FG Produktionswirtschaft
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Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist derzeit eines der großen Zukunftsthemen der Automobilindustrie. Das Thema ist nicht nur für den Automobilsektor relevant, sondern bietet auch Potential für andere Bereiche der Mobilität. Ein Beispiel ist die Umrüstung von Diesel-Rangierlokomotiven und Diesel-Triebwagen auf hybride Antriebe. In verschiedenen Projekten konnte bereits gezeigt werden, dass sich Emissionen und Kraftstoffverbrauch so erheblich reduzieren lassen.
Als wichtigste Komponente des hybriden oder elektrischen Antriebsstrangs ist der Energiespeicher zu sehen. Er bestimmt wesentlich über die erzielbare Reichweite sowie die Verbrauchs- und Leistungsparameter des Fahrzeugs. In dieser Studie wird daher ein Überblick über aktuell verfügbare und sich in Entwicklung befindende Speichertechnologien sowie eine Einschätzung zu deren Weiterentwicklung gegeben. Der Fokus liegt dabei auf der Eignung der Speicher für die Anwendung in Hybridrangierlokomotiven.
Zu diesem Zweck wurde einerseits eine umfassende Recherche in aktueller Fachliteratur durchgeführt. Andererseits erfolgte eine Befragung von Experten für elektrochemische Speicher aus Wissenschaft und Industrie. Darauf aufbauend erfolgte eine Bewertung der Eignung aktueller und zukünftiger Speichertechnologien für die Verwendung in Hybridrangierlokomotiven. Zur Visualisierung der zukünftigen Entwicklungen wurde eine Produkt- und Technologie-Roadmap für die relevanten Technologien erstellt.
Die Digitalisierung diffundiert aktuell sehr stark in die industrielle Produktion. Produzierende Unternehmen erhoffen sich durch die Umsetzung von Digitalisierungsprojekten Wettbewerbsvorteile, neue Erlöse oder Effizienzgewinne bei der betrieblichen Leistungserstellung. Getrieben durch die Aktualität des Themas gibt es zahlreiche wissenschaftliche Ansätze, die sich mit der
Digitalisierung der Produktion, etwa unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“, auseinandersetzen.
Häufig werden technische Entwicklungen und organisatorische Veränderungen thematisiert. Konkrete Hindernisse für die Vorbereitung, Entscheidung, Umsetzung und Bewertung von Digitalisierungsprojekten werden jedoch selten adressiert. Dennoch bestehen entlang des Entscheidungsprozesses zur Umsetzung von Digitalisierungsvorhaben zahlreiche Hindernisse. Zum zielgerichteten Auflösen der vorhandenen Hindernisse ist ein auf den Besonderheiten des Entscheidungsprozesses fokussierter Ansatz notwendig, der die Umsetzung der Vorhaben beschleunigt, Ressourcen schont und die Entscheidungsqualität verbessert.
Bislang vorliegende Erkenntnisse aus dem wissenschaftlichen Schrifttum sollen mit dieser Studie im deutschsprachigen Raum empirisch vertieft werden. Die Studie wird durch die zentrale Forschungsfrage „Welche Hindernisse bestehen im Entscheidungsprozess zur Digitalisierung der Produktion und wie können diese abgebaut werden?“ geleitet. Dazu werden zunächst Hinderniskategorien gebildet und anschließend nach den dahinterliegenden Defiziten gefragt. Damit sollen Kenntnisse erlangt werden, mit denen Rückschlüsse zur Vermeidung bzw. dem Abbau der Hindernisse möglich sind.
Untersuchung von aktuellen Trends und Herausforderungen im Supply Chain Management in Deutschland
(2023)
Diese Studie untersucht die aktuellen Trends und Herausforderungen im Supply Chain Management (SCM) in Deutschland anhand von 16 Interviews, die von November 2022 bis Januar 2023 durchgeführt wurden. Die Studie deckt sechs Themenbereiche ab: aktuelle Ereignisse, Veränderungen im SCM, Nachhaltigkeit, Software, neue Technologien und Sichtbarkeit. Die am häufigsten genannten Herausforderungen waren Ressourcenverfügbarkeit, lange Durchlaufzeiten, Fachkräftemangel und preisbedingte Probleme. Die Experten wurden zu aktuellen Ereignissen wie Schwankungen der Rohstoffpreise, Chinas Null-Covid-Strategie und logistischen Engpässen befragt. Die Studie zeigt, dass die Lieferketten komplexer geworden und gewachsen sind und sich die Qualität der Vernetzung verbessert hat. Nachhaltigkeit wird immer wichtiger, und Zertifizierungen können deren Bedeutung belegen. Die Anpassungsfähigkeit von ERP-Systemen wurde kritisiert, und cloudbasierte Lösungen werden aus Sicherheitsgründen gemieden. Neue Technologien wie AR, VR, IoT, Big Data, KI, Additive Manufacturing und Blockchain haben Anwendungspotenzial im SCM. Experten halten Transparenz für wichtig, aber sie ist noch gering und hat das Potenzial, Risiken zu erkennen. Tracking und Tracing sind intern weit verbreitet, aber international gibt es Probleme. Die Studie liefert Erkenntnisse für Unternehmen, um sich anzupassen und weiterzuentwickeln, damit sie künftige Krisen besser bewältigen können.
Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung und Vernetzung von Geschäftsprozessen innerhalb und außerhalb des Unternehmens sowie den steigenden Dynamiken im gesamten Auftragsabwicklungsprozess sind die Möglichkeiten und Grenzen klassischer betrieblicher Informationssysteme zur Unterstützung der Entscheidungsträger zu hinterfragen. Neben gängigen Tabellenkalkulationstools setzten Unternehmen bisher verschiedene Informationssysteme ein. Klassische Systeme sind u.a. Enterprise Resource Planning (ERP) - Systeme, Supply Chain Management (SCM) - Systeme bzw. Advanced Planning and Scheduling (APS) - Systeme sowie Manufacturing Execution Systeme (MES).
Bisherige Studien konnten bereits verschiedene Probleme gängiger Systeme im Kontext der Implementierung, der Systemleistung, des Systemnutzens und der Interoperabilität aufzeigen. Insbesondere stärker projektorientierte Unternehmen mit kundenindividueller Auftragsfertigung kritisieren die fehlende Anpassungsfähigkeit der Systeme an die veränderten Unternehmensprozesse. Unternehmen setzen daher teilweise auf individuell entwickelte Systeme, um den Problemen entgegen zu wirken.
Zur Untersuchung des Status quo betrieblicher Entscheidungsunterstützungssysteme wurde eine Studie durchgeführt, welche einen aktualisierten Blick auf die Probleme und Anforderungen zur Verbesserung der Systeme ermöglicht. Die Ergebnisse wurden für die einzelnen Systeme und zusätzlich unter Berücksichtigung des im Unternehmen vorliegenden Auftragsabwicklungstyps analysiert. Es zeigt sich, dass insbesondere die Unterstützung bei Problemen und Störungen im Auftragsabwicklungsprozess verbessert werden muss.
Im Zeitraum von Februar bis Mai 2023 wurde am Lehrstuhl für Produktionswirtschaft die Studie zum Thema „Technologische Trends und Entwicklungen alternativer Energiesysteme“ durchgeführt. Die vorliegende explorative Studie basiert auf leitfadengestützten Interviews von 54 Experten und Expertinnen aus Forschungsinstituten, der Wirtschaft sowie Branchenverbänden. Die Auswertung der Interviews folgte dem Prinzip der strukturierenden Inhaltsanalyse.
Für die allgemeine Entwicklung der erneuerbaren Energien und um zukunftsweisende Technologien zu identifizieren, ist es notwendig ein energiewirtschaftliches Zieldreieck mit den Ausprägungen Rentabilität, Versorgungssicherheit und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen. Die Fachkundigen zeigen auf, dass die politische Triebkraft maßgeblich darüber entscheidet, welche Technologien in Zukunft dominieren werden. Zukünftig wird es verstärkt zum Zusammenspiel einzelner Energiequellen in regional diversifizierten Konzepten, sowie zur Elektrifizierung und Sektorenkopplung kommen. Speichertechnologien werden verstärkt entwickelt und installiert werden. Prosuming und Demand-Side Response werden von den befragten Fachkundigen zukünftig als bedeutend erachtet.
In Bezug auf die einzelnen Energiequellen werden Wasserstofftechnologien zukünftig ein erhebliches Ausbaupotenzial aufweisen. Wasserstoff ermöglicht einen Beitrag zur Dekarbonisierung diverser Sektoren und dient darüber hinaus als Speichermedium fluktuierender Energien. Zusätzlich erfolgt eine Progression im Bereich von Wind- und Solarenergie. Dabei gewinnen im Bereich Photovoltaik, Technologien wie Agri- und Floating-PV an verstärkt an Bedeutung. Die Windkraftnutzung wird durch den Bau höherer Türme und die Vergrößerung von Rotorblattdimensionen optimiert. Geothermie spielt in Zukunft eine vielversprechende Rolle bei der Dekarbonisierung des Niedertemperatursektors. Das Ausbaupotenzial von Biomasse ist aufgrund von Flächenkonkurrenz begrenzt, obwohl sich, analog zu Wasserstoff, vielfältige Nutzungsmöglichkeiten eröffnen.
Im Bereich der Energiesysteme und -komponenten eröffnen sich diverse materialspezifische so wie fertigungstechnische Verbesserungspotenziale. Einige Technologien sind dabei bereits ausgereift, aber Optimierungsbedürftig. Technologien wie Elektrolyseure oder Wärmepumpen hingegen, bedürfen der grundlegenden Weiterentwicklung, um einen effizienten Betrieb zu ermöglichen. Im Bereich der Solarenergie liegen Entwicklungsschwerpunkte in der Verbesserung kombinierter Solar- und Photovoltaikmodule sowie von Trägerstrukturen für Agri-PV und langlebigeren Konzepten für die Schwimmkörper bei Floating PV vor. Schließlich zeigt sich auch hinsichtlich der Speichertechnologien ein Entwicklungsbedarf, insbesondere in Bezug auf Wasserstoffdruck- und -flüssigspeicher, Batteriespeicher und Latentwärmespeicher. Diese Fortschritte werden entscheidend sein, um eine nachhaltige und effiziente Energiewirtschaft der Zukunft zu gewährleisten.
Aktuell sind Produktionssysteme mit einer zunehmenden Unsicherheit und Instabilität konfrontiert, sodass Störungen oder ungeplante Veränderungen schnell zu massiven Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit führen können. Zum einen liegt das an einem immer volatileren Marktumfeld, das von steigenden Kundenerwartungen und internationalerem Wettbewerb geprägt ist. Zum anderen werden die Produktionssysteme selbst immer komplexer. Derzeit führen insbesondere kürzere Planungszyklen und/oder der Einzug zunehmend vernetzter (IT-)Systeme zu einer höheren Komplexität. Damit Unternehmen unter solchen Bedingungen leistungs- und wettbewerbsfähig bleiben, ist es essentiell, bei der Konfiguration von Produktionssystemen, eine hohe Robustheit gegenüber Störungen und ungeplanten Veränderungen einzuplanen.
Trotz einer Vielzahl an modelltheoretischen Studien zu Robustheit im (erweiterten) Produktionskontext hat sich bis dato kein etabliertes Verständnis darüber herausgebildet, was Robustheit in einem Produktionssystem überhaupt bedeutet, in welchem Zusammenhang es mit anderen Fähigkeiten, wie bspw. Flexibilität oder Resilienz, steht oder wie man sie sinnvoll messen kann. Dies mag auch daran liegen, dass die Einschätzungen und Vorgehensweisen aus der industriellen Praxis bislang nur wenig Berücksichtigung fanden.
Aus diesem Grund wurde eine empirische Studie unter Entscheidungsträgern in verarbeitenden Betrieben durchgeführt. Dabei wurden das Begriffsverständnis, die Relevanz, Einflüsse sowie die Bewertung von Robustheit in Produktionssystemen aus Sicht der industriellen Praxis erfasst. Es zeigte sich u.a., dass viele Praktiker kein klares Bild von der Robustheit haben. Sie wird zudem oft als verbesserungswürdig beurteilt und von den wenigsten Unternehmen systematisch evaluiert.
Im Zeitraum von Juni bis Oktober 2022 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der BTU Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Digitalisierung in der Montage mit dem Schwerpunkt des Einsatzes von Assistenzsystemen“ als Online Umfrage durchgeführt. 158 Personen mit leitenden oder planenden Funktionen in der Montage beantworteten den Fragebogen vollständig. Die Digitalisierung in der Montage ist wichtig und notwendig zur Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit der Montagen. Die größten gegenwärtigen Herausforderungen sind
zunehmende Bedarfsschwankungen, Preisdruck aufgrund von internationalen Wettbewerb und die Steigerung der Produktvarianz. Diese werden abgelöst durch die zukünftigen Herausforderungen des Altersanstiegs der Montagemitarbeiter, Zunahme von Sprachbarrieren durch Arbeitsmigration und
die Reduzierung der Produktlebenszyklen. Der Fachkräftemangel und die steigende Anforderungen an die Montageaufgabe bestehen als gegenwärtige und zukünftige Herausforderung. Die Anzahl der Arbeitsplätze, an denen digitale Technologien in der Montage Anwendung finden werden, wird weiter ansteigen. Zukünftig werden an der Mehrheit der Arbeitssysteme in der Montage digitale Technologien im Einsatz sein. Dies gilt auch für Assistenzsysteme. Die Studienteilnehmer beschreiben die strategische Auseinandersetzung mit der Digitalisierung in der Montage mit anteilig bis mehrheitlich vorhanden und fordern eine zunehmende strategische Auseinandersetzung innerhalb der Unternehmen ein.
Die am häufigsten genannten gegenwärtigen und zukünftigen Ziele sind die Steigerung der Produktqualität bzw. die Reduzierung von Arbeitsfehlern und die Steigerung der Arbeitsproduktivität. Der Einsatz von digitalen Technologien bzw. speziell Assistenzsystemen wird in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Die Projekte zur Einführung von Assistenzsystemen werden sich von Bestandsprojekten, d.h. in ein vorhandenes Montagesystem wird ein Assistenzsystem nachgerüstet, zu Neuprojekten, d.h. die Planung und Realisierung des Assistenzsystems erfolgt zusammen mit dem Montagesystem, wandeln.
Im Zeitraum von Oktober bis Dezember 2016 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Die Wertstrommethode im Zeitalter von Industrie 4.0“ als Online-Umfrage durchgeführt. 170 Personen beantworteten den Fragebogen vollständig, allesamt haben Erfahrungen mit Lean Production. Die zunehmende Volatilität der Märkte sowie die fortschreitende Digitalisierung werden als die größten Herausforderungen für Produktion/Produktionssystem gesehen.
Als größter Nachteil der Wertstrommethode gilt, dass sie nur ein statisches Tool ist bzw. eine Momentaufnahme darstellt. Am meisten werden an der Wertstrommethode die Transparenz hinsichtlich Engpässen und Problemen sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen geschätzt. Knapp die Hälfte der Befragten aktualisiert Dokumente von Wertstromanalyse und -design höchstens einmal pro Jahr. Der Aufwand dafür ist höchst unterschiedlich und reicht von einem bis zu mehr als 20 Manntagen. Kurz- und mittelfristig wird eine autonome Produktionssteuerung in der Serien- und Massenfertigung nicht als realistisch angesehen. Die Bedeutung der Wertstrommethode wird damit weiterhin groß bleiben.
Die große Mehrheit der Teilnehmer sieht überwiegend keine Widersprüche zwischen Industrie 4.0 und der Lean-Philosophie, hält Lean nach wie vor für wichtig und plädiert für eine Integration von Lean und Industrie 4.0. Als besonders groß wird bei der Integration von Lean und Industrie 4.0 das Potential zur Steigerung der Flexibilität angesehen. Ein Großteil der Experten ist der Meinung, dass künftige Herausforderungen der Produktion auch Auswirkungen auf die klassische Wertstrommethode haben werden. Zwei Drittel der Befragten halten eine Weiterentwicklung der Methode mit Industrie 4.0-Lösungen deshalb für sinnvoll. Von besonderem Interesse sind für die Studienteilnehmer dabei die Möglichkeit der Simulation, die Echtzeit-Integration von Produktions- und Maschinendaten sowie die Schaffung einer Schnittstelle zu ERP-/MES-Systemen. Dabei sollen die Aspekte Transparenz der Prozesse, die Einbeziehung aller Beteiligten sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen unbedingt berücksichtigt werden.
Im Zeitraum von März bis Juni 2023 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der BTU Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Die Produktionssteuerung im digitalen Zeitalter“ als Online-Umfrage durchgeführt. 125 Personen mit operativen, planerischen und strategischen Funktionen in der Produktion oder des produktionsnahen Umfeldes beantworteten den Fragebogen. Die Studie zeigt, dass bei vielen Praktikern ein sehr klares Bild vorherrscht, was die Produktionssteuerung der Zukunft leisten muss. Die Erweiterung der Produktionssteuerung um Künstliche Intelligenz wird in sehr starkem Maße als sinnvoll erachtet, um die Effizienz am Shop-Floor bei hoher Komplexität der Leistungsprozesse auch in Zukunft aufrechtzuerhalten. Die ausgewerteten Daten zeigen, dass die aktuellen Systeme der Produktionssteuerung die Nutzer nicht in dem Ausmaß unterstützen, wie es erwartet wird. Die Nutzer sind gefordert, ihr Wissen und ihre Kompetenzen einzusetzen, um funktionale Defizite der Anwendungen zu kompensieren. Die Kooperation von Menschen und KI in der Produktionssteuerung wird als sinnvoll angesehen. Dabei wird eine Kombination aus menschlicher Arbeit und KI-Unterstützung bevorzugt, während eine vollautonome KI seltener favorisiert wird. Die Studienergebnisse zeigen eine wachsende Zustimmung und Offenheit für den Einsatz von KI als Werkzeug in der Produktionssteuerung, jedoch unter menschlicher Aufsicht und Beteiligung. Die Herausforderungen der Integration von Künstlicher Intelligenz in die Mensch-Maschine-Interaktion umfassen technische und soziale Aspekte. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind geeignete Lösungsansätze notwendig, wie die Entwicklung sicherer Schnittstellen, robuste Datenschutzmaßnahmen aber auch Nutzerakzeptanzförderung durch Aufklärung und Schulung. Innerhalb eines hybriden Rahmens, wo der Mensch mit der KI arbeitet, müssen klare Regeln für die Interaktion definiert werden. Die KI soll die menschliche Entscheidungsfindung interaktiv unterstützen, neue Perspektiven bieten und alternative Vorschläge unterbreiten. Insgesamt betonen die Ergebnisse der Umfrage die Bedeutung von Sicherheit, Transparenz, Kontrolle und die Validierung von KI-Entscheidungen durch menschliche Akteure. Es zeigt sich, dass die Kombination von Menschen und KI nicht nur technologische Vorteile bietet, sondern auch dazu beitragen kann, nachhaltig wirtschaftlichere Ergebnisse zu erzielen.