Wirtschaft 4.0 an beruflichen Schulen: Anforderungen und Umsetzung

Der Begriff Digitale Transformation beschreibt die zunehmende Verzahnung von Produktion, Dienstleistung und Handel mit der Informations- und Kommunikationstechnologie. Dieser Wandel ist vorangetrieben durch die Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft.

CPS sind komplexe physische Produktionssysteme, die durch intelligente, autonome und dezentrale Steuerungen sowie einen hohen Vernetzungsgrad gekennzeichnet sind. Diese Systeme erfassen den gesamten Wertschöpfungsprozess eines Unternehmens und ermöglichen neue technische Möglichkeiten und Geschäftsmodelle.

Die Digitale Transformation führt zu einer Neuordnung von Strukturen und Prozessen im Handwerk und in der Industrie. Auftraggeber senden ihre Bestelldaten direkt an das Auftragnehmerunternehmen, wodurch die Grenzen zwischen Betrieben verschwimmen und bestehende Abläufe neu definiert werden.

In der Wirtschaft 4.0 wird die Vernetzung über das Internet of Things (IoT) Realität. Unternehmen können so miteinander kommunizieren und ihre Daten austauschen. Dies ermöglicht neue Formen der Zusammenarbeit und Geschäftsprozesse.

Die Digitale Transformation birgt auch Herausforderungen, wie z. B. die steigende Gefahr durch Cyberkriminalität, die Bearbeitung großer Datenmengen und die Notwendigkeit, IT-Sicherheit in der Produktion und im Handel zu gewährleisten.

Definition: Cyber-physische Systeme (CPS) sind komplexe, physische Produktionssysteme, die durch intelligente, autonome und dezentrale Steuerungen sowie einen hohen Vernetzungsgrad gekennzeichnet sind. Sie bilden die Basis für die Digitale Transformation, die alle wesentlichen Bereiche beruflicher Handlungsfelder integriert.

Wesentliche Merkmale:

• Lokale Vernetzung auf horizontaler (innerhalb der Produktionsebene) und vertikaler Ebene (zwischen Produktionsebene und Betriebsleitebenen)
• Globale Vernetzung über das Internet („Internet of Things – IoT“)
• Erfassung des gesamten Wertschöpfungsprozesses, einschließlich der kaufmännischen Ebene
• Kundenspezifische Fertigung, vorausschauende Instandhaltung und optimierte Produktionslogistik

Herausforderungen:

• Neue Gefahren in der Produktion und im Handel
• Schutz großer Datenmengen („Big Data“) vor Manipulation und Missbrauch

Chancen:

• Neue technische Möglichkeiten und Geschäftsmodelle
• Effizientere Produktionsprozesse
• Personalentlastung durch Automatisierung

Neue Geschäftsmodelle:

• Direkte Beeinflussung der Produktion durch Auftraggeber
• Neudefinition bestehender Abläufe und Geschäftsmodelle

Anpassung an Kundenbedürfnisse:

• Steigende Bedeutung von wissensbasierter Handwerksarbeit
• Einsatz intelligenter Informationssysteme für clevere Lösungen

Technische Anforderungen:

• Erfordernis eines hohen Vernetzungsgrades
• Generierung einer Schnittstelle über ERP- und MES-Systeme
• Verarbeitung und Schutz großer Datenmengen

Der Begriff Industrie 4.0, auch bekannt als Digitale Transformation, beschreibt den Wandel von der dritten industriellen Revolution hin zu einer zunehmend digitalisierten und vernetzten Industrie. Dieser Wandel wird durch cyber-physische Systeme (CPS) vorangetrieben, die physische Produktionssysteme mit intelligenten und autonomen Steuerungen sowie einem hohen Vernetzungsgrad kombinieren. Diese Vernetzung findet sowohl innerhalb (horizontale Ebene) als auch zwischen verschiedenen Produktionsebenen (vertikale Ebene) und über das Internet (Internet der Dinge und Dienste) statt.

Die zunehmende Vernetzung und Zusammenführung von Produktionsketten, insbesondere bei industriezuliefernden Anbietern aus dem Handwerk, führt zu einer Neuordnung von Strukturen. Auftraggeber können ihre Bestelldaten direkt an das Auftragsabwicklungssystem des Auftragnehmers senden. Diese direkte Beeinflussung der Produktion des Auftragnehmers verwischt die Grenzen zwischen den Betrieben und führt zu neuen Geschäftsmodellen und Abläufen.

Cyber-physische Systeme ermöglichen einen deutlich höheren Vernetzungsgrad als bisher. Die Produktion selbst bleibt für Kaufleute im Büro zwar weitgehend eine „Black Box“, aber durch die Verbindung mit ERP-System (Enterprise Resource Planning) und MES (Manufacturing Execution System) wird eine Schnittstelle geschaffen. In diesem Bereich entstehen die größten Veränderungen und somit die höchsten Anforderungen durch die Umstellung von Wirtschaft 3.0 auf 4.0.

Die Veränderungen in der Industrie erfordern eine ständige Anpassung der Aus- und Weiterbildungspläne. Neue Inhalte und Kompetenzen müssen in die Lehrpläne integriert werden, um den Fokus auf die entsprechenden Technologien der Digitalen Transformation zu richten. Dies geschieht beispielsweise durch die Integration von Grundlagen der CAD-Programmierung in die Grundstufe oder die verstärkte Einbeziehung von Themen wie Netzwerktechnologie und Konfiguration von Netzwerkkomponenten im Fach IT-Systeme.

Auch im Bereich der Bau-, Holz- und Farbtechnik werden die Arbeitsprozesse zunehmend digital begleitet. Die Planungsarbeit hat sich von Tuschezeichnungen zu dreidimensionalen digitalen Modellen entwickelt, und die Fertigung erfolgt nun digital basiert mit CNC-Technologie. Weitere Entwicklungen wie die (Vor-)Fertigung durch Roboter und Mensch-Maschine-Kooperation werden bereits punktuell umgesetzt.

Die zunehmende Vernetzung zwischen Produktion, Dienstleistung und Handel mit innovativen Informations- und Kommunikationslösungen wird als Digitale Transformation bezeichnet. Dieser technologische Fortschritt wird durch die wachsende Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft vorangetrieben. Aufgrund der engen inner- und überbetrieblichen Verflechtungen ist die Sensibilisierung gegenüber Cyber-Kriminalität von großer Bedeutung.

Die engere Vernetzung und Zusammenführung von Produktionsketten, insbesondere bei industriezuliefernden Anbietern aus dem Handwerk, führt zu einer Neuausrichtung der Strukturen. Auftragsgeber können zukünftig ihre Bestelldaten direkt in das Auftragsabwicklungssystem des Auftragnehmers übermitteln. Diese direkte Beeinflussung der Produktion des Auftragnehmers verwischt die Grenzen zwischen den Betrieben und bestehende Abläufe und Geschäftsmodelle werden neu definiert. Die damit verbundenen Risiken sind zu bewerten, um Vorsorge zu treffen.

Handwerk 4.0 beschreibt Betriebsstrukturen, Arbeitsprozessabläufe, Produkte und Dienstleistungen von Handwerksbetrieben, die in einem bisher noch nicht da gewesenen Maß digital vernetzt, adaptiv wissensbasiert und aus Kundensicht höchst intelligent in Erscheinung treten. Dies wird dadurch möglich, dass sich der Anteil an einfacheren, manuellen Routinetätigkeiten verringert und die hoch-spezialisierte handwerkliche Wissensarbeit mithilfe intelligenter Technologien an Bedeutung gewinnt. Intelligente Informationssysteme helfen dem Handwerker, clevere Lösungen zu entwickeln.

Wie bereits bei der Definition des Begriffs angesprochen, sind für Wirtschaft 4.0 cyber-physische Systeme (CPS) entscheidend. Sie ermöglichen einen deutlich höheren Vernetzungsgrad als bisher. Die Produktion selbst bleibt für den Kaufmann im Büro- management zwar im Wesentlichen eine „Black Box“, allerdings wird über das ERP- System (Enterprise Resource Planning) und daran angeschlossen das MES (Manu facturing Execution System) eine Schnittstelle generiert (vgl. Abbildung Wirtschaft- 4.0-Labor in der Fertigungstechnik). In diesem Bereich entstehen also die größten Veränderungen und somit die höchsten Anforderungen durch die Umstellung von Wirtschaft 3.0 auf 4.0.

Die Digitale Transformation wird in der Wirtschaftslehre als ein Paradigmenwechsel verstanden, der durch den Einsatz von cyber-physischen Systemen geprägt ist, die eine enge Verzahnung von Produktion, Dienstleistung und Handel mit modernster Informations- und Kommunikationstechnik ermöglichen. Die treibende Kraft hinter diesem Wandel ist die zunehmende Digitalisierung von Wirtschaft und Gesellschaft.

Die zunehmende Vernetzung und Zusammenführung von Produktionsketten führen zu einer Neuordnung der Strukturen. Traditionelle Geschäftsmodelle und Abläufe werden neu definiert, da Auftraggeber ihre Bestelldaten direkt an das Auftragsabwicklungssystem des Auftragnehmers senden. Dies verschwimmt die Grenzen zwischen den Betrieben und erfordert eine Neubewertung der damit verbundenen Risiken.

Handwerk 4.0 beschreibt Betriebsstrukturen, Arbeitsprozessabläufe, Produkte und Dienstleistungen von Handwerksbetrieben, die in einem bisher noch nicht dagewesenen Maß digital vernetzt, adaptiv wissensbasiert und aus Kundensicht höchst intelligent in Erscheinung treten. Dies ermöglicht eine Verringerung einfacher, manueller Routinetätigkeiten und eine Aufwertung hochspezialisierter handwerklicher Wissensarbeit.

Die Digitale Transformation stellt neue Anforderungen an die Bildung. Schülerinnen und Schüler müssen lernen, vernetzte IT-Systeme zu planen, Komponenten auszuwählen, zu installieren, zu konfigurieren, in Betrieb zu nehmen, zu dokumentieren, zu präsentieren und zu handhaben. Es geht dabei sowohl um Grundlagen der Elektronik und Übertragungstechnik, Netzwerktechnik als auch um die Installation und Handhabung von Anwendungs- und Systemsoftware.