www.pwc.de/industrielle-produktion Forschung und Entwicklung 4.0 Wie Digitalisierung und FuE voneinander profitieren. Forschung und Entwicklung 4.0 Wie Digitalisierung und FuE voneinander profitieren. Forschung und Entwicklung 4.0 Herausgegeben von der PricewaterhouseCoopers AG Wirtschaftsprüfungsgesellschaft (PwC) Von Nils Naujok, Dr. Gerhard Nowak, Dr. Christian Foltz, Dr. Alexander Timmer und Dr. Thomas Wolf Januar 2017, 24 Seiten, 4 Abbildungen, Softcover Alle Rechte vorbehalten. Vervielfältigungen, Mikroverfilmung, die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Medien sind ohne Zustimmung des Herausgebers nicht gestattet. Die Inhalte dieser Publikation sind zur Information unserer Mandanten bestimmt. Sie entsprechen dem Kenntnisstand der Autoren zum Zeitpunkt der Veröffentlichung. Für die Lösung einschlägiger Probleme greifen Sie bitte auf die in der Publikation angegebenen Quellen zurück oder wenden sich an die genannten Ansprechpartner. Meinungsbeiträge geben die Auffassung der einzelnen Autoren wieder. In den Grafiken kann es zu Rundungsdifferenzen kommen. Die PricewaterhouseCoopers Aktiengesellschaft Wirtschaftsprüfungsgesellschaft bekennt sich zu den PwC-Ethikgrundsätzen (zugänglich in deutscher Sprache über www.pwc.de/de/ethikcode) und zu den Zehn Prinzipien des UN Global Compact (zugänglich in deutscher und englischer Sprache über www.globalcompact.de). © Januar 2017 PricewaterhouseCoopers Aktiengesellschaft Wirtschaftsprüfungsgesellschaft. Alle Rechte vorbehalten. „PwC“ bezeichnet in diesem Dokument die PricewaterhouseCoopers Aktiengesellschaft Wirtschaftsprüfungsgesellschaft, die eine Mitgliedsgesellschaft der PricewaterhouseCoopers International Limited (PwCIL) ist. Jede der Mitgliedsgesellschaften der PwCIL ist eine rechtlich selbstständige Gesellschaft. Vorwort Vorwort Sehr geehrte Leserinnen und Leser, hohe Kosten, schwer kalkulierbare Risiken sowie fehlendes Kapital und Fach personal. Dies sind die häufig von Unternehmen ins Feld geführten Gründe für ausbleibende Investitionen in Innovationen sowie Forschung und Entwicklung (FuE). Der Trend zur Digitalisierung der Wertschöpfungskette bzw. Industrie 4.0 könnte diese Gründe in Zukunft aushebeln. Schließlich vermag eine digitalisierte FuE einen maßgeblichen Beitrag zu Effizienzsteigerungen (durch kostensparendes Modellieren und Simulationen) sowie zur Risikominimierung (durch Validierung von Echtzeit-Daten) und zur Verbesserung der Engineering-Fähigkeiten (Fast Prototyping) zu leisten. Dadurch können sich Zyklus- und Entwicklungszeiten signifikant verringern. Voraussetzung hierfür ist, dass verfügbare Industrie 4.0-Lösungen für Innovationen und im Entwicklungsprozess richtig eingesetzt werden. Neben der technischen Anwendung von Big Data Analytics, additiven Fertigungsmethoden (3D-Druck), Cloud Computing und horizontaler sowie vertikaler Vernetzung ist gerade das richtige Verständnis für den Nutzen, aber auch für die Grenzen der Technologie entscheidend. Unternehmen müssen in diesem Zusammenhang die strategische Entscheidung fällen, welche Rolle sie in einer vernetzten Wertschöpfung spielen wollen. Insgesamt verdeutlicht unsere Analyse, dass Innovationen über reine technische Neuentwicklungen hinaus gedacht werden müssen. FuE kann entscheidend dazu beitragen neben den Produkten auch die eigenen Prozesse, Dienstleistungen bis hin zum Geschäftsmodell für Industrie 4.0 und die Anforderungen eines digitalen Marktes fit zu machen. In der vorliegenden Studie zeigen wir auf, welche Maßnahmen und Schritte erforderlich sind, um Industrie 4.0 einerseits und FuE andererseits zu einer FuE 4.0 zu verbinden. Wir wünschen Ihnen eine aufschlussreiche Lektüre und freuen uns auf Ihre Fragen und Anregungen. Frankfurt a. M., Januar 2017 Dr. Nils Naujok Leiter Innovation und Development Excellence Strategy& Forschung und Entwicklung 4.0 5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis..............................................................................................7 A Mangelnde FuE in digitalen Zukunftsfeldern.....................................................8 B Wechselwirkungen von FuE und Industrie 4.0................................................. 11 CRoadmap: Vier Optionen der FuE-Ausrichtung.................................................15 DIn FuE das Richtige tun – und FuE in Industrie 4.0 richtig tun.......................... 17 Ihre Ansprechpartner..............................................................................................20 6 Forschung und Entwicklung 4.0 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abb. 1 Patentaktivitäten und Innovationserfolge von KMU 2020 bis 2012...........9 Abb. 2 Nutzen der Digitalisierung...................................................................... 10 Abb. 3 Technologietrends am Beispiel Automatisierungstechnik........................12 Abb. 4Handlungsfelder innerhalb des Ökosystems am Beispiel der Elektronikfertigung................................................................................ 16 Forschung und Entwicklung 4.0 7 Mangelnde FuE in digitalen Zukunftsfeldern A Mangelnde FuE in digitalen Zukunftsfeldern Der digitale Abstieg? „Deutschland droht der digitale Absturz“1, titelte die Frankfurter Allgemeine Zeitung zu Beginn des Jahres 2016 nach Analyse des Gutachtens zu Forschung, Innovation und technologischer Leistungsfähigkeit Deutschlands 2016. Das Jahresgutachten der Expertenkommission stellt Deutschland im europäischen Vergleich ein durchwachsenes Zeugnis aus. Weder in der klassischen Informations kommunikationstechnologie (IKT) noch in den internetbasierten Bereichen zeigten sich besondere Stärken der deutschen Wirtschaft.2 So stellt die Kommission fest, dass sowohl Innovationsintensität als auch Innovationsausgaben kleiner und mittlerer Unternehmen (KMU) in Deutschland derweil deutlich geringer ausfielen als z. B. die Frankreichs, Schwedens und Großbritanniens. Hinzu komme erschwerend, dass die Innovationsausgaben deutscher KMU seit 2009 stagnierten; im Bereich neu gegründeter KMU seien die Aufwendungen in den letzten Jahren sogar gesunken. Frankreich, Schweden und Großbritannien hätten demgegenüber das Doppelte bis zum Zweieinhalbfachen für Innovation ausgegeben. Auch auf der Output-Seite landen die deutschen Unternehmen im internationalen Vergleich im hinteren Bereich. Mit Blick auf den Innovationserfolg rechnen die Experten damit, dass die deutschen KMU zwar bei transnationalen Patentanmeldungen im Mittelfeld rangierten und bei der Einführung von Produkt- oder Prozess innovationen sogar führend seien, dies aber weniger häufig in Umsatzerlöse überführen könnten als Unternehmen in anderen europäischen Nationen wie Großbritannien, Frankreich oder Italien (siehe Abb. 1). Die „Digitalisierung“ ist zwar im deutschen Mittelstand angekommen, jedoch zeichnet sich ein äußerst heterogenes Bild zum Einsatz von Cloud Computing, Big Data oder Industrie 4.0-Anwendungen ab. Drei von zehn der von uns in diesem Kontext befragten Unternehmen schätzen sich selbst als (stark) digitalisiert ein.3 Weitere 30 % bewerten ihren Digitalisierungsgrad als (sehr) gering. Im Gesamtbild verortet sich die deutsche Industrie also in der Mitte der Digitalisierungsskala, wobei auffällt, dass 43 % der Unternehmen selbst eine fehlende strategische Verankerung des Digitalisierungsprozesses bemängeln. 1 2 3 8 Forschung und Entwicklung 4.0 Frankfurter Allgemeine Zeitung vom 18.02.2016. E xpertenkommission Forschung und Innovation (EFI), Gutachten zu Forschung, Innovation und technologischer Leistungsfähigkeit Deutschlands 2016. BDI/PwC, Mittelstandspanel. Die Digitalisierung im Mittelstand, 2015. Mangelnde FuE in digitalen Zukunftsfeldern Abb. 1 Patentaktivitäten und Innovationserfolge von KMU 2012 bis 2020 Patente Innovationen transnationale Patentanmeldungen von KMU (< 500 Beschäftigte) je 1 Mio. Einwohner Umsatz Anteil der KMU (10–249 Beschäftigte) mit Produkt- oder Prozessinnovationen Umsatzanteil mit Produktinnovationen von KMU (10–249 Beschäftigte) Schweden 137 Deutschland 42 % Großbritannien Finnland 132 Niederlande 41 % Frankreich 18 % 8% Österreich 104 Finnland 40 % Italien 8% Deutschland 87 Schweden 40 % Niederlande 7% Niederlande 82 Italien 39 % Deutschland 6% Großbritannien 50 Österreich 36 % Österreich 6% Frankreich 45 Frankreich 32 % Finnland 5% Italien 44 Großbritannien 28 % Schweden 5% Quellen: EPA, Patstat, Eurostat, Community Innovation Surveys. Berechnungen des Frauenhofer ISI sowie des ZEW in Rammer et al. (2016). Bereits in dieser „Frühphase“ der vierten industriellen Revolution deuten sich Schwerpunkte der Digitalisierung an – vor allem die Bereiche Absatz und Beschaffung sind bereits heute relativ stark digitalisiert. Jedes dritte Unternehmen weist in diesem Bereich einen (sehr) hohen Digitalisierungsgrad auf. Lediglich jedes fünfte scheint über einen digitalisierten Produktionsbereich zu verfügen. Vor diesem Hintergrund verwundert es nicht, dass die befragten Unternehmen den Hauptnutzen der Digitalisierung mehrheitlich in der Vereinfachung von Arbeitsabläufen identifizieren (83,4%). Weniger als die Hälfte der Befragten glaubt an einen Mehrwert der Digitalisierung im Bereich Produkt- und Prozess innovationen. Noch weniger sehen einen positiven Einfluss auf Geschäftsmodell innovationen (siehe Abb. 2). Dass die Hebelwirkung der Digitalisierung in der Produktion an frühere Automatisierungstrends anknüpft, ist offensichtlich längst erkannt worden. In vorgelagerten Funktionen wie FuE und Geschäftsmodell liegt dafür noch reichlich ungenutztes Potenzial. Forschung und Entwicklung 4.0 9 Mangelnde FuE in digitalen Zukunftsfeldern Keine Innovation ohne Investition Grundsätzlich ist die Investitionsbereitschaft der deutschen Industrie ohne jeden Zweifel vorhanden. Im Rahmen einer Befragung von 513 deutschen Unternehmen der Fertigungs- sowie der Informations- und Kommunikationsindustrie konnten wir ermitteln, dass die deutschen Unternehmen bis 2020 jährlich rund 31 Mrd. EUR in Industrie 4.0-Lösungen zu investieren planen.4 Allerdings entfällt dabei lediglich ein geringer Anteil auf Innovationsprozesse. Schließlich gehen im Schnitt 4,3 % des gesamten Investitionsvolumens der KMU in Digitalisierung.5 Zudem investieren deutsche Unternehmen lediglich 14 % ihres jährlichen Forschungsetats in die industrielle Anwendung digitaler Technologien.6 In den USA liegt der Vergleichswert doppelt so hoch. Diese Zahlen verdeutlichen, dass der Etat für digitale Innovationen noch ausbaufähig ist. Dabei liegen die wechselseitigen Vorteile von FuE und Digitalisierung, einer FuE 4.0 sozusagen, auf der Hand. Abb. 2 Nutzen der Digitalisierung Digitalisierung hilft bei der Optimierung von Geschäftsprozessen Werte hochgerechnet, n = 648 (1.574 Antworten) Mehrfachnennungen waren möglich Vereinfachung von Arbeitsabläufen 83,4 % 48,2 % Umsatzwachstum Produkt- und Dienst leistungsinnovationen 43,7 % Erschließung neuer Märkte neue Geschäfts modelle Digitalisierung ist nicht relevant 38,8 % 28,6 % 23,9 % Quelle: BDI/PwC, Mittelstandpanel 2015. 4 5 6 10 Forschung und Entwicklung 4.0 PwC, Industry 4.0 – Building the Digital Enterprisel, 2016. PwC Mittelstandspanel. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Digitale Strategie 2025, 2016. Wechselwirkungen von FuE und Industrie 4.0 BWechselwirkungen von FuE und Industrie 4.0 Digitalisierung und Industrie 4.0 werden die Art und Weise der FuE revolutionieren. Bislang werden die Veränderungen durch Industrie 4.0 häufig primär in Verbindung mit Abläufen und Automatisierungsmöglichkeiten im Produktions prozess (Stichwort: Smart Factory) oder im Absatz und Vertrieb (z. B. Web-Shops, E-Commerce) angesiedelt. Diese Entwicklungen sind zwar von hoher Relevanz, greifen aber noch zu kurz. Es geht vielmehr darum, Digitalisierungsaktivitäten in einen integrierten Produkt- und Serviceentwicklungsprozess auszuweiten, um das Potenzial von Industrie 4.0-Lösungen (z. B. die Nutzung oder Aufbereitung von Echtzeitdaten) voll auszuschöpfen. Umgekehrt muss FuE ihren eigenen Beitrag zur Digitalisierung der Wertschöpfung, des Service- und Produktportfolios bis hin zum digitalen Geschäftsmodell leisten. Dieser wechselseitige Einfluss ist zum beiderseitigen Vorteil. Denn ebenso wie sich FuE mit Hilfe digitaler Vernetzung in einen ganzheitlichen Entwicklungszyklus entlang der gesamten Wertschöpfung einbinden lässt, so kann Digitalisierung – im Rahmen einer Innovationsstrategie – entscheidend dazu beitragen, dass FuE effizienter, günstiger und risikominimierend wird. Industrie 4.0 bietet schließlich in verschiedenen Industrien imposante Möglichkeiten zum Aufbau neuer Geschäftsmodelle in Bezug auf Produkte und Dienstleistungen. Einen besonderen Einfluss darauf haben die damit verbundenen Technologietrends. Die Automatisierungstechnik ist ein anschauliches Beispiel: Unsere Untersuchungen haben dabei sieben Trends identifiziert, die von Modularisierung über Vernetzung bis hin zu Mechatronik sowie Engineering und Simulation gehen. Daraus lassen sich nun konkrete Auswirkungen auf das Produktportfolio identifizieren. Diese müssen in modulare und skalierbare Automatisierungs komponenten umgesetzt werden, die zudem eine horizontale und vertikale Vernetzung mit entsprechendem Informationsaustausch unterstützen. Geeignete Lösungen zur Anbindung und spezifischen Auswertung der Daten, um die Leistung des Gesamtsystems zu steigern, müssen von diesem neuen Produktportfolio ebenso angeboten werden. Eine weitere Anforderung, die im Engineering-Prozess von FuE abgedeckt werden muss, ist die Integration dieser Systeme in effiziente Engineering- und Simulationstools. Um dieses Leistungsspektrum für die Entwicklung eines neuen digitalisierten Produktportfolios abdecken zu können, sind mehr als nur innovative Prozesse notwendig, anders vorgehen müssen auch die Teilnehmer am FuE-Prozess. Forschung und Entwicklung 4.0 11 Wechselwirkungen von FuE und Industrie 4.0 Abb. 3 Technologietrends am Beispiel Automatisierungstechnik Technologietrend Auswirkung auf Produktportfolio Modularisierung modulares Steuerungs- und Antriebsprogramm skalierbare Leistung skalierbares Programm bzgl. Funktionen und Leistung integrierte Plattformen horizontaler und vertikaler Informationsaustausch auf allen Ebenen der Automatisierungspyramide Vernetzung Vernetzung und internationale Standards Internet Konnektivität für internetbasierte Dienste Mechatronik Konvergenz von Mechanik, Elektronik, Software Engineering und Simulation effiziente Engineering- und Simulationstools Quelle: Strategy& Analytics. Hierfür notwendige Kapazitäten und Qualifikationen können nun vom Unternehmen selbst aufgebaut oder über Kooperation in Innovationsnetzwerken von Fall zu Fall hinzugezogen werden. Im Hinblick auf das übergreifende Ziel, Time-to-Market-Zyklen zu verkürzen, ist in vielen Fällen die zweite Option zu bevorzugen. Auch besteht dabei eine höhere Flexibilität bei kurzfristigen Änderungen. Die Integration von externen Spezialisten ist dabei auch ein probates Mittel, um disruptiven Trends in Bezug auf das eigene Produkt- und Dienstleistungsportfolio frühzeitig begegnen zu können. Der typische Inside-outBlick ist vielfach zu eng und erkennt dramatische Veränderungen überhaupt nicht, zu spät oder nur mit beschränkter Einsicht der Tragweite. Das oben angeführte Beispiel der Automatisierung kann auf weitere Anwendungs felder und Industrien mit ähnlichem Ergebnis übertragen werden. Die durch Industrie 4.0 bedingten Veränderungen zeigen: Durch die technologischen Trends in den jeweiligen Industrien kommen massive Umwälzungen auf die Unternehmen und im Speziellen auf FuE zu. Ein notwendiger Schritt ist deshalb die frühzeitige Anpassung an Prozesse und Fähigkeiten, die auch externe Kapazitäten und Qualifikationen einbeziehen – zum Beispiel über Innovationsnetzwerke. 12 Forschung und Entwicklung 4.0 Wechselwirkungen von FuE und Industrie 4.0 Neben den Einflüssen aus den zur Verfügung stehenden Methoden und Hilfsmitteln in Industrie 4.0 werden weitere Anforderungen an FuE gestellt werden, um den Bedürfnissen der Industrie 4.0 gegenüber den zu entwickelnden Produkt- und Dienstleistungsangeboten gerecht zu werden. Dabei ist von folgenden hoch integrativen Bereichen auszugehen: • Ändern oder Anpassen des Produktportfolios • Kürzere Produkteinführungszeiten • Digitale Fertigkeiten ! Mit Hilfe des Einsatzes von Sensorik und Aktorik können Entwicklungsprozesse im Bereich Manufacturing klarer strukturiert und vereinfacht werden. Man muss sich nur die Möglichkeiten vor Augen führen, wenn Daten vom Rohmaterial über die einzelnen Prozessschritte in FuE bis zum Prototyp sofort verfügbar und auswertbar sind. Ein langwieriges und kostenintensives Trial-and-Error-Verfahren mit der Auswertung historischer, bestenfalls aktueller Daten lässt sich auf diese Weise extrem verkürzen, ggf. einzelne Prozessschritte sogar zusammenlegen. Voraussetzung ist allerdings die intelligente Verknüpfung des Verfahrens mit der Big Data-Analyse. Das Kostenargument wird hierbei nicht nur durch die Optimierung der Verlässlichkeit von Maschinen und Maschinenteilen bedient, sondern auch dadurch, dass bereits bestehende Ansätze genutzt werden. FuE von integrierten und vernetzten Lösungen setzt nämlich auf einer funktionierenden Basis auf und muss nicht unbedingt von Grund auf neu aufgebaut werden. Weitere Vorteile liegen in der frühzeitigen Qualitätskontrolle, der Ermöglichung der Modularisierung und Standardisierung von Produkten auf dem Weg zur Losgröße 1 und der Identifikation von Kennzahlen für die Predictive Maintenance. So liefert eine FuE 4.0 auch Impulse für die Entwicklung, den Aufbau und den Ausbau eines digitalisierten Service-Bereichs. Letzterer ist eines der Wachstumssegmente im Maschinen- und Anlagenbau. Insgesamt lässt sich festhalten, dass FuE einen wesentlichen Beitrag leisten kann, Produkte und Dienstleistungen eines Unternehmens auf Industrie 4.0 und die Anforderungen eines digital revolutionierten Marktes vorzubereiten. Andersherum muss die Digitalisierung von FuE von einer Strategie getragen werden, die zur DNA des Unternehmens passt. Anders ausgedrückt: Die Fähigkeiten und Kern kompetenzen in der FuE Funktion des Unternehmens müssen sich in der digitalen Strategie widerspiegeln.7 7 PwC Strategy&, Strategy that works, 2016. Forschung und Entwicklung 4.0 13 Wechselwirkungen von FuE und Industrie 4.0 Anwendungsbeispiele aus der Praxis 1. Big Data und IT Security in Pharma/Chemicals Die Fähigkeiten zur Entwicklung von intelligenten Instrumenten zur Medikation und Diagnose sind ein zentraler Baustein eines digitalisierten Prozesses in der Pharmaforschung. Hierzu muss das zur Verfügung stehende Datenpotenzial optimal genutzt werden. Dies ist dann der Fall, wenn die Forschungspartner in Netzwerken barrierefrei kommunizieren und ihre Ergebnisse transparent teilen können. Zudem fließen idealer Weise weitere externe Echtzeit-Daten (Patientendaten, Testergebnisse, Leitlinien, Rückkoppelungen aus der Produktion, der Logistik und von den Anwendern) in die Ergebnisse mit ein. So können z. B. Nebenwirkungen frühzeitig erkannt oder die spezifische Medikation bestimmter Patientengruppen in die einzelnen Entwicklungsstufen integriert werden. Ergebnisse dieses integrierten Vorgehens sind beispielsweise das digitale Engineering (z. B. im 3D-Druck) oder neue Produkte wie Smart Plastics oder Polymer Electronics. Die Verfügbarkeit und Analyse großer Datenmengen ist aber auch an die Sicherheit der IT-Infrastruktur gekoppelt. Schließlich ist das Vertrauen in die Sicherheit die entscheidende Grundlage für die Prozessintegration externer Akteure. Auf diese Art und Weise entstehen bereits in der FuE die Eigenschaften, die entscheidend zur Ausbildung eines digitalisierten end-to-end-views über die gesamte Wertschöpfung beitragen. 2. Connected Cars und Vehicle Diagnostics Die Digitalisierung ermöglicht im Rahmen der Automobilherstellung eine revolutionäre Form der Vehicle Diagnostics. Traditioneller Weise werden Informationen an die OEMs entweder durch die Zulieferer bestimmter Komponenten im Rahmen der gemeinsamen Entwicklung und Fertigung oder durch die Auswertung von Daten zu einem bestimmten Zeitpunkt (meist rückblickend und historisch wie Crash-Tests oder Auslesen der Steuergeräte) geliefert. Dies ändert sich durch die Digitalisierung grundlegend. Nicht nur dass Echtzeit-Daten über das Fahrverhalten selbst dank Satellitentechnik rund um die Uhr verfügbar sind, auch die Speicherkapazitäten in Clouds erleichtern sowohl Einspeisung, Abrufbarkeit und Verwertung großer Datenmengen. Eine Vielzahl bislang unberücksichtigter Faktoren kann so z. B. in die Co-Creation miteinfließen und neue Produkte und Services anstoßen. Welche Faktoren dieses zusätzliche Wissen bestimmen, lässt eine Auflistung der Sensorik-Bestandteile moderner Autos erahnen: Adaptive Cruise Control, Collision Avoidance, Traffic Sign Recognition, Cross Traffic Alert, Park Assist, Blind Spot Detection, Surround View. 14 Forschung und Entwicklung 4.0 Roadmap: Vier Optionen der FuE-Ausrichtung CRoadmap: Vier Optionen der FuE-Ausrichtung Grundsätzlich kristallisieren sich vier Optionen für Unternehmen heraus, ihre FuE in der Industrie 4.0 auszurichten. Jedes Unternehmen muss klären, welche der im Folgenden dargestellten Optionen es realisieren möchte. Enhancer Engager Anbieter bzw. Händler von Daten, Informationen und Services auf der Basis des Internet of Things (IoT), nicht zwingend Eigentümer derselben Hersteller vernetzter Produkte und IoT Services Embedder Nutzer des IoT in den eigenen Operations, Herstellungs prozessen, Wertschöpfungsketten, Dienstleistungen und dem eigenen Absatz Enabler Technologieanbieter für das Internet of Things (Sensorik, Aktorik) und Plattformen (Clouds) zur Herstellung/Lieferung vernetzter Dienste und Produkte Wir haben konkrete Verhaltensweisen von Unternehmen untersucht und sie anhand der vier Optionen klassifiziert. Dabei zeigt sich, dass die Kategorien trennscharf und zugleich durchlässig sind. Konkret bedeutet dies, dass Unternehmen sich für eine Option entscheiden, aber auch verschiedene Rollen über mehrere Optionen hinweg ausüben können. Gerade Zulieferer in der Automobilindustrie können sich sowohl als Enhancer als auch als Engager im Rahmen einer Technologie verhalten, bei anderen Technologien aber als Embedder auftreten – jeweils abhängig von ihrem jeweiligen Leistungsangebot. Forschung und Entwicklung 4.0 15 Roadmap: Vier Optionen der FuE-Ausrichtung Abb. 4 Handlungsfelder innerhalb des Ökosystems am Beispiel der Elektronikfertigung IP/design New/ revolutionary materials Electronics manufacturing services (EMS) Components OEMs/device manufacturers New business opportunities Enhancers Engagers Improve R+D efficiency Embedders Enablers Speed-up innovation cycles New technologies Quelle: Strategy& analysis. 16 Forschung und Entwicklung 4.0 IoT facilitators In FuE das Richtige tun – und FuE in Industrie 4.0 richtig tun DIn FuE das Richtige tun – und FuE in Industrie 4.0 richtig tun Auf dem Weg zum digitalen Champion? Die Fragen, die sich ein Unternehmen für ein erfolgreiches Innovationsmanagement in der digitalen Industrie 4.0 stellen muss, unterscheiden sich bezüglich der vier Optionen. Dies liegt daran, dass diese sich aus verschiedenen Quellen speisen, die vom Userverhalten in sozialen Netzwerken bis hin zur wissenschaftlichen Grundlagenforschung in interdisziplinären Industrie-Clustern reichen können. Aufgrund der bereits angedeuteten Durchlässigkeit der Optionen können die folgenden Fragen aber auch als Fragenkatalog auf dem Weg zum Industrie 4.0Champion gesehen werden. Für Enhancer • Auf welche Endkunden zielen die vernetzten Informationen? • Welchen Wert haben die Daten für die Kunden? • Was sind potenzielle Anwendungen und praktische Anwendungsfälle in Branchen, die (noch) nicht zur Industrie 4.0 aufgeschlossen haben? • Welche Entwicklungen in den angrenzenden Bereichen sind für Industrie 4.0 relevant? Für Engager • Welche Daten sind relevant genug, um sie weiter zu verwenden? • Welche Schnittstellen, Protokolle, Standards sind zu beachten? • Welche technischen Limitierungen gibt es hinsichtlich Datenverarbeitung und -übermittlung (z. B. Bit-Raten, Bandbreite, etc.)? • Welche Schlüsselentwicklungen gibt es allgemein in Wirtschaft und Gesellschaft? Welche Anstöße liefern sie Wissenschaft und Technik? Für Embedder • Was sind potenzielle Anwendungsfälle in Industrie 4.0? • Welche Prozesse können durch die digitale Technologie unterstützt werden? • Welche Grenzen der Nutzungsbedingungen gibt es (IT-Architektur etc.)? • Was ist das Wertversprechen für die Embedder und die Kunden? Für Enabler • Welche Entwicklungen gibt es bei anderen Industrie 4.0-Lösungsanbietern? • Bestehen Möglichkeiten zur FuE-Kooperation? • Welche wissenschaftlich-technologischen Fortschritte gibt es? Welche haben disruptives Potenzial? In FuE das Richtige tun Industrie 4.0 ist eine kontinuierliche Entwicklung, weg von traditionellen Geschäftsmodellen und -prozessen hin zu digitalen Abläufen, Produkten und Geschäftsmodellen. Um FuE richtig zur Erreichung einer Spitzenposition in der Industrie 4.0 auszurichten, ist eine zeitlich gestaffelte Planung über die vier folgenden Dimensionen der Digital Economy notwendig: 1. Datenanalyse & Big Data 2. Digitale Produkte & Services 3. Digitale Wertschöpfungsketten 4. Digitale Geschäftsmodelle Forschung und Entwicklung 4.0 17 In FuE das Richtige tun – und FuE in Industrie 4.0 richtig tun Ein Beispiel aus dem Bereich Datenanalyse veranschaulicht den evolutionären Verlauf der Entwicklung. Zu Beginn können Unternehmen auf Grundlage der vorliegenden Daten in einem kurzfristigen Zeitfenster (< 1 J.) digitale Wartungs daten ihrer Kunden und Anlagenmanuals sowie branchenspezifische Messdaten und sonstige Verkaufsdaten in FuE Prozesse einspeisen. In einer mittelfristigen Perspektive (1–3 J.) wird es möglich, Daten gezielt für die Einsatzoptimierung von Rohstoffen und Ressourcen sowie für Produktinnovationen strukturiert zu nutzen. Erst auf längerfristige Sicht (> 3 J.) werden die Echtzeit-Daten und horizontale Vernetzung mit Kunden, Lieferanten und der Wissenschaft in neuen Produkten (z. B. smarte Baureihen) oder neue Services (z. B. im Bereich Predictive Maintenance) münden. Insgesamt rechnen wir damit, dass die Digitalisierung in zwei Wellen stattfinden wird, wobei die zweite auf den Grundlagen und Ergebnissen der ersten Welle aufsetzt. In einer ersten Welle werden Prozessautomatisierungen und Instand haltungsoptimierungen vorangetrieben. In einer darauf folgenden zweiten Welle erfolgen die Supply-Chain-Integration inklusive durchgängiges Tracking sowie eine Verknüpfung mit Qualitätsmanagement und FuE-Prozessen. Langfristig und als kontinuierlicher Prozess werden entsprechende Analytik- und Prozesssteuerungsfähigkeiten aufgebaut und die kontinuierliche Entwicklung und Nachhaltung des Business Case überwacht. FuE in Industrie 4.0 richtig tun Innovationskosten und wirtschaftliche Risiken sind die am weitesten verbreiteten Innovationshemmnisse, vor allem in kleinen und mittelständischen Betrieben, die sich ein kreatives Scheitern nicht leisten können und wollen.8 Doch gerade in der richtigen Verknüpfung von FuE mit Industrie 4.0 können genau diese Hemmnisse beiseite geräumt werden. Genauer gesagt: Die richtige Umsetzung von FuE in Industrie 4.0 kann enorme Einsparpotenziale innerhalb des Innovationsprozesses heben. Hierzu müssen lediglich die durch Digitalisierung neu zur Verfügung stehenden Möglichkeiten genutzt werden. Produkte in einem angemessenen Zeitraum, mit den richtigen Eigenschaften und einer optimalen Kostenstruktur zu entwickeln und dabei das Entwicklungsbudget einzuhalten, ist eine wesentliche Aufgabe der FuE im Unternehmen. An dieser Aufgabenstellung wird sich wohl auch im Zeitalter von Industrie 4.0 grundsätzlich nichts ändern. Was sich in diesen Prozessen ändern wird, sind die verfügbaren Ressourcen und Methoden. Sie werden im Wesentlichen auf folgende Anforderungen Einfluss nehmen: • Verbesserung der Effizienz in FuE, durch kostensparendes Modellieren und Simulationen • Minimierung der Risiken in FuE, z. B. durch Validierung von Echtzeit-Daten • Verbesserung der Engineering-Fähigkeiten, z. B. schnelle Prototypenerstellung durch 3D-Druck oder additive Fertigungstechniken In der Industrie 4.0 müssen die Zykluszeiten und somit die zur Verfügung stehenden Entwicklungszeiten deutlich verkürzt werden, um den sich wandelnden Kunden bedarfen gerecht zu werden. Dabei werden unterschiedliche Ansätze angewandt. Einen entscheidenden Beitrag kann dabei die Entwicklung in offenen Innovations netzwerken liefern. Eine Beschleunigung ist möglich, wenn verschiedene Systempartner parallel forschen und entwickeln. Die Integration von Kunden, 8 18 Forschung und Entwicklung 4.0 Z EW, Innovationsverhalten der deutschen Wirtschaft. Indikatorenbericht zur Innovationserhebung 2015, 2016. In FuE das Richtige tun – und FuE in Industrie 4.0 richtig tun Zulieferern und anderen Kooperationspartnern in digitale Clustern entlang der gesamten Wertschöpfungskette hebt FuE auf ein neues Niveau und verleiht ihr einen Bedeutungszuwachs im Verhältnis zu anderen Konzernfunktionen. Ausbildung des Digital Engineer Neben Kosten und Risiken geben Unternehmen häufig den Mangel an geeignetem und geschultem Personal als Innovationshemmnis an.9 Tatsächlich müssen sich produzierende Unternehmen auch im Rahmen der Digitalen Revolution auf eine Änderung der Tätigkeiten und somit auch der Fähigkeiten und Fertigkeiten ihrer Mitarbeiter einstellen.10 Um in den kommenden Jahren die Mitarbeiter mit der richtigen Qualifikation nicht nur gewinnen, sondern auch langfristig binden und weiterqualifizieren zu können, müssen bereits heute die richtigen Weichen in der akademischen Ausbildung gestellt werden. Neue Lerninhalte und darauf aufsetzende neue Qualifikationen sollten jetzt die Curricula bestimmen. Zum Beispiel muss die klassische Ingenieursausbildung multidisziplinär so umgestellt werden, damit der Digital Engineer der Zukunft neben den grundsätzlichen technisch naturwissenschaftlichen Kenntnissen auch Fähigkeiten in Data Analytics, Produktmanagement, (Multi-)Projektmanagement sowie IT-Architektur und – Sicherheit mitbringt. Diese Ausbildungsreform ist notwendig. Der Digital Engineer wird schließlich in Zukunft andere, weitergehende Fragen als heute beantworten müssen, die Nutzbarkeit von Informationen und ihren tatsächlichen Nutzen in einen engen Kontext stellen. Diese Fragen orientieren sich entlang von vier Dimensionen der Digitalisierung: 1. Digitalisierung und Integration der vertikalen und horizontalen Wertschöpfung Welche Vorteile ergeben sich durch mehr Transparenz in der Wertschöpfung? Können wir frühzeitiger als in der Vergangenheit auf sich ändernde Anforderungen und Kundenwünsche reagieren? 2. Digitalisierung in Produkt und Serviceportfolio Welcher digitale Ausbau meiner Produkte und Services bringt tatsächlich einen Mehrwert für Kunden und Anwender? 3. Innovatives digitales Geschäftsmodell Wer profitiert von den verfügbaren Informationen – und wer ist bereit, dafür zu zahlen? Gibt es einen Nutzen, der noch von niemandem anderen bedient wird? 4. Data & Analytics als Kernkompetenz Welche Schlüsse ziehe ich aus den Daten? Welche Methoden und Algorithmen unterstützen die Analyse? Unternehmen werden sich auf diese neuen Fragen und Herausforderungen einstellen müssen, um die eigene Wettbewerbsfähigkeit nicht zu gefährden. Dem Faktor Time-to-Market wird unter Industrie 4.0 eine noch stärkere Bedeutung zukommen und dafür müssen die adäquaten Hilfsmittel im FuE-Prozess eingesetzt werden. Unternehmen, die das rechtzeitig erkennen und die notwendigen Maßnahmen zur Optimierung der Entwicklungsprozesse ergreifen, werden sich dadurch einen entscheidenden Vorteil erarbeiten können. 9 10 EW, Innovationsverhalten der deutschen Wirtschaft. Z Vgl. hierzu PwC, Der Einfluss der Digitalisierung auf die Arbeitskräftesituation in Deutschland – Berufs- und branchenspezifische Analyse bis zum Jahr 2030, 2016. Forschung und Entwicklung 4.0 19 Ihre Ansprechpartner Ihre Ansprechpartner Dr. Nils Naujok Leiter Innovation und Development Excellence Strategy& Tel.: +49 30 88705-855 [email protected] Dr. Gerhard Nowak Partner Tel.: +49 89 54525-530 [email protected] Dr. Christian Foltz Partner Tel.: +49 211 3890-244 [email protected] Dr. Alexander Timmer Principal Tel.: +49 211 3890-231 [email protected] Dr. Thomas Wolf Operations Manager Tel.: +49 211 981-1869 [email protected] Über uns Unsere Mandanten stehen tagtäglich vor vielfältigen Aufgaben, möchten neue Ideen umsetzen und suchen Rat. Sie erwarten, dass wir sie ganzheitlich betreuen und praxisorientierte Lösungen mit größtmöglichem Nutzen entwickeln. Deshalb setzen wir für jeden Mandanten, ob Global Player, Familienunternehmen oder kommunaler Träger, unser gesamtes Potenzial ein: Erfahrung, Branchenkenntnis, Fachwissen, Qualitätsanspruch, Innovationskraft und die Ressourcen unseres Expertennetzwerks in 157 Ländern. Besonders wichtig ist uns die vertrauensvolle Zusammenarbeit mit unseren Mandanten, denn je besser wir sie kennen und verstehen, umso gezielter können wir sie unterstützen. PwC. Mehr als 10.300 engagierte Menschen an 22 Standorten. 1,9 Mrd. Euro Gesamtleistung. Führende Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsgesellschaft in Deutschland. 20 Forschung und Entwicklung 4.0 www.pwc.de
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