Beitrag zur digitalen Transformation von Planungs- und Steuerungsprozessen unter Einsatz von Cyber-Physischen Systemen

Die zunehmende Komplexität in der Planung und Steuerung von Supply Chains bedingt die Notwendigkeit einer Steigerung der Effizienz und Transparenz besonders an der operativen Schnittstelle zwischen Produktion und Distribution mit Fokus auf den Transport. Eine digitale Transformation durch den Einsatz von Technologien wie Cyber-Physischen Systemen (CPS) versprechen die Unterstützung dieser kollaborativen Planungs- und Steuerungsprozesse, führen jedoch auch zu grundlegenden Veränderungen für Mensch, Technik und Organisation. In diesem Zusammenhang stellt die interdisziplinäre Gestaltung und Nutzenbewertung solcher CPS-basierten Lösungen eine Vielzahl von Herausforderungen für Wissenschaft und Praxis dar, da keine strukturierten Vorgehen und Lösungsansätze existieren. Dabei bilden die Produktionsnetzwerke der Stahlindustrie aufgrund ihrer komplexen Planungs- und Steuerungsprozesse in Produktion und Transport ein prädestiniertes Anwendungsbeispiel.
Folglich ist das Forschungsziel der vorliegenden Arbeit die Entwicklung eines Vorgehensmodells zur digitalen Transformation von kollaborativen Planungs- und Steuerungsprozessen unter Einsatz von CPS an der operativen Schnittstelle zwischen Produktion und Transport. Hierzu werden zunächst die sich ergebenden Veränderungen für die Planungs- und Steuerungsprozesse im Zuge einer digitalen Transformation, bezogen auf die Schnittstelle, durch eine literaturbasierte Analyse identifiziert. Die Ergebnisse werden in einen reifegradbasierten Industrie-4.0-Anforderungsrahmen zur unternehmensspezifischen Bestimmung des Ist-Zustandes und des Ziel-Zustandes einer Planung und Steuerung in Produktion und Transport integriert. Auf dieser Basis werden prozessbezogene sowie technologiebezogene Merkmale im Kontext einer kollaborativen Planung und Steuerung unter Einsatz von CPS identifiziert. Diese werden in einen morphologischen Kasten mit verschiedensten Merkmalsausprägungen zusammengeführt, um CPS-basierte Lösungen gestalten zu können. Im Anschluss werden die möglichen Digitalisierungseffekte bei Einsatz eines CPS in der Planung und Steuerung von Produktion sowie Transport mit Hilfe einer Literaturanalyse ermittelt. Für die Überführung dieser qualitativen und quantitativen Nutzeneffekte in monetäre Effekte wird eine Systematik entwickelt. Die konzeptionierten Instrumente werden in einen Modellrahmen, der die digitale Prozesstransformation unter Einsatz von CPS adressiert, zusammengeführt, sodass das angestrebte Vorgehensmodell inhaltlich ausgestaltet werden kann.
Das entwickelte Vorgehensmodell wird bei einem Unternehmen aus der Stahlindustrie erprobt. Das ausgewählte Unternehmen ist einer der führenden Anbieter für Qualitätsflachstahl und besitzt weltweit Kunden, bspw. aus dem Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automobil- und Bauindustrie. Die Durchführung des Vorgehensmodells erfolgt an einem Engpassprozess an der operativen Schnittstelle zwischen Produktion und Transport zum Kunden. Zusammenfassend gelingt es, mit dem Vorgehensmodell einen wesentlichen Beitrag für die digitale Transformation von kollaborativen Planungs- und Steuerungsprozessen in Produktionsnetzwerken zu leisten und somit einen Mehrwert sowohl für Wissenschaft als auch Praxis zu erzielen.