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Internet der Dinge Wie das Internet der Dinge und Industrie 4.0 Geschäftsprozesse verändern

Autor / Redakteur: Eduard Rüsing / Stefanie Michel

Produkte werden zunehmend intelligent und vernetzt, doch in diesem Zuge müssen sich auch die Unternehmen wandeln. Diese Umstellung umfasst sowohl organisatorische als auch technische Veränderungen. Auf was sich Unternehmen konkret einstellen müssen und wie der Wandel gelingt, beschreiben zwei Fachleute.

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Bild 5: Update per Software: Tesla baut seine Autopilotfunktionen nach und nach über Softwareupdates aus.
Bild 5: Update per Software: Tesla baut seine Autopilotfunktionen nach und nach über Softwareupdates aus.
(Bild: James Lipman : jameslipman.com)

Die erweiterten Fähigkeiten der sich im Moment stark in den Vordergrund drängenden intelligenten, vernetzten Produkte (smart connected products) werden nicht nur einschneidende Auswirkungen auf Marktstrategien und Branchenstrukturen des Fertigungssektors haben. Auch intern im Fertigungsunternehmen wird praktisch jede der Kernfunktionen, wie beispielsweise Produktentwicklung, IT, Fertigung, Marketing oder Vertrieb/Service, neu definiert. Zusätzlich werden völlig neue Funktionsbereiche entstehen. Diese Veränderungen bei Produkten und Organisationsstrukturen sind nicht einfach und bergen Unwägbarkeiten. Aber Unternehmen, denen die Umstellung gelingt, werden langfristig stark davon profitieren.

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Wandel zu Smarten Produkten ist für Unternehmen beunruhigend

Das sind Thesen von Prof. Michael E. Porter (Harvard Business School) und James E. Heppelmann, Präsident und CEO von PTC, die in einer Grundsatzabhandlung im Harvard Business Manager (Ausgabe 12/15) die organisatorischen Veränderungen und Herausforderungen beschreiben, die die Herstellung und der Vertrieb von intelligenten vernetzten Produkten im Unternehmen selbst verursachen werden. Für viele Unternehmen, die mit dem Übergang zu smarten Produkten zu kämpfen haben, sei der Wandel beunruhigend oder destabilisierend, brächte er doch interne Anpassungen, Wettbewerbsprobleme und Sicherheitsbedenken mit sich.

Die Autoren schildern eine Reihe von technisch-organisatorischen Ansätzen, wie sich die Transformation vom Hersteller konventioneller Produkte zum Anbieter anspruchsvoller Internet-der-Dinge (IoT)-Lösungen in den einzelnen Abteilungen/Funktionen des Fertigungsunternehmens auswirkt beziehungsweise erfolgreich bewältigt werden kann. Im Vordergrund stünde aktuell die Organisationsstruktur, denn die seit Jahrzehnten etablierten Organigramme beginnen aufzubrechen und sich zu verändern (Bild 2). Die Funktionsbereiche werden auf neue Art und Weise zusammenarbeiten und sich in jedem Fall enger abstimmen müssen, als bisher. Man stehe aber erst am Anfang und deshalb gebe es auch noch keinen Königsweg zur Realisierung der neuen Strukturen. (Auf die vielen Beispiele vernetzter Produkte in der Praxis, die im Ursprungsartikel zu finden, kann hier aus Platzgründen nur ab und an eingegangen werden).

Vernetzte Produkte verändern Wesen, Arbeit und Strukturen der Unternehmen

Vernetzte Produkte werden nach Ansicht von Porter und Heppelmann also nicht nur den Wettbewerb auf den Märkten neu sortieren, sondern auch das Wesen, die Arbeit und die Strukturen der Fertigungsunternehmen. Zur Charakterisierung der neuartigen Produktlösungen, die eine bisher nicht gekannte, enge und direkte sowie zeitlich unbegrenzte Beziehung zum Kunden herstellen, definieren sie drei Kernelemente:

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  • physische Komponenten mit mechanischen oder elektrischen Bauteilen,
  • intelligente Komponenten, wie Sensoren, Aktoren, Mikroprozessoren, Datenspeicher, Software/Betriebssystem und eine digitale Bedienoberfläche sowie
  • Vernetzungskomponenten, wie beispielsweise Schnittstellen, Antennen und Netzwerke, die die Kommunikation zwischen Produkt und Cloud sicherstellen.

Die Cloud wird in vielen vernetzten Produktlösungen ein zentrales Element für die Software / das Produkt-‚Betriebssystem‘ sein, die zum Beispiel ein Big-Data-Datenbanksystem, eine Regel-/Analyse-Engine oder intelligente Produktanwendungen, die die Funktionen des Produktes überwachen, steuern und optimieren, beheimatet.

Neuer Unternehmensbereich zuständig für die „Datenseen“

Überhaupt die Daten. Sie fallen bei IoT-Lösungen kontinuierlich und in großen Mengen an. Ihr volles Informationspotenzial auszuschöpfen, wird zu einem entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Deshalb sei für die Kontrolle, Analyse und vor allem auch die Sicherheit der Daten eine wichtige neue Unternehmensfunktion unerlässlich. In solchen „Datenabteilungen“ werden nicht nur wie bisher einzelne Messwerte verarbeitet, sondern Daten unterschiedlichster Herkunft lassen sich kombinieren, korrelieren oder aus großen Mengen, die über Zeiträume gesammelt werden, mit geeigneten Algorithmen bestimmte Erkenntnisse aus Datenmustern ermitteln.

Das Problem dabei ist, dass die Daten als ein Sammelsurium verschiedenster Formate vorliegen: darunter Sensor- und andere Zustandsdaten, Standortinformationen, Wetterangaben, Vertriebs- oder Garantiehistorien. Sie werden in sogenannten Datenseen (Data Lakes) in ihrem Rohformat gespeichert und mit Analysetools untersucht (Bild 2). Um mit der Fülle an Daten besser umgehen zu können, setzen Unternehmen vermehrt sogenannte digitale Zwillinge ein, eine 3-D-Nachbildung des physischen Produkts (ursprünglich von der Forschungsabteilung des US-Verteidigungsministeriums, DARPA, entwickelt). Mit dieser Art Avatar werden in der virtuellen Realität der Status, die Veränderungen oder die Betriebsbedingungen des realen Produktes visualisiert. Die Hersteller können von einem solchen 3D-Zwilling auch Know-how für eine bessere Konstruktion, Fertigung oder Betreibung/Wartung ableiten.

Welche Veränderungen der „alten“ Unternehmensfunktionen werden nun von den Daten und Fähigkeiten intelligenter, vernetzter Produkte verursacht? Für Porter und Heppelmann beginnt diese Transformation im Bereich der Produktentwicklung, sie habe sich aber mittlerweile auf die gesamte Wertschöpfungskette ausgedehnt. Vernetzte Produkte stellen ganz andere Anforderungen an den Design- und Entwicklungsprozess. Sie sind komplexe Systeme mit Software im Gerät selbst und umfangreicher Software in der Cloud. Der bisherige maschinenbaugetriebene Entwicklungsprozess wandelt sich deshalb vermehrt zum interdisziplinären Systems Engineering, bei dem neben Maschinenbauingenieuren mindestens genauso viele Softwareentwickler (und andere Fachleute) beteiligt sind.

Ziel ist die voll automatisierte, selbst steuernde Fabrik

Auch im Fertigungsbereich wird sich ein tiefgreifender Wandel vollziehen. Zum einen wird in der intelligenten, vernetzten Fabrik der Einsatz von smarten Werkzeugen und Maschinen vorangetrieben werden. Initiativen, wie Industrie 4.0 in Deutschland und Europa oder Smart Manufacturing in den USA, haben nichts weniger als die voll automatisierte und möglichst sich selbst steuernde Produktion als Ziel. Beispielsweise versehe General Electric im Rahmen seiner „Brilliant-Factories“-Strategie Maschinen entweder nachträglich oder bereits beim Produktdesign mit Sensoren. Die Rückmeldedaten werden ausgewertet, um Stillstandzeiten zu verringern bzw. die Effizienz zu erhöhen. Einem der Werke sei es damit gelungen, die Produktion fehlerfreier Einheiten zu verdoppeln.

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Neben den vernetzten Maschinen und Tools, die zur Produktion eingesetzt werden, wird auch das eigene smarte Produkt die Strukturen der Fertigung verändern. Die mechanische Fertigung wird einfacher, da mehr Funktionen am Produkt durch Software erledigt werden können. Und zur Fertigung gehört jetzt auch die Erstellung der Software und der Aufbau des cloudbasierten Systems. Durch die Software können Individualisierungen des Produktes immer später im Montageprozess erfolgen. Das kann so weit gehen, dass die Endmontage beim Kunden vorgenommen wird oder auch nach der Auslieferung noch Anpassungen erfolgen können. In dem Sinne wird auch die Fertigung durch die Produktupdates via Software zu einem kontinuierlichen Prozess.

Lückenlose Überwachung der gesamten Fahrzeugflotte

Über Konstruktion und Fertigung hinaus profitieren auch alle anderen Bereiche von vernetzten Produkten und werden dort die Abläufe entsprechend angepasst werden müssen. In der Logistik wird es unter anderem eine lückenlose Überwachung der gesamten Fahrzeugflotte geben, mit der Möglichkeit Wetter- und Verkehrsbedingungen oder auch technische Werte und Zustände des Fahrzeugs bei einem optimalen Lieferfahrplan zu berücksichtigen.

Die Möglichkeit, fortwährend das Produkt zu kontrollieren, wird im Marketing und Vertrieb die Kundenbeziehung völlig neu definieren: entscheidend ist nicht mehr der Verkauf des Produkts, sondern die Maximierung des Wertes für den Kunden über die gesamte Nutzungsdauer hinweg. Aufgrund der Produktdaten und des andauernden Kontaktes mit dem Kunden, kann der Hersteller mit einem Zusatznutzen bzw. neuen Geschäftsmodellen die Zufriedenheit des Kunden maximieren. Damit wird auch die Marktforschung sich in weiten Teilen neu aufstellen müssen.

Auch im Aftersales wird sich die Effizienz entscheidend verbessern und von einem reaktiven auf einen vorbeugenden und aktiven Kundendienst umorganisiert. Was per Ferndiagnose oder beispielsweise Installieren eines Softwareupgrades nicht behoben werden kann, wird mit einem einmaligen Besuch des Technikers erledigt, weil er alle Informationen über den Zustand des Produktes immer vorliegen hat und deshalb bereits optimal vorbereitet zum Kunden kommt. Augmented-Reality-Lösungen können ihn dabei unterstützen, indem sie Reparaturbedarf anzeigen oder mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung durch die Reparatur führen.

Anteil smarter Produkte noch Jahrzehnte bei unter 50 %

Wie wird das Fertigungsunternehmen der Zukunft aussehen? Für Porter und Heppelmann werden selbst bei den progressivsten Industrieunternehmen noch auf Jahrzehnte hinaus weniger als die Hälfte der hergestellten Produkte intelligent und vernetzt sein. Das heißt, ein Nebeneinander von alten und neuen Strukturen wird die Organisation zusätzlich erschweren. Smarte Produkte erfordern eine bereichsübergreifende Koordination, von der Produktentwicklung über den Betrieb der Cloud, die neuen Servicestrukturen bis zum Kundenkontakt nach dem Verkauf. Alle Funktionsbereiche müssen sich intensiv abstimmen, mit den herkömmlichen Übergaben an die nächste Abteilung ist es nicht mehr getan. Dabei überschneiden sich die Aufgaben und die ehemals klaren Grenzen zwischen den Funktionen lösen sich auf.

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Die Autoren erwähnen vier aus ihrer Sicht wichtige Veränderungsansätze. Der erste ist eine vertiefte Integration zwischen IT- und dem-Bereich Forschung & Entwicklung. Beide müssen ihre Funktionen zusammenführen, da momentan nur die IT in der Lage ist, die IT-Hardware und die Software basierten Teile zu entwickeln und zu unterstützen. Dabei zeichnen sich verschiedene Praxismodelle ab: zum Beispiel werden IT-Teams in die F&E-Abteilung integriert oder Unternehmen bilden funktionsübergreifende Produktentwicklungsteams, in denen auch IT-Mitarbeiter vertreten sind.

Vertiefte Integration zwischen allen Funktionen, speziell zwischen IT und F&E

Die weiteren drei Veränderungsansätze betreffen völlig neue Funktionsbereiche, um den Anforderungen vernetzter Produkte gerecht werden können (Bild 2). Das sind:

  • eine zentrale Datenabteilung, um die „neue“ Ressource Daten optimal zu erheben, zu analysieren und funktionsübergreifend bereitzustellen
  • eine aus der IT-Branche bekannte Zwitterfunktion aus Entwicklung und Produktion mit der Abkürzung Dev-Ops. Diese Abteilung soll Teams organisieren, die Produkteinführungszyklen verkürzen, Produktupgrades und das Korrigieren von Fehlern vornehmen oder nach Verkauf neue Dienstleistungen bereitstellen.
  • ein Kundenerfolgsmanagement, welches für das Kundenerlebnis verantwortlich ist und dafür, dass der Kunde einen maximalen Nutzen aus dem Produkt erzielt. Die Abteilung trägt nach dem Verkauf die Hauptverantwortung für die Beziehung zum Kunden.

Eine absolute Querschnittsfunktion, die für alle Bereiche von der Entwicklung bis zum Kundendienst relevant ist, ist das Thema Sicherheit. Die große Bedeutung, die der Sicherheit der Produktdaten und der beteiligten Unternehmen zukommt, habe sich aber noch nicht in klaren Strukturen manifestiert und entwickele sich erst noch. Klar ist, dass jeder Bereich seinen Teil zur Lösung der Sicherheitsfrage beitragen muss.

Wie kann der Wandel gelingen? Nach Ansicht der Autoren sind Übergangsstrukturen unausweichlich. Viele Unternehmen haben ihre Initiativen für vernetzte Produkte auf Geschäftsbereichsebene angesetzt, entweder mit einem eigenständigen Geschäftsbereich, einem Center of Excellence (Konzernbereich als Cost-Center ohne Ergebnisverantwortung) oder mit einem bereichsübergreifenden Lenkungsausschuss mit den Vordenkern verschiedener Geschäftsbereiche. Ein Beispiel für eine eigenständige Einheit ist die seit 2008 bestehende Bosch Software Innovations. Sie hilft den produktbasierten Bereichen und den externen Kunden der Bosch-Gruppe, Strukturen für intelligente, vernetzte Produkte aufzubauen.

Dieser Beitrag ist auf unserem Partnerportal MM MaschinenMarkt erschienen.

* Eduard Rüsing ist freier Fachjournalist. Weitere Informationen: Parametric Technology GmbH in 85716 Unterschleißheim

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