Wertschöpfung im selbstfahrenden Unternehmen, Teil 2

Im ersten Teil dieses Beitrags ging es um die beiden Treiber am Beginn der Wertschöpfungskette: Forschung und Entwicklung sowie Produktionsprognose und -planung. Dieser zweite Teil behandelt die drei Treiber, bei denen die Wertschöpfung physisch wird: die Automatisierung der Produktion, Robotik mit digitalen Zwillingen und die automatisierte Lagerhaltung. Hier fallen die größten Investitionen an, und hier zeigt sich am deutlichsten, was das selbstfahrende Unternehmen von der Fabrik der Industrie 4.0 unterscheidet.

Fünf Treiber, eine Kette

Zur Erinnerung: Ein selbstfahrendes Unternehmen plant, dokumentiert und überwacht mit intelligenter Software jeden Schritt von der Produktidee bis zum fertigen Produkt, gleich um welche Produktkategorie es sich handelt. Im Buch „Das selbstfahrende Unternehmen“ (Springer Gabler 2021, Kapitel 6.3) habe ich daraus fünf Treiber der Wertschöpfung abgeleitet:

1. Forschung und Entwicklung
2. Produktionsprognose und -planung
3. Automatisierung der Produktion
4. Robotik und digitale Zwillinge
5. Automatisierte Lagerhaltung

Die ersten beiden Treiber arbeiten mit Informationen: Sie entscheiden, was produziert wird und in welcher Menge. Die Treiber 3 bis 5 setzen diese Entscheidungen in Material, Maschinen und Bewegung um. Der Unterschied ist wichtig, weil sich Informationen fast kostenlos kopieren lassen, Maschinen und Hallen aber nicht. Wer in die physischen Treiber investiert, legt sich für Jahre fest. Umso mehr lohnt es sich, die Richtung zu kennen.

Treiber 3: Automatisierung der Produktion

Nicht jeder Kernprozess verändert sich durch Digitalisierung und Künstliche Intelligenz grundlegend. Stahl wird auch in Zukunft nach einem bewährten Schema erzeugt, und eine Kuh frisst weiterhin am besten frisches Gras. Die Technologie unterstützt und optimiert solche Produktionsformen, sie ersetzt sie nicht. Voraussetzung ist eine gewisse Größe der Produktionseinheit, denn Automatisierung rechnet sich erst ab einer bestimmten Auslastung. Diese Größe muss nicht in einem einzigen Betrieb liegen: Der Maschinenring zeigt seit Jahrzehnten, wie Landwirtinnen und Landwirte teure Technik gemeinsam nutzen. Eine selbstfahrende Landmaschine, die mehrere Millionen Euro kostet, wird sich kaum ein einzelner Hof leisten; im Kollektiv bleibt die Produktivität dennoch erreichbar.

Anders sieht es bei Dienstleistungen aus. Einige werden vom Markt verschwinden, neue entstehen. Das Buch nennt als Beispiel die Personenbeförderung: Die Zukunft von Taxi und Lkw liegt in selbstfahrenden Systemen. Zwei Jahre später lohnt ein nüchterner Blick auf den Stand: Waymo befördert in Phoenix und San Francisco Fahrgäste, ohne dass jemand am Steuer sitzt, während Cruise im Oktober 2023 nach einem Unfall die Genehmigung für den fahrerlosen Betrieb in Kalifornien ausgesetzt wurde. Die Technik ist weiter, als viele erwartet haben, der Weg in den Regelbetrieb ist länger. An der Richtung ändert das nichts. Das selbstfahrende Fahrzeug wird zu einem Vermögenswert, der arbeitet: Es bringt seine Besitzerin oder seinen Besitzer in der Früh ins Unternehmen, befördert tagsüber andere Menschen und wählt am Stromnetz selbst den günstigsten Tarif oder speist den Solarstrom vom eigenen Dach ein.

Der Mensch wird in dieser Welt Anbieter hochwertiger, empathischer Leistungen. Wer es sich leisten kann, lässt sich weiterhin von seiner Friseurin oder seinem Friseur die Haare schneiden, obwohl es Roboter dafür gibt, und zahlt dafür ein Vielfaches des automatisierten Dienstes. Wir werden uns das leisten können, weil die Wertschöpfung an anderer Stelle so stark gestiegen ist.

Zwei Verschiebungen halte ich für die wichtigsten:

• Von der Dienstleistung zum virtuellen Produkt. Früher fragten wir eine Expertin oder einen Experten, heute schlagen wir bei Wikipedia nach oder sehen ein Video, wenn sich der Kinderwagen nicht so falten lässt, dass er in den Kofferraum passt. Nach demselben Muster werden unregelmäßige Tätigkeiten in Unternehmen assistiert: Instandhalterinnen und Instandhalter sehen über die Datenbrille vor Ort, was zu tun ist, statt für jeden Maschinentyp geschult zu werden. Die Anleitung dafür liefert der digitale Zwilling, dazu gleich mehr.
• Vom physischen Produkt zum Softwareprodukt. Ein Elektromotor kommt ohne hunderte bewegliche, verschleißende Teile des Antriebsstrangs aus. Das physische Auto wird dadurch günstiger, während immer mehr Software verbaut wird; Assistenzsysteme wie IQ.DRIVE von Volkswagen zeigen, wohin die Reise geht: Sprachsteuerung statt Drehknöpfe, bis die Fahrerin oder der Fahrer irgendwann nicht mehr gebraucht wird. Die Wertschöpfung im Automobil wandert in die Software, auch weil die vollautomatisierte Fertigung des Fahrzeugs selbst immer günstiger wird.

Für Unternehmen, die physische Produkte herstellen, heißt das: Der Anteil der Wertschöpfung, der aus Software stammt, steigt mit jeder Produktgeneration. Wer Software nur als Kostenstelle der IT betrachtet, verpasst diesen Teil des Geschäfts.

Treiber 4: Robotik und digitale Zwillinge

In den Fabriken von heute arbeitet eine Vielzahl einzeln programmierter Roboter, vor allem stationäre Roboterarme. Sie sind präzise, aber unbeweglich: Es sind nach wie vor die Menschen, die sich je nach Bedarf durch die Halle bewegen, zunehmend unterstützt von automatisierten Logistiksystemen. Fahrerlose Transportroboter wie die in Oberösterreich entwickelten Agilox-Fahrzeuge versorgen Produktionslinien bereits heute selbstständig mit Teilen und weichen dabei Menschen und Hindernissen aus.

Die Fabrik der Zukunft geht einen Schritt weiter. Sie wird, wie die Gigafactories von Tesla vorführen, als Ganzes programmierbar: Algorithmen konfigurieren sie laufend nach den aktuellen Erfordernissen neu, und standardisierte, hochflexible Roboter kommen dort zum Einsatz, wo sie gerade gebraucht werden. Auch die Anleitung, wie ein Arbeitsschritt auszuführen ist, wird automatisiert erzeugt. Das Werkzeug dafür ist der digitale Zwilling.

Das Konzept geht auf Michael Grieves zurück, der es 2002 vorstellte: eine virtuelle Kopie eines physischen Objekts, die über Sensoren in Echtzeit mit dem Original verbunden bleibt. Die Daten der Maschine werden im Zwilling ausgewertet und simuliert; ein Wartungsvorgang wird erfasst und sofort digitalisiert; die Daten liegen lokal, dezentral oder in der Cloud. Seit 2021 beschreibt die Normenreihe ISO 23247 einen Rahmen für digitale Zwillinge in der Fertigung, ein Zeichen dafür, dass das Konzept den Laborstatus verlassen hat. Für Herstellungs-, Wartungs- und Instandhaltungsprozesse werden digitale Zwillinge unersetzlich, weil sie das Ausprobieren in die Simulation verlagern: Eine Umstellung der Linie wird am Zwilling durchgerechnet, bevor ein einziger Roboter bewegt wird.

Die Kommunikation zwischen Roboter und Mensch beruht dabei auf Algorithmen und Deep Learning und wird 2035 so selbstverständlich sein wie heute das Smartphone, das ebenfalls in rund zehn Jahren von der Neuheit zum Alltagsgegenstand wurde. Wie das aussieht, zeigen bereits viele Haushalte: Sprachassistenten steuern Heizung, Beschattung, Lüftung oder Staubsauger, erkennen die Stimme zur Autorisierung und vernetzen die Teilsysteme zu einem Ganzen, dem die Bewohnerinnen und Bewohner ihre Wünsche mitteilen. Was im Wohnzimmer funktioniert, funktioniert auch in der Halle.

Treiber 5: Automatisierte Lagerhaltung

Ein automatisiertes Lager ist im Grunde ein großer Roboter mit klar umrissenen Aufgaben: Einlagern, Auslagern und Umlagern laufen selbstständig, die Kommissionierung folgt dem Prinzip „Ware zur Person“. Die Fördertechnik bringt die Artikel direkt zum Kommissionierplatz, statt dass Menschen mit dem Wagen durch die Gänge gehen. Die Person an diesem Platz wird in Zukunft ein Roboter sein. Die Vorteile gegenüber dem klassischen Lager sind handfest: weniger Fläche, weniger Energie, kürzere Wege und kürzere Zugriffszeiten, weil Algorithmen laufend die günstigste Gesamtlösung berechnen, dazu eine integrierte Materialflusssteuerung. Dass dieses Wissen in Österreich zu Hause ist, zeigen Anbieter wie TGW und Knapp, die Lagerautomatisierung weltweit liefern.

In der Übergangszeit bis 2035 hat die Lagerautomatisierung einen weiteren Effekt: Sie entlastet Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von körperlich schweren und monotonen Arbeitsschritten, und die Fehler, die bei manueller Kommissionierung zwangsläufig passieren, sinken auf ein Minimum.

Technisch beruht das auf robusten Konstruktionen, energieeffizienter Fördertechnik und einer cloudbasierten Lagerverwaltungssoftware, die sämtliche Abläufe steuert. Das Lagerverwaltungssystem kontrolliert Bestände und Materialfluss und wird deshalb zu Recht als Herzschrittmacher des Lagers bezeichnet. Im selbstfahrenden Unternehmen ist das Lager darüber hinaus an alle weiteren betrieblichen Funktionen angebunden, mit laufender wechselseitiger Abstimmung in Echtzeit:

• Bestellungen werden automatisch ausgelöst, sobald Bestand und Prognose es erfordern.
• Rechnungen werden virtuell gelegt und geprüft.
• Die laufende Inventur liefert dem Controlling jederzeit aktuelle Daten, aus denen Entscheidungen abgeleitet werden, etwa das Verhandeln neuer Lieferverträge mit neuen Partnern.
• Interne Daten werden mit externen Daten und Prognosen verknüpft: Das Unternehmen weiß exakt, was in der letzten Periode verkauft wurde, vom Jahr über das Quartal bis zur letzten Sekunde, und mit welchen Bedarfen in der nächsten zu rechnen ist.

Die Geschäftsleitung greift nicht mehr in einzelne Bestellungen ein. Sie legt Systemgrenzen fest und erhält Hinweis- oder Warnmeldungen, wenn das sonst völlig selbstfahrende Lager außerhalb dieser Grenzen operiert. Das ist die Meta-Entscheidung, die ich im Beitrag Wie entscheiden selbstfahrende Unternehmen beschrieben habe, angewandt auf das Lager.

Das automatisierte Lager zeigt, wie die starren Grenzen innerhalb des Unternehmens und gegenüber seiner Umwelt zugunsten eines in Echtzeit anpassbaren Gesamtorganismus aufbrechen.

Diese Interaktion wird umso besser, je mehr Partner ebenfalls selbstfahrend sind: das Logistikunternehmen, das Lieferinformationen in Echtzeit bereitstellt, oder der Lieferant, dessen Produktion die Bestellung ohne Umweg über ein Postfach entgegennimmt. Das selbstfahrende Unternehmen ist kein geschlossenes System, sondern ein Knoten in einem Netz.

Was die drei Treiber verbindet

Die Wertschöpfung entsteht bei keinem der drei Treiber aus der einzelnen Maschine. Roboterarme, fahrerlose Transportsysteme und Hochregallager gibt es seit Jahrzehnten. Neu ist die Software, die sie miteinander, mit den Prognosen aus Treiber 2 und mit den Partnern außerhalb des Unternehmens verbindet und die aus den Daten laufend die beste Gesamtlösung berechnet. Die Herstellungskosten bestehen dann im Wesentlichen aus einmaligen Investitionen sowie laufenden Energie- und Materialkosten; der Anteil manueller Arbeit sinkt, und die verbleibende menschliche Arbeit wandert in Entwicklung, Überwachung und die Ausnahmen, die kein Algorithmus vorgesehen hat.

Aus unseren Projekten leite ich drei Empfehlungen für den Einstieg ab:

1. Mit dem Lager beginnen. Es hat klare Grenzen, messbare Kennzahlen und mit dem Lagerverwaltungssystem eine Software, die ohnehin gebraucht wird. Kaum ein anderer Bereich lässt sich so gut abgrenzen und so schnell durchrechnen.
2. Den Zwilling vor dem Roboter bauen. Wer die Daten der bestehenden Anlagen erfasst und simuliert, weiß, welche Automatisierung sich lohnt, bevor die erste Maschine bestellt ist.
3. Die Verbindungen planen, nicht die Inseln. Jede Automatisierungsinsel, die nicht mit Planung, Einkauf und Partnern spricht, verlagert die manuelle Arbeit nur an ihre Ränder. Die Architektur dafür habe ich im Beitrag Enterprise Architecture für selbstfahrende Unternehmen beschrieben.

Der nächste Schritt

Die fünf Treiber der Wertschöpfung sind im Buch „Das selbstfahrende Unternehmen“ (Springer Gabler 2021) im Zusammenhang mit den übrigen Bausteinen des Modells beschrieben: Zum Buch. Wenn Sie wissen möchten, welcher der drei physischen Treiber in Ihrem Unternehmen den größten Hebel hat, sprechen wir gern darüber: Expertengespräch buchen.