Standardisierung für Industrie 4.0 in KMU - Welche Herausforderungen werden von kleinen und mittleren Unternehmen durch Standardisierung hinsichtlich Industrie 4.0 gesehen? Ein Branchenvergleich.

Standardisierung umfasst im Kontext von Industrie 4.0 zahlreiche Aspekte, die im Referenzarchitekturmodell innerhalb der Normungs- Roadmap zu Industrie 4.0 hinsichtlich der Hierarchieebenen zu unterscheiden sind. Sie werden vom einzelnen Produkt über das Unternehmen bis hin zur vernetzten Welt, bezüglich des Lebenszyklus von der Produktentwicklung bis hin zum Gebrauch sowie hinsichtlich der verschiedenen Schichten digitaler Abbilder unterschieden [1]. Dieser Beitrag befasst sich mit den Hierarchieebenen und verdichtet diese zur unternehmensinternen und unternehmensexternen Perspektive sowie den Schnittstellen. Grund hierfür ist, dass diese Ebenen bereits in einer vorangegangen Studie des Lehrstuhls als relevante Herausforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) herausgefunden wurden [2]. Zur Beantwortung der Frage, in welchen Hierarchieebenen das Thema Industrie 4.0 Anstrengungen zur Standardisierung erfordert, wurden wiederum KMU ausgewählt. Dieses Vorgehen hat drei wesentliche Gründe.
Erstens werden die Potenziale durch Industrie 4.0 vor allem durch die horizontale und vertikale Vernetzung der gesamten Wertschöpfungskette erwartet, wobei die Standardisierung über Unternehmensgrenzen hinweg zur vollständigen Vernetzung der Wertschöpfungskette unabdingbar ist [3-6]. Insbesondere in der deutschen Industrie spielen KMU mit bis zu 500 Mitarbeitern und 50 Millionen Euro Jahresumsatz eine wesentliche Rolle. So zählen in Deutschland 99,6 % aller Unternehmen zu den KMU, wobei diese über 50 Prozent der Wirtschaftsleistung Deutschlands mit fast 60 Prozent der sozialversicherungspflichtigen Beschäftigten erbringen [7, 8]. Trotz dieser enormen Bedeutung von KMU für die deutsche Wirtschaft sind spezifische Untersuchungen hinsichtlich Industrie 4.0 derzeit noch selten, es wird jedoch die notwendige Standardisierung innerhalb mittelständischer Unternehmen explizit genannt [9].
Zweitens weisen KMU die Besonderheit auf, dass die Leit- und Führungsebene in der Lage ist, das gesamte Unternehmen zu überblicken und damit auch ganzheitliche Aussagen hinsichtlich verschiedener Fragestellungen zu treffen [10]. Insbesondere bei Betrachtung der Hierarchieebenen sind somit ganzheitliche Aussagen möglich. Damit eignen sich KMU insbesondere dazu, vergleichbare Aussagen für ein gesamtes Unternehmen zu treff en, was mit steigender Unternehmensgröße zunehmend schwieriger ist. Gerade beim Thema Standardisierung kann eine externe und interne Betrachtung sowie die Einschätzung von Schnittstellen jedoch von einer Führungsperson in einem KMU durchgeführt werden. Diese ganzheitliche und gleichzeitige Betrachtung aller drei Hierarchieebenen der Standardisierung erlaubt einen Vergleich zwischen diesen sowie die Ableitung ganzheitlicher Strategien.
Drittens haben bisherige Untersuchungen gezeigt, dass KMU spezifi sche Herausforderungen aufweisen, die sich von Großunternehmen unterscheiden. Entsprechend gilt es, für diese spezifi schen Herausforderungen auch spezifi sche und für KMU zugeschnittene Lösungen zu fi nden. Das Problem der mangelnden Standardisierung und der Schaff ung von Schnittstellen hinsichtlich Industrie 4.0 wurde in einer vorangegangenen Untersuchung von 177 KMU bereits festgestellt. So wurde ein geringer Standardisierungsgrad 39 Mal und damit am dritthäufi gsten nach fehlenden fi nanziellen Mitteln und geringen Stückzahlen genannt. Auch wurde die Schaff ung von Schnittstellen, insbesondere für Daten, von 27 interviewten Experten aus KMU angemerkt [2]. Somit ist das Thema durchaus in KMU erkannt und bedarf einer tiefergehenden Untersuchung.

Methodik

Grundlage dieser Studie ist eine vorangegangene qualitative Studie, die zur Ableitung spezifi scher Herausforderungen zu Industrie 4.0 für KMU genutzt werden konnte. Zu dieser gehören auch die Themen Standardisierung und Schnittstellen hinsichtlich Industrie 4.0 für KMU [2]. Basierend auf den in der vorangegangenen Studie durchgeführten 177 Experteninterviews wurden verschiedene Themen auf Basis einer quantitativen Untersuchung genauer betrachtet.
Dabei wurden 225 KMU in Deutschland befragt, wobei in der Hälfte der Fälle der jeweilige Geschäftsführer den Fragebogen beantwortete. Alle weiteren Befragten zählen ebenfalls zu Führungspositionen, insbesondere hinsichtlich Industrie 4.0. Die Unternehmensvertreter bewerten dabei verschiedene Fragestellungen zu Industrie 4.0 mittels einer fünfstufi gen Likert- Skala. Die betrachteten Branchen umfassen zehn bedeutende Zweige der deutschen Industrielandschaft, wobei alle Branchen mit mindestens sechs Teilnehmern vertreten sind.
 

Bild 1: Branchendiff erenzierte Darstellung der drei Hierarchieebenen der
Standardisierung sowie die jeweilige Bedeutung der Herausforderungen.

Ergebnisse

Die Übersicht der Ergebnisse ist als Netzspinne in Bild 1 dargestellt. Aufgrund der teilweise begrenzten Teilstichprobengrößen werden die arithmetischen Mittelwerte als Ergebnis der Expertenbefragung zu erwarteten Herausforderungen bei externer Standardisierung, Standardisierung von Schnittstellen und unternehmensintern als Vergleichsmaßstab verwendet. Zur besseren Übersichtlichkeit sind dabei nur die tatsächlich auftretenden Mittelwerte zwischen 3,2 und 4,3 dargestellt. Anschließend werden die Ergebnisse nach Branchen diff erenziert betrachtet und Handlungsempfehlungen aufgezeigt. Über alle Branchen betrachtet fällt dabei auf, dass die unternehmensinternen Herausforderungen (Mittelwert 3,4, Standardabweichung σ = 1,03) sowie die Herausforderungen hinsichtlich Schnittstellen (Mittelwert 3,5, σ = 1,02) geringer eingeschätzt werden als im Unternehmensumfeld (Mittelwert 3,9, σ = 0,98).
Um die Ergebnisse für jede Branche nochmals übersichtlich darzustellen, stellt Bild 2 die Bedeutung der externen und internen Standardisierung sowie die Standardisierung der Schnittstellen dar. Grün kennzeichnet dabei eine im Branchenvergleich geringe Bedeutung (gleich oder kleiner des Mittelwertes der Hierarchieebene), Gelb eine mittlere Bedeutung (kleiner als Mittelwert der Hierarchieebene plus σ/4) und Rot eine hohe Bedeutung (größer als Mittelwert der Hierarchieebene plus σ/4).
Im Apparatebau werden hinsichtlich aller Hierarchieebenen im Branchenvergleich eher niedrige Herausforderungen erwartet. Dabei ist anzumerken, dass im Apparatebau oft ein individuelles und damit unter Umständen wenig standardisiertes Endprodukt für den Kunden gefertigt wird. Somit könnte die wahrgenommene Bedeutung der Standardisierung hinsichtlich Industrie 4.0 geringer ausfallen. Eine Handlungsempfehlung ist entsprechend, dass die Produkte vorranging zu den Fertigungsverfahren hinsichtlich der Standards von Industrie 4.0 kompatibel werden müssen.
Die befragten Automobilzulieferer erwarten bei interner und externer Standardisierung hohe, bei Schnittstellen niedrige Herausforderungen. Daraus lässt sich ableiten, dass in der Automobilindustrie bereits sehr gut etablierte Schnittstellen im Vergleich zu anderen Industriezweigen existieren, da die Automobilindustrie in ihrem Wertschöpfungsnetzwerk bereits gut vernetzt ist. Die hohe Bedeutung der Schaffung externer sowie interner Standards könnte so interpretiert werden, dass die Automobilindustrie aufgrund bereits deutlich existierender Vernetzung der Wertschöpfungskette ebenfalls eine höhere Relevanz von Industrie 4.0 und damit auch der Standardisierung in diesem Kontext sieht. Entsprechend lautet die Handlungsempfehlung, die Schaffung externer sowie auch interner Standards synergetisch voranzutreiben und diese vor allem auf die zahlreichen Standards, die das Endprodukt Automobil betreffen, auszurichten.
Betrachtet man chemische Erzeugnisse, so werden insbesondere bei der Standardisierung von Schnittstellen hohe Herausforderungen erwartet. Diese Einschätzung überrascht vorerst, herrscht in der chemischen Industrie doch oft eine Prozessfertigung mit hohem Standardisierungsgrad vor. Aus Kenntnis der Wichtigkeit der Standardisierung könnte die Einschätzung der Wichtigkeit der Standardisierung von Schnittstellen hoch ausfallen, wobei eine Harmonisierung der Standards hinsichtlich Industrie 4.0 im Kontext der bereits bestehenden Standards untersucht werden sollte.
Unternehmen der Elektrotechnik schätzen die Herausforderungen aller drei Hierarchieebenen der Standardisierung im Branchenvergleich als gering ein. Hierbei ist anzumerken, dass in der Elektrotechnik bereits eine sehr starke Standardisierung vorherrschend ist. Trotzdem bleibt es durch die interdisziplinären Anforderungen zwischen verschiedenen Industriezweigen im Zusammenhang mit Industrie 4.0 unerlässlich, auch branchenfremde Standards stärker miteinzubeziehen.
Befragte Unternehmen der Glasindustrie erwarten hohe Herausforderungen bei der internen und externen Standardisierung im Gegensatz zur Standardisierung von Schnittstellen. Da in der Glasindustrie oft Endprodukte für den Kunden gefertigt werden, die selbst keine Datenfähigkeit aufweisen müssen oder können, ist hier eine geringere Standardisierung der Schnittstellen erklärbar. Hinsichtlich interner sowie externer Anforderungen an Standardisierung ist diese Einschätzung ebenfalls mit oft geringen Losgrößen sowie kundenindividueller Fertigung zu erklären. Welche Produkte dabei mit Industrie 4.0 kompatibel sein müssen, insbesondere hinsichtlich intelligenter Materialien, oder ob es sich eher um die eigene Fertigung handelt, ist dabei zu überprüfen.
Unternehmen der Kunststoffverarbeitung sehen sich vor allem mit Schnittstellen und externen Standards konfrontiert, was mit der häufig vorzufindenden Funktion als Teilelieferant zusammenhängen könnte. Hier ist somit zu überprüfen, welche unterschiedlichen Standards die gefertigten Teile außerhalb der eigenen Branche hinsichtlich Industrie 4.0 aufweisen müssen, um eine ganzheitliche Strategie entwickeln zu können.
Im Maschinenbau wird bei Standardisierung geringer bis mittlerer Handlungsbedarf zu Industrie 4.0 gesehen. So sind der Maschinenbau wie auch die Elektrotechnik bereits höher standardisierte Industriezweige, wodurch sich auch hier mögliche Anforderungen an zukünftige Standardisierung geringer ausprägen. Trotzdem sind im Maschinenbau durch seine Vielschichtigkeit unterschiedliche Anforderungen an Standards gegeben, die entsprechend berücksichtigt werden müssen. Zudem sollte man auch hier die Interdependenzen mit anderen, branchenfremden Standards im Rahmen von Industrie 4.0 beachten, insbesondere im Bereich Elektrotechnik und Datenstandards. Befragte KMU der Metallverarbeitung erwarten hinsichtlich aller drei Hierarchieebenen der Standardisierung geringe Herausforderungen. Die Metallverarbeitung ist dabei eine Branche, die mit einigen Konzepten von Industrie 4.0, beispielsweise der Datendurchgängigkeit der gefertigten Produkte, nicht in gleichem Maße tangiert ist wie andere Branchen. Daher sind hier im Vergleich geringere Anforderungen an die Standardisierung zu erwarten. Trotzdem sind die Anforderungen an Standardisierung hinsichtlich der Fertigung zu beachten und zukünftige Entwicklungen, wie etwa intelligente Materialien, miteinzubeziehen.

Bild 2: Bedeutung der drei Hierarchieebenen der Standardisierung für die zehn Branchen im Rahmen
der Untersuchung.

In der Stahlindustrie wird insgesamt nur eine geringe bis mittlere Bedeutung der Standardisierung im Branchenvergleich gesehen. Auch hier ist, analog zu Unternehmen aus der Metallverarbeitung, eine nicht unmittelbare Relevanz der Datentransparenz der gefertigten Produkte, sehr wohl aber der Produktionsverfahren und zukünftige Entwicklungen wie intelligente Materialien zu berücksichtigen.
Befragte Unternehmen aus der Textil- und Papierverarbeitung sehen im Branchenvergleich die höchsten Herausforderungen hinsichtlich externer Standardisierung. Hierbei ist anzumerken, dass die Verwendungsmöglichkeiten von Papier- und Textilprodukten stark variieren und somit sehr unterschiedliche Standards außerhalb der Unternehmen vorherrschen. Entsprechend muss sich die Branche hier primär Standardisierungsstrategien der Produktionsverfahren definieren und Entwicklungen wie intelligente Materialien beobachten.

Fazit

Die durch die Unternehmensvertreter wahrgenommenen Herausforderungen zu drei Hierarchieebenen der Standardisierung, unternehmensextern, unternehmensintern sowie an Schnittstellen, zeigen zwischen verschiedenen Branchen erkennbare Unterschiede, die sich oft auf für diese Branchen typische Charakteristika zurückführen lassen. Als Ergebnis sollten Branchen wie die chemische Industrie, Glasindustrie, Metallverarbeitung, Stahlindustrie sowie Textil- und Papierverarbeitung Standardisierung vorerst primär hinsichtlich der Fertigung beachten, während die gefertigten Produkte in naher Zukunft noch vergleichsweise geringeren Anforderungen hinsichtlich Datenfähigkeit im Sinne von Industrie 4.0 genügen müssen. Diese Tatsache beeinflussenden Entwicklungen wie beispielsweise intelligente Materialien sollten jedoch für die Zukunft in Erwägung gezogen werden. Branchen wie Elektrotechnik oder Maschinenbau sollten insbesondere die Interdisziplinarität der Anforderungen bei der Standardisierung von Industrie 4.0 beachten. Weitere zu beachtende Einflussfaktoren sind die Nähe zum Endkunden und damit die gegebenenfalls gewünschte Variantenvielfalt sowie die primäre Wichtigkeit von Industrie 4.0 in der Fertigung oder auch hinsichtlich der gefertigten Produkte. Diese Einflussfaktoren sollten unternehmensindividuell untersucht und gegebenenfalls erweitert werden, um entsprechende Maßnahmen hinsichtlich der Standardisierung treffen zu können. Selbstverständlich bietet diese Studie dabei nur eine Momentaufnahme, wobei die zukünftige Entwicklung in den einzelnen Branchen zu betrachten ist und entsprechende Lösungsansätze kontinuierlich anzupassen sind. Auch wird im Rahmen dieser Studie nur die Hierarchieebene innerhalb des Referenzarchitekturmodells zu Industrie 4.0 betrachtet, wobei eine integrative Betrachtung aller drei Ebenen des Modells als nächster Schritt vorzunehmen ist [1]. Als grundsätzliche Anforderung ist hier zu nennen, dass das Verständnis komplexerer Ebenen der Standardisierung geschaffen und auch auf unterschiedliche Unternehmensbereiche ausgedehnt werden muss. Das Bewusstsein hinsichtlich Standardisierung erst einmal zu fördern, stellt eine wichtige Grundlage für das weitere Vorgehen dar, die auch in anderen Studien bereits aufgezeigt wurde [1, 9]. Aufgrund des interdisziplinären Ansatzes von Industrie 4.0 ist es unerlässlich, die Interdependenzen zwischen den einzelnen Branchen genauer zu untersuchen und in die zukünftigen Strategien bezüglich branchenübergreifender Standardisierung zu integrieren.

Schlüsselwörter:

Literatur:

[1] DIN/DKE: Deutsche Normungs- Roadmap Industrie 4.0. DIN e.V., Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE. Berlin Frankfurt 2015.
[2] Müller, J.; Voigt, K.-I.: Industrie 4.0 für kleine und mittlere Unternehmen. Welche spezifischen Probleme werden bei der Einführung von Industrie 4.0 von kleinen und mittleren Unternehmen gesehen? Productivity Management 3 (2016).
[3] Kagermann, H.; Wahlster, W.; Helbig, J.: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. Deutsche Akademie der Technikwissenschaften. Berlin 2013.
[4] Bauernhansl, T.; ten Hompel, M.; Vogel-Heuser, B.: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik: Anwendung, Technologien, Migration. Wiesbaden 2014.
[5] Sendler, U.; Baum, G.; Borcherding, H.; Broy, M.; Eigner, M.; Huber, A.; Kohler, H.; Russwurm, S.; Stümpfle, M.: Industrie 4.0. Beherrschung der industriellen Komplexität mit SysLM. Berlin 2013.
[6] Spath, D.; Ganschar, O.; Gerlach, S.; Hämmerle, M.; Krause, T.; Schlund, T.: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0. Stuttgart 2013.
[7] Günterberg, B.; Wolter, H.: Unternehmensgrößenstatistik 2001/2001 – Daten und Fakten. Bonn 2002.
[8] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. German Mittelstand: Motor der deutschen Wirtschaft. Berlin 2014.
[9] Bischoff, J.; Taphorn, C.; Wolter, D.; Braun, N.; Fellbaum, M.; Goloverov, S.; Hegmanns, T.; Prasse, C.; Henke, M.; ten Hompel, M.; Döbbeler, F.; Fuss, E.; Kirsch, C.; Mättig, B.; Braun, S.; Guth, M.; Kaspers, M.; Scheffler, D.: Erschließen der Potenziale der Anwendung von Industrie 4.0 im Mittelstand. Studie für das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2015
[10] Ihlau, S.; Duscha, H.; Gödecke, S.: Spezifische Merkmale und Besonderheiten von KMU. Wiesbaden 2013.