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Strukturwandel durch Digitalisierung in der Automobilindustrie

Bachelorarbeit 2016 57 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung und Problemstellung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit
1.2 Methodisches Vorgehen

2. Theoretische Grundlagen
2.1 Produktionsgrundlagen und Ökonomie der Automobilindustrie
2.1.1 Ökonomische Bedeutung der Automobilindustrie als weltweit größter Wirtschaftsfaktor
2.1.2 Weltweite Strukturprobleme und die Anforderungen durch Digitalisierung
2.2 Strukturwandel in der Automobilindustrie
2.2.1 Strukturwandel in der Form industrieller Revolutionen: Fordismus, Postfordismus, Smart Factory

3. Auswirkungen des Strukturwandels durch Digitalisierung auf die Produktionsprozesse der Automobilindustrie
3.1 Produktion, Wertschöpfungskette und Umfeld
3.1.1 Die Smart Factory als digitalisierter und vernetzter Produktionsort zur Herstellung von Automobilen
3.1.2 Praxisbeispiele digitalisierter Automobilproduktion im Bereich Montage
3.1.3 Digitalisierte Automobilproduktion und additive Fertigung im Bereich 3D-Druck

4. Strukturwandel in den Endprodukten der Automobilindustrie: Digitalisierung on-board
4.1 Strukturwandel durch „Connected Car“ und Mobilfunk digital
4.2 Digitalisierte Beleuchtung und Nachtsichthilfen im Cockpit des Automobils
4.3 Strukturwandel im Endprodukt Automobil: Digitalisierte Mensch- Maschine-Schnittstelle im Autocockpit

5. Formen der Digitalisierung in der sozialen Mobilität
5.1 „Soziale Digitalisierung“ der Nutzer von Automobilen im Bereich Car IT ..
5.2 Car-Sharing und Digitalisierung als soziale Faktoren

6. Autonomes Fahren: Strukturwandel, Digitalisierung und soziale Dimension ..

7. Big Data - Die Digitalisierung des Automobils und der Verlust der Privatsphäre

8. Zusammenfassung und Fazit

Literaturnachweis
Bücher
World Wide Web
Fachzeitschriften
Studien
Fachpresse
Presseinformationen der Automobilindustrie
Dossiers

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Digital-sensitive neuartige Montagekonzeption für Mercedes- Benz-Hinterachse durch Robotik

Abbildung 2: Sensitiver Leichtbauroboter beim fassen eines Wasserglases - LBR iiwa

Abbildung 3: Montage des Hinterachsgetriebes bei Mercedes-Benz mit Leichtbauroboter-Prototypen

Abbildung 4: Chinesisches 3D-Druck-Modell "Shuya"

Abbildung 5: Im 3D-Druck hergestelltes Modell eines Cabrio-Verdecks

Abbildung 6: Dachgestänge eines Cabrio-Verdecks aus gesinterten Elementen ..

Abbildung 7: Funktionen der Telematik als Digitalisierungsbeispiel im Automobilcockpit

Abbildung 8: Architektur der Vernetzungsinstanzen im Automobil der IT

Abbildung 9: Cockpit mit den Schnittstellen zwischen Fahrer und Car IT eines Tesla-Modells X

Abbildung 10: Autonomes Fahrzeug und Umfeldinterpretation durch Sensorreaktion

Abbildung 11: Katalog technischer Bedignungen für das selbstfahrende Automobil

1. Einleitung und Problemstellung

1.1 Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit

Mit der Digitalisierung findet in allen Produktions- und Wirtschaftsbereichen industrialisierter Länder ein Strukturwandel statt, der zu umfangreichen Veränderungen sowohl auf der Ebene der Herstellung von Gütern als auch in der Organisation der Arbeitsvorgänge. Diese Veränderungen erstrecken sich auf die Produkte, etwa auf Automobile, die durch ihre digitalisierte Ausrüstung immer komplexer werden, und auf die Organisationsformen der Produktion, was sich in solchen Projekten wie der Smart Factory niederschlägt, wie sie im Rahmen der Industrie 4.0 geplant und in der Automobilindustrie bereits realisiert ist.1 Der Begriff „Digitalisierung“ bezieht sich grundsätzlich auf eine von Computern gesteuerte und durch Informationstechnologie definierte Struktur von Herstellungs-, Arbeits-, Organisations- und Produktprozessen. Die entsprechenden Veränderungen betreffen nicht nur die Automobilindustrie und ihre Produktion, sondern die gesamte Weltgesellschaft mit der permanent anwachsenden informationellen Vernetzung aller Kommunikations- und Produktionsbereiche. Auf einer allgemeineren Ebene lässt sich mit dem Begriff der Digitalisierung die Speicherung und Verarbeitung von Daten auf digitalen Speichermedien betrachten. Durch die Verarbeitung digitalisierter Daten lassen sich Produktionsprozesse in nahezu allen industriellen Fertigungsformen so automatisieren, dass der Einsatz menschlicher Arbeitskraft sich immer stärker reduziert und weitgehend nur noch aus Überwachungsfunktionen besteht. Der Transport komplizierter Information innerhalb eines Herstellungsprozesses, der in einer Automobilfabrik stattfindet, bildet eine eigenständige Produktionseinheit, mit der eine werkobjektbezogene Produktionsrobotik in ihren jeweiligen Arbeitssektionen zum Einsatz gelangt.

Die auf der Computerisierung und dem Einsatz der Informationstechnologie beruhende Digitalisierung beschränkt sich nicht auf einzelne Industriebereiche, sondern erfasst seit etwa 10 bis 15 Jahren die Weltgesellschaft. Die Möglichkeiten einer mit elektronischen Medien kommunizierenden Weltgesellschaft beschrieb bereits McLuhan.2 Mit der extrem raschen Ausbreitung solcher Social Media wie Facebook beschleunigte sich die informationelle Digitalisierung und zog beträchtliche Veränderungen der globalen Privatsphäre nach sich.3 Die weltweite Dominanz der Informationstechnologie durch US-Konzerne wie „Alphabet“ (Suchmaschine Google) bildet ein weiteres Beispiel für die universale Reichweite digitalisierter Medien.

Der Begriff „Internet der Dinge“ bildet ein weiteres Konsequenzbeispiel der Digitalisierung. Der Begriff beschreibt die mögliche Vernetzung aller in Privathaushalten existierenden elektrischen Endgeräte mit einem global funktionierenden informationellen Digitalsystem, das auf elektronischer Basis arbeitet. Der Begriff Industrie 4.0 charakterisiert die Möglichkeit, alle Gebrauchsgüter des modernen Konsums vom Automobil bis zur Waschmaschine so miteinander zu vernetzen, dass eine auf digitaler Information beruhende globale Zivilisation entsteht.4 Die Digitalisierung wird in der Fachliteratur vielfach als eine revolutionäre Veränderung der Industriegesellschaft beschrieben.5 Der Begriff lässt sich insofern rechtfertigen, als zum Beispiel mit der Möglichkeit die Elektromobilität, also den Verzicht auf fossilen Treibstoff in der Mobilität durchzusetzen, sich ein deutlich verändertes Betriebssystem für die Fahrtechnik des Automobils ergibt. Ein weiterer bedeutender Wandel ergibt sich aus der autonomen Mobilität, also einer Automobilausstattung, die das steuerlose Fahren ermöglicht. Diese Art der Mobilität lässt die informelle Digitalisierung zum dominanten Faktor des Fahrens werden und schaltet die humanen Funktionen fast gänzlich aus. Weitere grundlegende Veränderungen für die Automobilindustrie und Mobilitätskonzepte können sich im Rahmen dieser Vierten Industriellen Revolution aus der Möglichkeit ergeben, vollständige Automobile mit generativen Fertigungsverfahren (3D-Druck) zu produzieren. Diese Form der Produktion mit dem Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing bietet für die Automobilproduktion zugleich erhebliche Wettbewerbsvorteile, wenn sich die Hersteller den Veränderungsanforderungen rechtzeitig anpassen.6

Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist die sektorale Darstellung des Strukturwandels durch einerseits die Digitalisierung von Produktionsprozessen in der Automobilindustrie, andererseits die Darstellung der informationellen Digitalisierung der Endprodukte (Digitalisierung On Board) sowie schließlich ansatzweise im Bereich der Mobilität selbst am Beispiel des informationell organisierten Carsharing.

1.2 Methodisches Vorgehen

In der vorliegenden Arbeit sollen die Veränderungen durch Digitalisierung in drei großen Bereichen beschrieben werden, nämlich in denen der Automobilproduktion, im Bereich des Endprodukts und seiner digitalisierten Struktur sowie im Bereich sozialer Mobilität, die Carsharing betrifft. Zunächst sind Definitionen des Strukturwandels, der Digitalisierung und der Automobilfabrikation vorzunehmen. Am Beginn der Arbeit sind die drei industriellen Revolutionen zu beschreiben, die der vierten Revolution (Industrie 4.0) vorausgingen. Anhand der entsprechenden Darstellungen lassen sich die Veränderungen demonstrieren, die im Automobilbau durch die angestrebten komplexen Digitalisierungen der Smart Factory entstehen werden. In diesem Bereich lässt sich am Beispiel des Toyota-Produktionsmodells für den Bereich einer Automobilfabrikation eine mögliche weitere deutliche auf Digitalisierung beruhende Strukturveränderung darstellen. Hierzu sind in kurzer Form die Methoden des Rapid Prototyping, des Rapid Tooling und des Rapid Manufacturing zu skizzieren. Die sich aus der additiven Fertigungstechnik für einen deutlich rationalisierten und ökonomisierten Automobilbau ergebenden Konkurrenzvorteile können als bedeutender Strukturwandel bezeichnet werden. Die sich in der Gebrauchsausstattung des Automobils niederschlagende Digitalisierung bildet einen weiteren Strukturwandel, der mit entsprechenden Umrüstungen des Cockpits im Bereich des autonomen Fahrens dargestellt werden soll. Schließlich sind die sozialen Folgen der Digitalisierung für die Mobilität am Beispiel des Carsharing mit dem Einsatz entsprechender Apps zur Erleichterung der Konnektivität des Automobils zu beschreiben. Hierzu werden Praxisbeispiele der automobilfirmen herangezogen.

2. Theoretische Grundlagen

2.1 Produktionsgrundlagen und Ökonomie der Automobilindustrie

2.1.1 Ökonomische Bedeutung der Automobilindustrie als weltweit größter Wirtschaftsfaktor

Der Bau von Automobilen bildet weltweit den größten Wirtschaftsfaktor, der zudem für kontinuierliche Zuwachsraten verantwortlich ist. Umfangreicher Zuwachs bei den Zulassungen von Automobilen findet sich in Nordamerika, China und Westeuropa. Besonders für die Bundesrepublik gilt die Automobilindustrie als Schlüsselindustrie.7 Die Anzahl weltweit produzierter Automobile lag im Jahre 2014 bei 68.562.000. In der Bundesrepublik wurden im gleichen Jahr 5.71 Millionen Automobile produziert, in Asien 8.8 Millionen, in den USA 11.660.699.8 Der Jahresumsatz allein der bundesdeutschen Automobilhersteller lag 2014 bei etwa 384 Milliarden Euro. Dies bedeutet eine Steigerung von sechs Prozent gegenüber dem Jahr 2013.9 Im Jahre 2014 lag die Anzahl von Neuzulassungen von PKW bei über drei Millionen. Der PKW-Markt Westeuropas wuchs 2014 um etwa fünf Prozent und stieg damit auf 12,1

Millionen neu zugelassene Automobile. Von den 5,71 Millionen im Jahre 2014 in der Bundesrepublik produzierten PKW wurden 76,8 Prozent in das Ausland exportiert. Im Ausland selbst fertigten die bundesdeutschen Hersteller mehr als 9,3 Millionen Automobile, was einer Steigerung um 8,1 Prozent innerhalb eines Jahres entspricht.

Zur Herstellung von Automobilen rechnet sich ein umfangreiches Segment an Bezug von Rohstoffen, Komponenten und Zusatzteilen. Am Wachstumsmarkt für Automobile sind also auch Branchen beteiligt, die für diesen Markt nur indirekt produzieren, jedoch einen beträchtlichen Gewinn daraus ziehen. Zulieferer umfassen die chemische, elektrotechnische, die textilorientierte, die Stahl und die Aluminiumindustrie sowie den Maschinenbau und ein beträchtliches Segment an Ingenieurbüros, Werkstätten, Tankstellen, Autohändlern und Dienstleister, die ihrerseits an der Automobilkonjunktur partizipieren. Mit der in der Bundesrepublik geplanten Durchsetzung der Elektromobilität kann ein weiterer beträchtlicher Sektor industrieller Produktion entstehen.10 McKinsey weist in Studien darauf hin, dass die weltgrößten Automobilproduzenten sich bis 2020 auf einen Gesamtgewinn von 79 Milliarden Euro einstellen könnten. Als Wachstumstreiber gilt hier besonders die steigende Nachfrage im Premiumsegment.11

Andererseits steht die globale Automobilindustrie vor einer Reihe von Herausforderungen, die durch die Notwendigkeit zum Strukturwandel bedingt sind. Zu solchen Herausforderungen zählen die politisch gewollte Umstellung auf elektrische Antriebe, auf die Reduktion der Emission von CO2-Ausstoß und besonders der gesamte Umkreis digitalisierter Produktion. Diese Thematik ist im Folgenden darzustellen.

2.1.2 Weltweite Strukturprobleme und die Anforderungen durch Digitalisierung

Die Automobilindustrie steht weltweit vor beträchtlichen Herausforderungen, die sowohl die Produktion selbst als auch die Absatzmärkte betreffen. Auf beiden Ebenen steht ein Strukturwandel an, der sich bis zu hohen Graden auf die Anforderungen an eine mit Hilfe der Digitalisierungsprozesse rationalisierte Herstellungsweise bezieht. Auf der ökonomischen Ebene ergeben sich Probleme aus dem universalen Konkurrenzdruck, dem sich die Global Player in der Automobilherstellung gegenseitig aussetzen. Die Integration einer Cheat- Software bei VW-Modellen unterschiedlicher Segmente, die etwa 11 Millionen Automobile umfasst (deceit device) lässt sich als eines der deutlichsten Signale dieser Herausforderung betrachten: Einer der weltweit bedeutendsten Autohersteller sieht sich gezwungen, seine Abgaswerte zu fälschen, um auf dem globalen Automobilmarkt seine Dominanz zu festigen.12 Die Automobilbranche investierte in den letzten fünf Jahren etwa 77 Milliarden Euro in den Sektor Forschung und Entwicklung. Fast ein Drittel sämtlicher Mittel, die die bundesdeutsche Industrie in diesem Bereich ausgibt, entfallen auf die Automobilindustrie und ihre Zulieferer.13

Solche Investitionssummen reichen für die umfangreiche Palette an strukturellen Veränderungen, die die Automobilindustrie betreffen, vermutlich nicht vollständig aus. Herausforderungen für die Automobilindustrie bestehen aus den anstehenden Verschärfungen von Emissionsgrenzwerten und Sicherheitsbedingungen (1). Die geforderten künftigen CO2-Reduktionen zwingen die Produzenten dazu, preiswerte Einspartechnologien zu entwickeln, die überdies flächendeckend produziert werden müssen. Der Produktlebenszyklus eines Automobils wird sich weiter reduzieren, was in Kombination mit der steigenden Ausstattungskomplexität zu gesteigertem Produktionstempo bei wachsendem Technikanspruch führt.14 Der Zwang, für ein global informiertes und zunehmend kritisches Konsumentenpublikum permanent neue Modellvarianten herstellen zu müssen, übt einen weiteren strukturellen Druck aus, der auf unterschiedlichen Ebenen Veränderungen bedingt (2).

Die bedeutendste Herausforderung für die Automobilindustrie bildet der Gesamtbereich der digitalisierten Produktion und Mobilität. Dieser Sektor schließt die Herstellung von Automobilen, ihre Innenausstattung, ihren Treibstoffverbrauch, die Märkte und die soziale Mobilität in Bezug auf die Nutzung von Automobilen etwa durch Carsharing und die Elektromobilität ein. Ein weiterer Bereich, der Strukturwandlungen erzwingen kann, besteht in der Möglichkeit, sowohl etliche Elemente eines Automobils im Rapid Tooling und Rapid Manufacturing des 3D-Drucks herzustellen als auch vollständige Automobile in dieser additiven Technik, und zwar in erheblich kürzerer Zeit als es in den konventionellen Fabriken der Fall ist.15

Für den Bereich der Automobilindustrie bildet die Anforderung der Digitalisierung den wichtigsten Sektor des Strukturwandels. Die Implementierung der Digitalisierung in einer Automobilherstellung bedeutet die informationelle Vernetzung aller Planungsprozesse, Arbeitsgänge und die entsprechende Integration der Vorarbeiten in solche Prozesse. Dies kann und soll zu einer deutlichen Steigerung der Ablaufeffizienz der Arbeitsprozesse führen.

2.2 Strukturwandel in der Automobilindustrie

2.2.1 Strukturwandel in der Form industrieller Revolutionen: Fordismus, Postfordismus, Smart Factory

Der Begriff des industriellen Strukturwandels bezieht sich ursprünglich auf den Bereich der Wirtschaftsgeografie, wo er die regionalen Veränderungen in Bezug auf die Veränderungen der industriellen Strukturen beschreibt.16 Eine einheitliche Definition für den Begriff des Strukturwandels findet sich in der Literatur nicht. Gabler definiert den Begriff folgendermaßen: „Die mit jedem wirtschaftlichen Wachstumsprozess einhergehenden Änderungen in der Zusammensetzung (Struktur) des gesamtwirtschaftlichen Produktions- ergebnisses nach Sektoren und Regionen sowie der Aufteilung der Beschäftigten auf Sektoren, Regionen oder Qualifikationsklassen“.17 Als Treiber für den Strukturwandel gilt der ökonomische Wettbewerb mit seinen Konsequenzen. Solche Konsequenzen bilden den technischen Fortschritt, Veränderungen des Konsums und der Nachfrage, ein Wandel in den verfügbaren Ressourcen und in der Preisgestaltung. Der sogenannte sektorale Strukturwandel bezieht sich auf Veränderungen in den großen Wirtschaftsbereichen wie Industrie, also auf die Produktion, sowie auf den Dienstleistungsbereich. Die grundlegenden Veränderungen, die sich in den Produktionsbereichen seit etwa 1750 bis zur Jetztzeit ereignen, und die in der Fachliteratur als industrielle Revolutionen bezeichnet werden, sind Beispiele für einen Strukturwandel.

Da sich seit etwa 1750 drei industrielle Revolutionen ereignet haben, gilt der gegenwärtig ablaufende Industriestrukturwandel als Vierte Revolution und wird deshalb als Industrie 4.0 bezeichnet.18 Die Erste Revolution in der industriellen Produktion begann etwa 1750 und entstand durch die Erfindung von dampfgetriebenen Maschinen, die die Produktionsprozesse der Industrie erheblich beschleunigten. Durch den dampfgetriebenen Transport von Rohstoffen mit der Eisenbahn erhöhte sich der Mengeneinsatz nutzbaren Materials plötzlich um ein Vielfältiges. In der Landwirtschaft gelangten Erntemaschinen zum Einsatz, die die Erträge erheblich steigerten. Mit dem Strukturwandel der Industrie ging eine soziale Veränderung einher, die dazu führte, dass eine große Schicht verarmter Arbeiter und eine kleine Anzahl reicher Fabrikbesitzer entstand.

Die Zweite Industrielle Revolution nahm um 1870 ihren Anfang und fußte auf der Erfindung und Einführung chemischer und elektrischer Energieformen. Diese kamen im Maschinenbau und in der Automobilindustrie zum Einsatz und führten in größerem Ausmaß als zuvor zur Möglichkeit, eine Massenproduktion auf industrieller Basis vorzunehmen. Der Einsatz des Erdöls als fossiler Rohstoff ermöglichte eine weitere neue Antriebsart von Maschinen, die nunmehr dezentral aufgestellt wurden, und produzieren konnten. Die bedeutendste Neuerung, die im Bereich der Industrieproduktion den Strukturwandel der zweiten Revolution definierte, ist die Erfindung des Fließbandes und der Fließbandproduktion durch den Automobilproduzenten H. Ford. Bei dieser Umstrukturierung handelte es sich zugleich um eine Veränderung der gesamten Arbeitsorganisation. Diese Veränderung ist mit dem Namen F. W. Taylor (1856- 1915) verbunden.

Taylor erfand die wissenschaftliche Betriebsführung (Scientific Management). Daraus entstand die tayloristische Fabrik. Mit der wissenschaftlich exakten Vermessung von Arbeitsorganisation und konkret von Arbeitsvorgängen in einem Industriebetrieb legte Taylor die Grundlagen für einen streng rationalisierten Arbeitsablauf am Fließband.19 Taylor organisierte für den Automobilbauer Ford die rationalisierte Form der Fließbandproduktion für Automobile. Er strukturierte präzise physische Bewegungen, die benötigten Werkzeuge und leitete aus seinen Analysen optimierte Arbeitseinsätze am Fließband ab. Taylor standardisierte sämtliche Arbeitsvorgänge, sodass bei Ford eine erhebliche Produktionssteigerung in der Automobilherstellung stattfand, was eine preisgünstigere Produktion ermöglichte.20 Die Soziologie charakterisiert diese Arbeitsorganisation und die entsprechend strukturierte Industrieproduktion seither als „Fordismsus“.

Durch die Massenproduktion in großindustriellem Maßstab entstand zugleich aufgrund der zunehmenden Wohlfahrt ein rasches Bevölkerungswachstum. Dieses Wachstum war mit historischen Spannungen verbunden. Nach der Unterbrechung durch den Ersten und den Zweiten Weltkrieg entstand erst in den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts die Dritte industrielle Revolution. Bedingungen dieser Revolution war die Einführung der Elektronik sowie der Technologie der Information und Kommunikation. Hier fand ein Strukturwandel statt, der eine verstärkte Automatisierung von Produktionsprozessen in der Industrie möglich machte. Mit Hilfe der einsetzenden Rationalisierung entstand zugleich eine Serienherstellung, die umfangreiche Variationen von Modellen, d. h. auch von Automodellen ermöglichte.

Das Produktionsmodell, das die Dritte industrielle Revolution repräsentierte, war das der fraktalen Fabrik. Die Organisationskonzeption dieses Modells bestand darin, dass mit einem offenen System eigenständig operierender Produktions- bzw. Unternehmenseinheiten eine auf kommunikativ vernetzter Basis vorgehende Herstellung auch von Automobilen entstand. Die Grenzen der fordistischen Fabrikgestaltung und dem tayloristischen Arbeitskonzept lösten sich auf und die Kombinationen konzentrierten sich auf ihre funktionalen Abläufe.21 Hatte Taylor gemäß seinem klassischen Organisationsprinzip eine strikt einzuhaltende Arbeitsschrittfolge am Fließband der Automobilproduktion eingeführt, so entstand mit der fraktalen Fabrik eine Arbeitsorganisation, die sich in Module aufgliederte, welche durch transparente Kommunikation miteinander verbunden waren. Auf diese Weise war es möglich, individuelle Kundenbedarfe bei den Produkten in größerem Ausmaß zu berücksichtigen als zuvor. In der fraktalen Fabrik bestand bereits ein Ansatz zur Vernetzung der Maschinen, die nur in begrenztem Ausmaß selbstoptimierende und sich selbst organisierende Einheiten bildeten.22 Die in der fraktalen Fabrik angestrebte Kommunikation der Produktionsfraktalen miteinander bildeten eine Reaktion auf die Anforderungen des Zuwachses an Produktionskomplexität. Mit der Vierten industriellen Revolution, die nicht abgeschlossen ist, entstand und entsteht ein Produktionssystem, das sich nicht auf die konkrete Herstellung von Gütern beschränkt, sondern sich unter dem Begriff des Internets der Dinge auch auf die Vernetzung alltäglicher Gebrauchsgeräte erstreckt.23

Der Begriff, der das neue Produktionsparadigma der Revolution 4.0 repräsentiert, ist der der smarten Fabrik (Smart Factory). In dieser erst noch zu konzipierenden Herstellungsform werden Produktionsprozesse so miteinander vernetzt, dass eine deutlich stärkere Individualisierung der Binnenbereiche der Produktion möglich wird. Die intelligente Fabrik bildet eines der Zentren der Industrie 4.0. Die Smart Factory ist durch ihre besondere Flexibilität, Veränderungsfähigkeit, ergonomische Effizienz, Ressourceneffizienz sowie durch die Einbeziehung von Kunden, Zulieferern und Händlern in Wertschöpfungsprozesse geprägt.24

Mit dem Konzept der Smart Factory, für das in der Automobilproduktion bereits Ansätze der Realisierung bestehen, findet ein Strukturwandel statt, der die Automobilproduktion nahezu vollständig auf die informationelle Digitalisierung umstellt. Die für die Smart Factory benötigte Automatisierungstechnik beruht auf Prozessen der Selbstkonfiguration, Selbstoptimierung, Selbstdiagnose intelligenter Herstellungseinheiten.25

Das zentrale Arbeitsmittel der smarten Fabrik bildet das cyber-physische System (CPS). Mit diesem System lassen sich Arbeitsprozesse auf digitaler Basis vernetzen, sodass eine flexible Kooperation miteinander kommunizierender Produktionseinheiten entsteht. Computer steuern und überwachen mit sogenannten „Feedbackloops“ sämtliche Arbeitsprozesse.26 CPS können im weiteren Sinne auch Verkehrsmittel, Gebäude und Geräte umfassen, die mit Hilfe netzwerkfähiger Systeme über Internet und Intranet in dezentraler Form Kommunikation miteinander aufnehmen können. Hierzu sind sie mit entsprechenden Sensoren ausgestattet.27 Mit der möglichen Durchsetzung der Smart Factory in der Produktion von Automobilen findet dort ein Strukturwandel statt, der zu neuen Gestaltungsprinzipien führt (siehe hierzu Kapitel 3). Die Digitalisierung erstreckt sich auch auf das Produkt selbst, etwa in der informationellen Vernetzung der Servicesysteme eines PKW (siehe hierzu Kapitel 4).

3. Auswirkungen des Strukturwandels durch Digitalisierung auf die Produktionsprozesse der Automobilindustrie

3.1 Produktion, Wertschöpfungskette und Umfeld

3.1.1 Die Smart Factory als digitalisierter und vernetzter Produktionsort zur Herstellung von Automobilen

Die Produktionsebenen der smarten Fabrik zeichnen sich auf einer allgemeinen Ebene durch vier grundlegende Veränderungen gegenüber früheren Produktionssystemen aus, die sich als Strukturwandel betrachten lassen: Die smarte Fabrik arbeitet mit Social Machines (1), sie produziert mit Plug&Produce (2), sie verfügt über Assistenzsysteme (3) sowie über ein System der Augmented Reality (4).28 Mit dem Begriff „Social Machines“ (1) wird beschrieben, dass die Produktionsmaschinerie in intelligenter Form Informationsaustausch über Produktionszustände und Aufträge austauscht, was zur Verkürzung der Produktionsdauer und zur Steigerung der Qualität führt. Der Begriff „Plug&Produce“ (2) beschreibt die unkomplizierte Austauschbarkeit von Maschinen und Komponenten, die mit standardisierten Schnittstellen verbunden werden. Der Begriff „Assistenzsysteme“ (3) bedeutet, dass in einer Smart Factory in größerem Ausmaß als in der fraktalen Fabrik eine flexible Planungsunterstützung der Workforce durch Montagehilfssysteme besteht. Der Begriff „Augmented Reality“ (4) bedeutet, dass die Workforce mit Hilfe von Datenbrillen (etwa von Google) einen unmittelbaren visualisierten Einblick in das gesamte Produktionsfeld erhält, sodass mögliche Probleme, etwa Fehlstellungen, sofort behoben werden können.

Der Strukturwandel, der sich mit solchen Veränderungen in der Automobilproduktion in der Smart Factory niederschlägt, bildet die Reaktion der Automobilindustrie einerseits auf die vorhandene Sättigung internationaler Märkte, auf den Kundenanspruch sich permanent steigernder Modellvielfalt mit entsprechenden Entwicklungskosten, auf Überkapazitäten an den vorhandenen Produktionsstandorten sowie auf die wachsende internationale Konkurrenz in nahezu allen Angebotssegmenten.29 Die oben angesprochenen vier Kategorien der Produktionsstruktur einer Smart Factory beruhen auf informationeller Digitalisierung. Die einzelnen Produktionsmodule weisen zugleich eine große Flexibilität auf, die unter anderem dem Einsatz einer sensitiven Robotik beruht. Letztere ist mit ihren Leichtbaurobotern in der Lage, umfangreiche Kooperationsebenen zu erstellen, die die Produktivität der Schnittstelle zwischen Mensch und Roboter optimieren. Als Beispiel für das Funktionieren einer intelligenten Fabrik lässt sich der Einsatz neuartiger Leichtbauroboter in der Automobilherstellung betrachten. Diese Roboter nehmen kaum Platz ein, verfügen über eine Sensorenausstattung, die mit der Umwelt Fühlung aufnehmen kann und fast jede Art Montagetätigkeit durchführt. Zusätzlich bietet ihre Sensorik die Möglichkeit der Kooperation mit der humanen Workforce.30 Leichtbauroboter, die in der Industrie 4.0 zum Einsatz gelangen, sind in der Lage,in Montagen von Automobilen getriebene Zahnräder präzise zu fassen, die Zielposition des Automobilgehäuses zu tasten und das Element in einer dafür vorgesehenen Höhlung zu platzieren. Traditionelle Industrieroboter können solche Positionierungsanforderungen nur mit umfangreichem Hilfswerkzeug lösen.31

Ein weiterer Begriff, der sich in der intelligenten Fabrik mit Hilfe digitalisierter Organisation etabliert, ist der des Robot Farming. Die Workforce in der Automobilfertigung ist mit dieser Konzeption in der Lage, Roboter an unterschiedlichen Stellplätzen für individualisierte Aufträge einzusetzen. Mit dieser Konzeption realisiert die Automobilindustrie einerseits die aus dem Toyota-Produktionsmodell stammenden Anforderungen der Lean Production. Angesichts der steigenden Modellvielfalt und der Ansprüche eines individuellen Kundenbedarfs sind Roboter mit der Konzeption des Farming flexibel an den unterschiedlichsten Produktionsplätzen einzusetzen, um dort individuelle Montageaufträge zu realisieren. Robot Farming geht jedoch über solche flexiblen Einzelaufträge hinaus. So lässt sich der Bereich des Robot Farming als sensitive Automatisierung einer Gesamtkonzeption der Automobilproduktion in einer Smart Factory denken, in der der vollständige Prozess von der Bereitstellung der Arbeitsmaterialien bis zum tatsächlichen Montagevorgang enthalten ist.32 Das Robot Farming lässt sich in diesem Sinne als mögliche Produktionsoptimierung interpretieren, die mit ihrer flexiblen Einsatzfähigkeit vorhandene Automatisierungsformen bei weitem übertrifft.

3.1.2 Praxisbeispiele digitalisierter Automobilproduktion im Bereich Montage

Als Praxisbeispiel für die Implementierung digitalisierter 4.0-Lösungen lasen sich die Montagekonzepte nennen, die Mercedes-Benz zur Konstruktion der Hinterachse der C-Klasse mit Hilfe zusammenarbeitender Roboterteams verwendet. Mercedes-Benz nahm für dieses Projekt eine umfangreiche Strukturveränderung in (Montage 21) Kooperation mit dem Unternehmen KUKA Roboter auf.33 Das entsprechende Konzept der Arbeit mit kooperierenden sensitiven Robotern löste das feste Materialband, das eine große Anzahl einzelner Werkstücke trug, ab. Die Konzeption der fraktalen Fabrik hat sich mit dieser digitalen Konstellation vollständig aufgelöst. Benz verwendet an den entsprechenden Standorten für die Hinterachsmontage ein neues Gesamtkonzept, dessen Module durch ein Roboterteam produktiv miteinander kombiniert werden.

In dieser Produktionskonzeption existieren weder Transportbänder noch die traditionellen Dreh-, Spann- und Kipp-Installationen. Diese Arbeitsprozesse ließen sich durch Transposition einzelner Werkstückpositionen von einem Sensitivroboter zum nächsten eliminieren. Die unten folgenden Abbildungen demonstrieren das neuartige Montagekonzept auf der Basis digital operierender sensitiver Roboter.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Digital-sensitive neuartige Montagekonzeption für Mercedes-Benz- Hinterachse durch Robotik

Wie die obere Abbildung demonstriert, kooperiert eine große Anzahl von Robotern (45 der Firma KUKA) so miteinander, dass ein vernetztes Montagesystem entsteht. Auf dieser Montageebene finden keine Eingriffe von Seiten des Menschen statt. Die Bereitstellung des Arbeitsmaterials läuft mit Hilfe einer Sammelstelle ab, die einem getakteten Routenverkehr folgt. Das Bild links unten zeigt einzelne Arbeitsschritte, die jeweils einer der Roboter übernimmt. Das Bild rechts unten bildet eine permanent rotierende Drehscheibe ab, an der erstmalig menschliche Arbeit manuell zum Einsatz gelangt. Auf dieser Drehscheibe wird die Vielfalt unterschiedlicher Anbauelemente so zusammengefasst, dass die Endmontage der Hinterachse ohne Taktänderung entsteht. Sechs sensitive Roboter und mehr kooperieren in einem Verbund. Sie sind in der Lage, auch sich bewegende Werkstücke zu bearbeiten.

[...]


1 Vgl. Bracht et al.: Digitale Fabrik - Methoden und Praxisbeispiele, 2011.

2 Vgl. McLuhan: The Gutenberg Galaxy, 1962.

3 Vgl. Ebersbach et al.: Social Web, 2008.

4 Vgl. Bauernhansl et al.: Industrie 4.0 in Produktion Automatisierung und Logistik, 2014.

5 Vgl. Bauernhansl et al., a. a. O., S. 5.

6 Vgl. www.handelsblatt.com, 15.9.2014.

7 Vgl. www.bundesregierung.de, 9.10.2015.

8 Vgl. statista.com, 2014.

9 Vgl. Bundeswirtschaftsministerium, 10.6.2014.

10 Vgl. Peters et al.: Konzepte der Elektromobilität, 2013.

11 Vgl. mckinsey.de / Automobilindustrie.

12 Vgl. www.spiegel.de, 12.10.2015.

13 Vgl. www.bundesregierung.de.

14 Vgl. mckinsey.de, S. 2.

15 Vgl. Gebhardt: Generative Fertigungsverfahren Rapid Prototyping-Rapid Tooling-Rapid Manufacturing, 2007, S. 281, 282.

16 Vgl. Jürgens / Meißner: Arbeiten am Auto der Zukunft - Produktinnovationen und Perspektiven der Beschäftigung, 2005, S. 8ff.

17 Vgl. Gabler Wirtschaft, 1999, S. 3193.

18 Vgl. Hahn: Die industrielle Revolution in Deutschland, 2005, S. 3f.

19 Vgl. Taylor: Die Betriebsleitung insbesondere der Werkstätten, 1914, S. 1ff.

20 Vgl. Bonazzi et al.: Geschichte des organisatorischen Denkens, 2002, S. 27.

21 Vgl. Schenk et al.: Fabrikplanung und Fabrikbetrieb - Methoden für die wandelbare Fabrik, 2014, S. 19ff.

22 Vgl. Warnecke, Aufbruch zum fraktalen Unternehmen: Praxisbeispiele für neues Denken und Handeln, 1995.

23 Vgl. Koren, The Global Manufacturing Revolution. Product-Process-Business Integration and Reconfigurable Systems, 2010, S. 12f.

24 Vgl. Böhler, Industrie 4.0 - smarte Produkte und Fabriken revolutionieren die Industrie, in: Produktion Magazin, 10.5.2012.

25 Vgl. Selbstkonfigurierende Automation für intelligente technische Systeme; www.youtube.com

26 Vgl. Lasi et al., Industrie 4.0, in: Wirtschaftsinformatik 2014/04, S. 15f.

27 Vgl. Bauernhansl, Die Vierte Industrielle Revolution - der Weg in ein wertschaffendes Produktionsparadigma, S. 16.

28 Vgl. Bauer et al.: Industrie 4.0 Studie, 2014, S. 9f.

29 Vgl. Becker: Darwins Gesetz in der Automobilindustrie - warum deutsche Hersteller zu den Gewinnern zählen, 2013, S. 10.

30 Vgl. Steegmüller: Wandlungsfähige Produktionssysteme für den Automobilbau der Zukunft, 2014, S. 110.

31 Vgl. Steegmüller: Wandlungsfähige …, a. a. O., S. 111.

32 Vgl. Steegmüller: Wandlungsfähige …, a. a. O., S. 113.

33 Vgl. www.kuka-ag.de, 04.12.2012.

Details

Seiten
57
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783656986621
ISBN (Buch)
9783656986638
Dateigröße
1.4 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v334445
Institution / Hochschule
Beuth Hochschule für Technik Berlin
Note
1,7
Schlagworte
digitalisierung strukturwandel automobilindustrie autonomesfahren carsharing smartfactory bigdata industrielle Revolution Internet der Dinge Big Data 3D Druck Industrie 4.0 Wirtschaftsingenieurwesen Maschienenbau Automobil Auto

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Titel: Strukturwandel durch Digitalisierung in der Automobilindustrie