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Seite 1 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Industrie 4.0 Erfolgsfaktoren im Transformationsprozess Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer, Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Universität Stuttgart 40. Congress der Controller, München, 20. April 2015
Seite 2 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Wie die Digitalisierung unsere Welt verändert…
Websites, Blogs
Smartphone
E-Health
Emails
Cloud Computing Smart Energy
Big / Smart Data Edutainment
Social Media
Tablet E-Commerce
E-Banking
Digital Identity
Car2X VoIP-Software
Industrie 4.0
Webinare
RSS-Feeds Newsletter
Data Analytics
Wikis
Augmented Reality
Open Innovation
Kommunikation
Mobile Devices
Cybercrime IT-Sicherheit
E-Collaboration
Suchmaschinen
3D-Simulationen
Seite 3 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Die treibenden Kräfte der Entwicklung
Vernetzung − Internet of
Everything − Cloud − Sensoren − Wireless and Mobile
Beispiele − Soziale Netze − Industrie 4.0 − Connected Devices/Cars − Smart Home/Smart City/Smart Grids − Smart Mobility/Smart Services
Bildquelle: Werner Sobek
Seite 4 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Data Based Systems − Autonomik − Simulation − Big Data Analytics − Bio-Informatik
(extreme learning machines) − Selbstlernende Algorithmen − Sensordatenintelligenz
Beispiele − Automatisiertes Fahren − Selbstlernende Roboter − Leichtbauroboter − Sprach-/Gesichtserkennung − Lab-on-Chip − Drohnen
Schwarmintelligenz: 500 Roboter formen »Schraubenschlüssel«
Automatisierte Luftfracht: Dronenprototypen zu Lieferzwecken
Mensch-Maschine-Kooperation: Robo-Assistenten stürmen Fabriken
Die treibenden Kräfte der Entwicklung
© M. Rubestein Harvard University
Seite 5 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Beispiele − Social Communities − Start-up Communities − Business Portale − Co-Working − Co-Creation − Telework
Soziokulturelles − Individualisierung − Communities − Interdisziplinarität − Offene Systeme − Diversity − Work-Life-Integration
Die treibenden Kräfte der Entwicklung
Seite 6 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Beispiele − Collaboration Platforms − Customer Experience Centers − Bikesharing/Carsharing/Ridesharing
Ökonomisches − Digitale Geschäfts-
modelle − Open Innovation − Sustainability − Globale Wertschöpfung − Sharing Economy
Die treibenden Kräfte der Entwicklung
Bildquelle: ubicentrex, Dassault
Seite 7 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Die Entwicklung zur SMART COMPANY Ausgangspunkt Wertschöpfungskette
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Quelle: Value Chain nach Michael Porter
Seite 8 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Open Innovation Offene und vernetzte Innovationsstrategien
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Größe des „Ideentunnels“
Kollaborative Innovationsprozesse „Coupled Innovations“ mit Netzwerkpartnern in Co-Development-Partnerschaften
Seite 9 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Zunahme Abnahme
Neue Mobilitäts- und Logistikmuster Mobilität als Grundbedürfnis der modernen Gesellschaft
Weltweite Zunahme an Personen- und Güterverkehr
Luftfracht insbesondere für hoch- wertige und zeitkritische Güter (Anteil nach Warenwert am Außen- handel mit Ländern in Übersee 2007-2012: ca. 30% bei Export, ca. 26% bei Import)
Intermodale Mobilitätsmuster
Digitale Vernetzung des Verkehrs
Intelligente Logistiklösungen
Telematiksysteme und Autonomes Fahren
Neue Fahrzeugkonzepte und Antriebs-technologien – Elektromobilität
Absolute Zu-/ Abnahme des Inlandverkehrs bis 2020
PKW-Verkehr: +20% LKW-Verkehr: +34% Entwicklung betrifft neben Autobahnen insbesondere die Wachstumsregionen des so genannten C-Bereichs sowie Berlin mit dem Speckgürtel Schienenverkehr:
- Personen: +22,5% - Güter: +55%
Quelle: PTV AG
Quelle: acatech
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Seite 10 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Servicestrukturen als Wettbewerbsfaktor Beispiel Servisierung von Laden-Backautomaten
Herausforderungen im Service:
Entwicklung von Service-Strukturen für rasantes Produktwachstum
Aufbau von Remote-Service-Strukturen für vergleichsweise günstige Maschinen
Leistungsfähiges mobiles Internet ermöglicht völlig neue Service-Angebote
Mobile Internet Connection
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Seite 11 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Struktur
Ort
Zeit
flexible Teams
mobil fest
flexibel
Nicht mehr die Menschen kommen zur Arbeit, sondern die Arbeit kommt zu den Menschen!
Das »klassische« Büro ist ein Relikt der Industriali-sierung, als Aktenschränke die Arbeitswelt beherrscht haben!
Arbeite wo Du willst,
wann Du willst, und mit wem Du willst.
fixe Strukturen
Arbeite an einem festen Ort,
zu festen Zeiten, in fixen Strukturen.
Smarter Working kommt Flexibilisierung von Arbeit in Ort, Zeit und Struktur
Zeitarbeit
Teilzeitarbeit
Gleitzeit
Vertrauensarbeitszeit
Telearbeit
Mobile Arbeit
Arbeitnehmer-ÜL
Werkverträge
Co-Working
Cloud Work
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Seite 12 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Intelligente Arbeitsumgebungen Profilbasierte Steuerung von Arbeitsplätzen und Gebäudeinfrastruktur
Heizen nur bei
Anwesenheit
Lüftungs- und Fenstersteuerung
über Sensoren
Sensorische Luftbefeuchtung
Licht (profilbasiert)
Beschattung (profilbasiert)
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Seite 13 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Industrie 4.0 Kurze Einführung: Was ist Industrie 4.0?
Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (Cyber-Physical Systems) interagieren mit ihrer Umwelt.
Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health.
Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der Industrie das Potenzial einer vierten industriellen Revolution zugetraut.
Unter dem Überbegriff »Industrie 4.0« wird die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung erwartet.
Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen.
(in Anlehnung an Plattform Industrie 4.0; DB Research)
Open Innovation
Industrie 4.0 Smart
Logistics
Smart Services
Smarter Working
Smart Buildings
Seite 14 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Industrie 4.0 schürt hohe Erwartungen Hohe Produktivitätssteigerungen erwartet
Durchgängig hohe Erwartungen an Effizienzsteigerung durch Industrie 4.0 – in der eigenen Produktion und über die gesamte Wertschöpfungskette.
(ingenics, 2014)
Seite 15 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Industrie 4.0 schürt hohe Erwartungen Massive Investitionen vorgesehen
(PWC, 2014)
Deutsche Unternehmen erwarten Effizienz- und Umsatzsteigerungen und planen für Industrie 4.0-Lösungen Investitionen von 40 Mrd. EUR jährlich.
Seite 16 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Für 47 Prozent der heutigen US-Beschäftigten ergibt sich ein hohes Risiko einer Digitalisierung/ Automatisierung der Arbeitstätigkeiten.
Konzept der technologie-verursachten Arbeitslosigkeit Keynes (1933), Ricardo (1819)
»Der technologische Fortschritt überholt die Schaffung neuer Arbeitstätigkeiten und Arbeitsplätze.«
(Technological Unemployment)
Steigendes Substitutionsrisiko durch Automatisierung
Arbeit verändert sich …mal wieder.
Quelle: Frey, Osborne: The Future of Employment, 2013
Seite 17 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Beschreibungsdimensionen von Arbeit …spannen den zukünftigen Gestaltungsraum auf.
Führung*
Beschäftigungsform*
Arbeitsumgebung*
Arbeitsorganisation*
Arbeitsaufgabe*
Arbeitstätigkeiten*
Arbeitsmittel/ -schnittstellen*
Arbeitsraum/ -platz*
Qualifizierung*
ARBEIT*
*ändert sich
Mensch*
Seite 18 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Arbeit ändert sich: Arbeitsaufgabe 4.0 Ergebnisse der IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0«
Markt verlangt stärker individualisierte und kostengünstige Produkte an.
Montagewirksame Varianten nehmen tendenziell zu.
Ansprüche an die Flexibilität der Anlagen, der Mitarbeiter und der Materialbereitstellung nehmen zu.
Akzeptierte Lieferzeiten und Bestellmengen nehmen weiter ab.
Qualitätsansprüche bleiben mindestens gleich.
Die Belegschaft wird im Durchschnitt älter.
Neue Technologien und mehr »Intelligenz« halten Einzug in die Fabrik.
t
Komplexität
=
Quelle: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0; 2013
Seite 19 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Arbeit ändert sich: Arbeitsaufgabe 4.0 Arbeit wird flexibler – in Zukunft noch kurzfristiger als heute
Wie wichtig ist der flexible Einsatz Ihrer Produktionsmitarbeiter heute und in fünf Jahren?
(sehr) wichtig 94,1%
»Flexibilität war für die Firmen immer ein Thema. Es kommt heute hinzu, dass die Mitarbeiter Flexibilität fordern. Arbeitszeit und Lebenszeit sind heute wesentlich stärker verquickt als früher. Volatile Märkte und ein starres System, was die Arbeitszeit betrifft – das passt nicht zusammen.« (Hr. Glatz, VDMA)
96,8%
heute in 5 Jahren
27%
von Monat zu Monat
56%
von Woche zu Woche
47%
von Tag zu Tag
15%
innerhalb eines Tages
11%
60% 44%
41%
So viele Unternehmen…
…haben heute starke Schwankungen im personalseitigen
Kapazitätsbedarf.
…sehen zukünftig verstärkt
kurzfristigere Schwankungen.
Quelle: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0; 2013
Seite 20 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Die Übernahme von Aufgaben für die Produktentwicklung erzeugt heute hohe Abstimmungsaufwände in der Produktion.
ja
teils/teils
nein
49,8%
28,4%
21,8%
+ 11,6% Unternehmen mit Kapazitätsschwankungen von Tag zu Tag + 8,2% …, die heutige Flexibilitätsinstrumente als unzureichend bezeichnen
+ 6,1% …, die eine zunehmend mobile IKT-Nutzung der Produktions-MA erwarten
Arbeit ändert sich: Arbeitstätigkeiten 4.0 Aufgaben der traditionellen Produktionsarbeit werden wegfallen; neue werden hinzukommen
Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0; 2013; Universal Robots, Fraunhofer IPA, ABB
Seite 21 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Arbeit ändert sich: Arbeitsmittel/Arbeitsschnittstellen 4.0 Mobiles Internet und mobile Endgeräte verbessern die Produktionsarbeit
Der Einsatz mobiler Endgeräte eröffnet neue Möglichkeiten bei der Nutzung der aktuellen Produktionsdaten.
Ja
teils/teils
Nein
72,7%
19,0%
8,3%
»Ein anderes Thema ist der Datenschutz. Wie viel Intelligenz darf man den Objekten belassen, welche Daten sind aus Wett-bewerbsgründen schützenswert, welche braucht man später, um z. B. Remote- Wartung durchführen und Zusatzdienste anbieten zu können. Und schließlich muss das Thema Haftung neu überdacht werden.« (Prof. Kagermann, acatech)
Quelle: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0; 2013
Seite 22 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Arbeit ändert sich: Arbeitsraum 4.0 Kontextbasierte Informationsbereitstellung durch Interaktion von Werkstückträgern, Arbeitsplatz und Mitarbeiter
Seite 23 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Arbeit ändert sich: Arbeitsumgebung 4.0 Nutzungszyklen von Infrastruktur verkürzen sich weiter
Nutzungs-/ Lebenszyklus Gebäude
Produkte/ Technologien
Prozesse/ Akteure
2020 2025 2030 heute
IT/ Software
Sanierung/ Umnutzung
Neubau
Umnutzung/ Rückbau und
Recycling
Seite 24 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Kundenauftrag: 50 Getriebe bis Montag
Ich kann diesen Samstag arbeiten.
Samstag geht leider nicht.
Zusatzschicht am Samstag durchführen
Einsatzanfrage auf Smartphone
»Meistercockpit« für Einsatzanfragen
Regeln des intelligenten Assistenten:
wer kann, wer darf, wer soll, wer möchte arbeiten
Arbeit ändert sich: Arbeitsorganisation 4.0 Steuerung der Personalflexibilität in der Produktion
Seite 25 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Die Mitarbeiter bekommen eine Einsatzanfrage auf ihre mobilen Endgeräte…
Anfrage senden!
Anfrage beantworten.
Anwendungsbeispiel »Schicht-Doodle«
»Meistercockpit« für Einsatzanfragen
Seite 26 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Zusagen
Absagen
Ich kann diesen Samstag arbeiten.
Samstag geht leider nicht.
Status der Anfragen und
Rückmeldungen
…und entscheiden kooperativ und dezentral!
Anwendungsbeispiel »Schicht-Doodle«
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»KapaflexCy«: Arbeitswissenschaftliche Sicht
Hybrid Mobile Clients
Hybrid Container
Mobile HTML5UI Components
Web View
Cloud Application Server (CPS-Engine)
Backend systems
Identity Manage-
ment
R
Desktop Browser
HTML5UI Components
R
R
REST https
Native Mobile Clients
R
Native libs(e.g. Phone, SMS)
R
Internet(Cloud Connector)
Internet(Cloud Connector)
Push Client
Priority-Rules
R
RR
Push-Service
Mail-Service
Mail Client
Even
t-Cha
nnel
EnterpriseWeb Application
Navigation
Voting
Reporting
Customizing
ConditionHandling
Database
Control
Business
Physic
Cyber-World
(Cloud)
Backend systems
te et(C oud Co ecto
Adaptive
Prioritätsregeln
Planspiel zur Partizipation Mitarbeiter
Quantitative Bewertung der Flexibilitätsdimension
Einsatzszenarien und Flexibilitätsanalysen
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Arbeit ändert sich: Qualifikation 4.0 Handlungskompetenzen und Fachwissen gleichermaßen gefordert
Die Einführung von Industrie 4.0 erfordert vom Produktionsmitarbeiter folgende Kompetenzen:
Quellen: Ingenics/Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 – Eine Revolution der Arbeitsgestaltung; 2014
Seite 29 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
»Die Fabrik der Zukunft ist genauso menschen-leer wie heutige Büros papierlos sind.«
(Bernhard Diegner, ZVEI – aus IAO-Studie »Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0«)
© James Thew
Seite 30 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Wachsende Weltbevölkerung
Alterung der Gesellschaften
Schrumpfende Bevölkerungen
Anwachsende Migrationsströme
Selbstbestimmtes Leben bis in hohe Alter
Gute geistige und körperliche Fitness
Zweiter Aufbruch in der Rentenphase
Female Shift – Frauen auf dem Vormarsch
Generation Y mit neuen Vorstellungen einer flexiblen und selbstbestimmten Lebens- und Arbeitsweise
Entwicklungen im Zuge des demografischen Wandels Nicht nur die Arbeit, sondern auch die Menschen ändern sich
Die Unterschiede zwischen den Lebenswelten von junger und mittlerer Generation sind im Vergleich zu früher…
Basis: Bundesrepublik Deutschland, Bevölkerung ab 14 Jahre, in Prozent, Nicht dargestellt: Unentschieden, keine Angabe Quelle: Jacobs Krönung-Studie, Institut für Demoskopie Allensbach, 2013
Es entsteht eine hohe Diversity in der Gesellschaft: Junge und Alte, Frauen und Männer, unterschiedliche Kulturen, Religionen und Lebensanschauungen.
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Auswirkungen auf die Beschäftigung In der Einschätzung scheiden sich die Geister
Horst Neumann Personalvorstand Volkswagen AG
»Wenn in naher Zukunft die geburten- starken Jahrgänge – die Baby-Boomer – in Rente gehen, kann deren Arbeit durch Roboter kompensiert werden. Es muss kein Personal wegrationalisiert werden, und wir können junge Leute einstellen.«
Kollege Computer: Wahrscheinlichkeit, dass Jobs inner- halb von 20 Jahren durch Maschinen ersetzt werden
Quelle: C. Frey and M. Osborne »The Future of Employment: How Susceptible are Jobs to Computerisation?«; Technology Review, Economist, 1/2014; WirtschaftsWoche, Nr. 5, 26. Januar 2015
Quelle: Stuttgarter Zeitung, Nr. 2, 03. Januar 2015
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Der Mensch steht weiter im Mittelpunkt Erweiterte Entscheidungs- und Beteiligungsspielräume für die Beschäftigten sowie Möglichkeiten zur Belastungsregulation
Physische Assistenz
durch Fähigkeitsverstärker
Innovative Lernformen:
Mobil, personalisiert, situationsadaptiv
Wartungs- und Planungsassistenz:
Lokationsbasiert, kontextadaptiv
Vernetztes Arbeiten durch multimodale Mensch-Maschine-
und Mensch-Mensch-Interaktion
Menschliche Fähigkeiten:
Kreativität, Intuition, Lernfähigkeit, Erfahrungswissen,
Umgang mit Komplexität, Zusammenhänge erkennen
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Auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0: Eine Transformationsroadmap
Seite 34 © Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Thesen zum Abschluss
1. Die Digitalisierung und Automatisierung der industriellen Wertschöpfung sind in vollem Gang und versprechen weiteres hohes Produktivitätspotential.
2. Werden 4.0-Produktivitätspotentiale realisiert
braucht es bei gleicher Auslastung zukünftig weniger Mitarbeiter und
werden durch Produktivität und Innovation neue Arbeitsplätze entstehen.
3. Ein Verzicht ist keine Option: Wenn nur Wettbewerber aus anderen Ländern die Industrie 4.0 gestalten, gefährdet Deutschland in großem Umfang Arbeitsplätze.
4. Industrie 4.0 ist die große Chance, um
die Produktionsarbeit besser zu gestalten und
die gesellschaftlichen Herausforderungen erfolgreich zu meistern.
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Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer Fraunhofer IAO Nobelstraße 12 70569 Stuttgart Tel: +49 711 970-2090 [email protected] http://www.iao.fraunhofer.de
Kontakt
Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer IAO Nobelstraße 12 70569 Stuttgart Tel: +49 711 970-2065 [email protected] http://www.iao.fraunhofer.de