013), S. 375

¹¹ Vgl. Bendel (2022), S. 319

¹² Vgl. Siepmann /Graef (2016), S. 24-25

¹³ Vgl. Werner (2020), S. 365

¹⁴ Vgl. Siepmann /Graef (2016), S. 25

¹⁵ Vgl. Sinsel (2020), S. 4

¹⁶ Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (2022)

¹⁷ Vgl. Siepmann /Graef (2016), S. 27

¹⁸ Vgl. Siepmann/Graef (2016), S. 27

¹⁹ Vgl. Mattern/Flörkenmeier (2013), S. 3-4

²⁰ Vgl. ScienceSoft USA Corporation (2022)

²¹ Vgl. WirtschaftsWoche (2016), S. 3

²² Vgl. D`Onofrio/Meier (2021), S. 5

²³ Vgl. Merv ( 2011)

²⁴ Vgl. Manyika et. al. (2011)

²⁵ Vgl. Fasel/Meier (2016), S. 5-6

²⁶ Vgl. Müller-Peters et. al. (2020), S. 6

²⁷ Vgl. Bousonville (2017), S. 28

²⁸ Vgl. Siepmann/Graef (2016), S. 23

²⁹ Vgl. Ottonova (2022)

³⁰ Vgl. Bousonville (2017), S. 13

³¹ Vgl. Schneider/Hanke (2020), S. 166

³² Vgl. Brandau (2015), S. 12

³³ Vgl. Plowman (1964), S. 3

³⁴ Vgl. Jetzke (2007), S. 11

³⁵ Vgl. Brandau (2015), S. 15; Schenk/Müller/Wirth ( 2010), S. 226

³⁶ Vgl. Brandau (2015), S. 12

³⁷ Vgl. Berger (2016), S.

³⁸ Vgl. Pollmeier/Schade (2022), S. 17

• College: SRH - Mobile University
• Grade: 1,3
• Publication Year: 2022
• Pages: 36
• Catalog Number: V1337337
• ISBN (PDF): 9783346841711
• ISBN (Book): 9783346841728
• Language: German
• Tags: Digitalisierung, Ubiquitous Computing, Internet der Dinge und Dienste, IoTS, Big Data, CPS, Logistik 4.0, Digitale Transformation, Cybersecurity