Industrie 5.0 Wie zukunftsorientierte IT-Infrastruktur der Produktion nützt

Von Jan-Marc Lischka*

Ohne digitales Denken und Handeln ist eine moderne und resiliente Produktion heute undenkbar. Die Menschen steht dabei im Mittelpunkt der Gestaltung digitaler Arbeitssysteme.

Anbieter zum Thema

Die Infrastruktur eines dynamischen, modularen digitalen Ökosystems ermöglicht es, die digitale Arbeitsumgebung modular und evolutionär zu denken und zu gestalten.
Die Infrastruktur eines dynamischen, modularen digitalen Ökosystems ermöglicht es, die digitale Arbeitsumgebung modular und evolutionär zu denken und zu gestalten.
(Bild: 5thIndustry GmbH)

Sustainability, Glocalization, der War for talent – globale Herausforderungen, die sich in den Rahmenbedingungen der produzierenden Industrie widerspiegeln. Sie betreffen Mittelstand wie Großkonzern: Wie weisen Produzenten über mehrere Wertschöpfungsstufen nach, dass sie die Standards nachhaltigen Wirtschaftens erfüllen? Wie agieren globale und lokale Wertschöpfungsstrukturen effizient miteinander – um Vorteile großer Kundennähe mit den Vorteilen global attraktiver Produktionsfaktoren zu kombinieren? Wie überzeugt man auf dem knappen Arbeitsmarkt für Fachkräfte als zukunftsorientierter, innovativer Arbeitgeber?

Diese sozio-ökonomischen Faktoren haben einen großen Einfluss auf die Business-Realität von Produktion und Logistik. Es gilt, die richtigen IT-technischen, aber auch kulturellen Grundlagen zu legen, um den sich dynamisch verändernden Randbedingungen wirksam begegnen zu können.

Bildergalerie

Denn Fakt ist: Ohne digitales Denken und Handeln ist eine moderne und resiliente Produktion heute undenkbar. Die Menschen steht dabei im Mittelpunkt der Gestaltung digitaler Arbeitssysteme. Nur so werden die technischen Möglichkeiten der Industrie 4.0 ihre Wirkung entfalten.

Moderne Architektur als Enabler

Aus unserem Alltag sind cloudbasierte Anwendungen nicht mehr wegzudenken. Wir alle nutzen sie, wenn wir unsere täglichen Aufgaben auf dem Smartphone erledigen: Eine Pizza bestellen, eine Reise buchen, die Urlaubsfotos aus dem Fotoalbum abrufen. Unser persönliches digitales Arbeitsumfeld stellen wir uns intuitiv aus verschiedenen Modulen diverser Anbieter zusammen und profitieren von leistungsfähigen Integrationen, beispielsweise wenn es um Bezahlvorgänge geht.

Das gleiche Konzept ist auch für die industrielle Anwendung die Architektur der Wahl. Dabei ist das nicht nur eine Frage von IT-Kosten oder Skalierbarkeit, zu diesen Vorteilen kommen wir später.

Cloud-Plattformen wie Microsoft Azure oder AWS ermöglichen eine neue IT-Architektur, die den Möglichkeitsraum für die produzierende Industrie entscheidend erweitert, Anpassungsfähigkeit zulässt und gleichzeitig technologisch führende Cybersecurity sicherstellt.

Digitales Ökosystem: Composable IT-Architecture

Die Rede ist von einer „Composable IT-Architecture“: Die Cloud fungiert dabei als Datenbackbone, in der Daten aus verschiedensten Quellen integriert werden. Dies umfasst Daten aus Vorsystemen (dem ERP-System genauso wie einer On-Premise-Datenbank, beispielsweise für Werkzeuginformationen), IoT-Daten aus Werkzeugmaschinen und Anlagen, wie auch durch Mitarbeiter erfasste Informationen, wie das Ergebnis einer Qualitätsinspektion.

Es entsteht ein dynamisches, modulares digitales Ökosystem. Die eigentlichen Daten bleiben jederzeit im Eigentum und Zugriff des produzierenden Unternehmens.

Auf diese Daten greifen einzelne aus sog. Microservices erstellte Applikationen zu. Sie kommunizieren (im zugriffssicheren Umfeld der Cloud) über klar beschriebene und offene Schnittstellen miteinander (sog. APIs). Dadurch werden Applikationen flexibel und erweiterbar, ergänzbar und tauschbar.

Es entsteht ein dynamisches, modulares digitales Ökosystem. Die eigentlichen Daten bleiben jederzeit im Eigentum und Zugriff des produzierenden Unternehmens.

Diese Infrastruktur ermöglicht es, die digitale Arbeitsumgebung modular und evolutionär zu denken und zu gestalten. Im Gegensatz zur früher zu oft angestrebten „Eierlegenden Wollmilchsau“ mit langen Lastenheften muss es keinen fix definierten „Endzustand“ geben. An dessen Stelle tritt der Gedanke kontinuierlicher Verbesserung – in der Produktion ohnehin der angestrebte Idealzustand.

Bild 2: Architektur im Beispiel eines Netzwerks produzierender Betriebe mit je rund 200 Mitarbeitern: Cloudbasierte Apps kommunizieren mit Daten aus existierenden Systemen, die später in die Cloud migriert werden sollen. Die Landschaft wird durch ein BI-Tool für Datenanalysen sowie standortspezifisch eigenentwickelte Anwendungen (auf Low-Code-Plattform) ergänzt.
Bild 2: Architektur im Beispiel eines Netzwerks produzierender Betriebe mit je rund 200 Mitarbeitern: Cloudbasierte Apps kommunizieren mit Daten aus existierenden Systemen, die später in die Cloud migriert werden sollen. Die Landschaft wird durch ein BI-Tool für Datenanalysen sowie standortspezifisch eigenentwickelte Anwendungen (auf Low-Code-Plattform) ergänzt.
(Bild: 5thIndustry GmbH)

Bild 2 zeigt eine beispielhafte Architektur im Beispiel eines Netzwerks produzierender Betriebe mit jeweils rund 200 Mitarbeitern: Moderne cloudbasierte Apps kommunizieren mit Daten aus existierenden Systemen, die auf lokalen und globalen Servern laufen und erst zu einem späteren Zeitpunkt in die Cloud migriert werden sollen.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Die Landschaft wird durch ein BI-Tool ergänzt, das hocheffizient Datenanalysen ermöglicht und so zu einem massiven Transparenzgewinn führt.

Einzelne Standorte ergänzen die Landschaft durch standortspezifisch eigenentwickelte Anwendungen, die auf einer Low-Code-Plattform umgesetzt wurden. Ein logischer Schritt, denn warum sollte der Instandhaltungs-Mitarbeiter in Ostwestfalen in die gleiche Nutzeroberfläche gezwungen werden wie seine Kollegin in China?

Neue Bedieneroberflächen lassen sich innerhalb weniger Stunden gestalten und durch Mockups direkt durch die künftigen Nutzer testen und optimieren.

Rapid Protoyping- und KI-Technologien

Ein weiter Aspekt der dargestellten Technologien liegt in der Fähigkeit, Rapid Protoyping-Technologien bei der Entwicklung neuer Applikationen einzusetzen. Damit wird es zum einen möglich, Anwendungen nach dem Prinzip der „Mass Customization“ bereitzustellen – sprich eine Kunden-/Nutzerindividuelle Benutzeroberfläche mit Standardmodulen zu kombinieren.

Zum anderen ermöglicht dies die hocheffiziente Nutzerintegration in den Entwicklungsprozess: Neue Bedieneroberflächen lassen sich innerhalb weniger Stunden gestalten und durch Mockups direkt durch die künftigen Nutzer testen und optimieren. Gerade für Anwendungen, die auf dem Shopfloor genutzt werden, ein entscheidender Faktor für die Nutzerakzeptanz und damit Implementierungsgeschwindigkeit.

Last but not least ermöglicht die Nutzung der Cloud-Angebote der großen Tech-Konzerne den Zugriff auf leistungsfähige KI-Algorithmen, beispielsweise für die Sprach- oder Bilderkennung. Die Integration von Siri und Alexa für die Steuerung der Produktion, oder die Abfrage eines Fertigungsauftrags ist nur eine ebenso einfache wie naheliegende Anwendung.

Der Nutzen digitaler Lösungen

Der Nutzen fortschrittlicher digitaler Lösungen findet auf verschiedenen Ebenen statt:

Produktivität: Die Einführung digitaler Werkzeuge in betriebliche Abläufe führt in aller Regel zu einer Steigerung der Produktivität. Mitarbeiter verbringen weniger Zeit mit der manuellen Bearbeitung oder Beschaffung von Information – unproduktives Arbeiten und Mehraufwände, wie beispielsweise das Übertragen von Daten aus einer papierbasierten Dokumentation in ein elektronisches Format und das anschließende Erstellen und Ablegen von Dateien, werden reduziert.

Transparenz: Die Einführung digitaler Applikationen geht mit einer Transparenzsteigerung einher. Beispiel Instandhaltungsvorgänge: Werden sie mit digitalen Werkzeugen koordiniert, sind sie schnell jedem Mitarbeiter einsehbar und in kürzester Zeit stehen Historiendaten zur Verfügung, die eine strukturierte Auswertung und Analyse ermöglichen. Der Nutzen findet sich auf Prozessebene: Verbesserung der OEE – Identifikation von Verbesserungspotenzialen – Optimierung der Ersatzteilbeschaffung etc.

IT-Kosten: Vielfach lösen cloudbasierte Applikationen bestehende On-Premise-Anwendungen ab. Dies ist in der Regel mit einer deutlichen Reduzierung der IT-Kosten verbunden. Geringere Lizenzgebühren, Entfall von Aufwänden für die Serverwartung, Update auf neue Server-Versionen wie auch die notwendigen internen Ressourcen zur Betreuung entfallen bzw. sind im Rahmen von SaaS (Software-as-a-Service) -Modellen transparent und kalkulierbar.

Oft ein zusätzlicher Nutzen: Die IT-Infrastruktur wird zu variablen Kosten, damit geht eine einfache Skalierung und minimale Kapitalbindung einher. Vorteilhaft sind zu dem die schnellen Experimentier- und Skalierungsmöglichkeiten mit Cloud-Anwendungen: Rechenpower zu kaufen, war nie so schnell und einfach.

Soft Facts: Nicht zu unterschätzen sind die Effekte einer zeitgemäßen digitalen Arbeitsumgebung auf die Mitarbeiter selbst. Mitarbeiterzufriedenheit steigt, modernes digitales Arbeiten wird als Faktor für einen attraktiven Arbeitsplatz gesehen. Vielfach registrieren auch Kunden, dass digitales Arbeiten Reputation gegenüber dem Kunden schafft.

Ergänzendes zum Thema
5 Best Practice Empfehlungen für die Umsetzung

1) Mensch in den Mittelpunkt

Die Gestaltung des digitalen Arbeitsumfeldes muss vom Menschen ausgedacht werden. Dazu ist unbedingt mit der Definition der künftigen Nutzer (Personas) zu beginnen. Wer (welche Rolle) hat den größten Nutzen eines digitalen Tools?

In den allermeisten Fällen sind dies nicht die Stellen, die den Business Case sehen. Gemeint sind die Nutzer: Der Qualitätsprüfer auf dem Shopfloor, die Schichtleiterin, der Servicetechniker im Feld. Sie müssen von Anfang an im Mittelpunkt stehen und direkt in die Projektumsetzung einbezogen sein.

Oft überraschend: Wieviel digitale Gestaltungskompetenz in Mitarbeitern steckt – diese gilt es zu aktivieren und zu fördern.

2) Mit Rapid Prototying Geschwindigkeit erhöhen

Umsetzungsgeschwindigkeit ist als Erfolgsfaktor für die Umsetzung von Digitalprojekten zu sehen – auch oder gerade im industriellen Umfeld. Zum einen ist es wünschenswert, den Nutzen einer Applikation möglichst schnell umzusetzen und die im Business Case erwarteten Einsparungen zu realisieren.

Zum anderen ist die Umsetzungsgeschwindigkeit ein entscheidender Faktor für die Nutzerakzeptanz. Viel zu oft sind Mitarbeiter und Führungskräfte bisher von langatmigen IT-Projekten frustriert worden.

Der Schlüssel dazu sind Rapid Protoyping-Technologien wie sie in der heutigen App-Entwicklung Standard sind. Auf Basis von Nutzerinterviews entstehen innerhalb weniger Tage klickbare Mockups, die bereits die wesentlichen Nutzerinteraktionen abbilden und es den künftigen Nutzern möglich machen, ihre Applikation unmittelbar im Arbeitsumfeld zu testen.

3) Modular denken und handeln

Der große Vorteil der „Composable IT Architecture“ liegt in seiner Modularität. Einzelne User Journeys können nacheinander umgesetzt und erweitert werden. Das reduziert Umsetzungs- und Akzeptanzrisiken und ermöglicht es in kleinen Schritten vorzugehen, zu lernen und weiter zu optimieren. Denn modulares Handeln schafft Resilienz.

Vergleichbar ist die Composable IT-Architecturemit dem berühmten Lego-Baukasten: Dem einen Werk reicht der 6er Baustein in Gelb, während der das Schwesterwerk lieber zwei 3er Bausteine in Rot nimmt. Zusammensteckbar mit klaren Schnittstellen ermöglichen schnelle und adaptive Anpassungen für die Mitarbeiter.

4) Software as a Service

Heute tun sich produzierende Unternehmen vielfach noch schwer, den Nutzen von Software-as-a-Service-Geschäftsmodellen für die Softwarebeschaffung zu erkennen. Dabei liegen sie auf der Hand: Die Entwicklung, den Betrieb und die kontinuierliche Weiterentwicklung modularer IT-Anwendungen können spezialisierte Zulieferer besser und dank skalierbarer Geschäftsmodelle in der Regel auch signifikant kostengünstiger gestalten. Software als Dienstleistung einkaufen, nur für das Bezahlen was auch tatsächlich genutzt wird.

Gleichzeitig können Anbieter auch ohne große Transformationsprojekte gewechselt werden. Die Folge: Anpassbarkeit und Kosteneffizienz.

5) Fehlertoleranz

Das Arbeiten in der fünften Industrie bedeutet auch eine neue Dimension an Fehlerkultur. Denn es besteht die Möglichkeit, die Lösung von gestern durch etwas Besseres ersetzen zu können. Anforderungen verändern sich, Prozesse verändern sich und Menschen lernen dazu.

Das modulare Design der digitalen Landschaft ermöglicht es, neue Funktionen hinzuzunehmen, genauso einfach wie das bewusste Abschalten einer nicht mehr benötigten Funktion oder eines obsoleten Moduls. Dadurch müssen nicht alle Risiken eines Softwareprojekts vollumfänglich mitigiert werden – ein gesundes Maß an „Trial-and-Error“ ist plötzlich möglich. Und das ist ganz im Sinne wie Produktion funktioniert: Plan-Do-Check-Act als Grundprinzip kontinuierlicher Verbesserung und operativer Exzellenz.

Ergänzendes zum Thema
Zwei Anwendungsbeispiele: Großkonzern und Mittelstand

1. Beispiel Großkonzern: Digitale Qualitätsdokumentation bei Siemens

Ein Beispiel stellt ein Großprojekt beim Siemens Dynamowerk in Berlin dar. Im Fokus der Produktion stehen dort elektrische Großmaschinen als Antriebe für Industrie und Schifffahrt. Die Qualitätsanforderungen sind hoch, viele Arbeitsschritte sind präzise zu dokumentieren – in der Vergangenheit größtenteils auf Papier. Allerdings erwies sich dieses Vorgehen als sehr zeitintensiv: Lange Wartezeiten, fehlende Unterschriften, beschädigte Dokumente – Unklarheiten, Mehraufwände und letztlich auch frustrierte Mitarbeiter waren die Folge.

Eine App für effiziente Qualitätsdokumentation

Dieser Vorgang sollte auf Wunsch der Mitarbeitenden mit Unterstützung durch den Werkleiter optimiert und modernisiert werden. Das Team von 5thIndustry implementierte für das Siemens Dynamowerk die App 5i.Protocol, die zentrale Herausforderungen im Bereich Protokollierung und Qualitätsmanagement löste: Die digitale Qualitätsdokumentation läuft auf den Smartphones und Tablets der 150 Produktionsmitarbeiter sowie auf großen Touchscreens an den Maschinen; die App ist intuitiv bedienbar, in Aufbau und Struktur ähnelt sie den bisherigen Papierprotokollen.

Die Mitarbeiter, welche von Anfang an in die Implementierung eingebunden waren, bekommen so sämtliche Informationen, die sie für ihre Arbeit brauchen, über die App und die Daten aus ihren Arbeitsschritten können sie direkt in die mobile Software einspeisen. Das Ergebnis: Enorme Zeit- und Ressourceneinsparung gepaart mit modernen digitalen Prozessen.

2. Beispiel Mittelstand: Effiziente Produktionssteuerung bei Deguma

Für das Maschinenbau-Unternehmen Deguma implementierten die Spezialisten von 5thIndustry die cloudbasierte Applikation 5i.Progress für die Produktionsplanung und -steuerung. Neben der Planung, Überwachung und Steuerung der Produktionsprozesse optimiert die Anwendung die Auftragsabwicklung und den Einsatz der Mitarbeitenden – und unterstützt damit das Wachstum des Unternehmens.

Die Anwendung bietet ein modulares Betriebssystem für ein modernes digitales Arbeiten in der Fabrik. 5thIndustry setzte dabei konsequent auf die Anwendung von Cloud-Technologien. Die Anwendung bietet eine leistungsfähige Arbeitsumgebung für eine effiziente Auftragsplanung und -steuerung, die Informationen für die Mitarbeitenden auf dem Shopfloor aber auch Qualitäts- und Auftragsrückmeldungen ermöglicht.

Die Implementierung des Systems erfolgt in der bereits mehrfach erfolgreich unter Beweis gestellten Methode „5 Steps to Live-Operations“. Dabei werden die Mitarbeitenden der verschiedenen Rollen sowohl aus Büro- als auch Fertigungsbereichen in die Gestaltung ihres digitalen Arbeitsumfelds direkt eingebunden. In den agilen Sprints können die Mitarbeitenden ihre Vorstellungen für eine spezifische Benutzerumgebung einbringen und in sehr kurzer Zeit an Prototypen live testen. Das Ergebnis: Echtes Ownership und volle Nutzerakzeptanz von der ersten Minute an.

* Jan-Marc Lischka, Co-Founder der 5th Industry GmbH

(ID:48190503)