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16.10.1987 - 

Übergang von der Kosten- zur Nutzenorientierung

CIM- Erfolg nur durch qualifizierte Mitarbeiter

In der rechnerintegrierten, flexibel automatisierten Fabrik nimmt die Informationstechnik eine Schlüsselfunktion ein. Durch informationstechnische Verknüpfung des gesamten Fabrikbetriebes ist eine kontinuierliche Optimierung des Prozesses der Gütererzeugung möglich geworden. In einer Fabrikstruktur, die aus verknüpfbaren Operationszellen gebildet ist, kann durch eine dynamische Disposition mit Hilfe eines maschinellen Software-Organismus, geleistet von programmierter Intelligenz, der gesamte Informations- und Materialfluß in konzentrierter Aktion gesteuert werden. Es geht darum, den Produktionsprozeß im Sinne einer vorgegebenen Optimierungsstrategie im Kostenminimum zu führen.

Der Rechner wurde entwickelt, weil man umfangreiche Berechnungen automatisch ausführen wollte. Er entstand als Instrument, das den Menschen von der mühsamen Wiederholung gleichartiger geistiger Abläufe befreien sollte. Die Motivation, die zur Entwicklung der Mechanisierung und Automatisierung von Materialprozessen führte, gilt im übertragenen Sinne auch für die Automatisierung von Informationsprozessen .

Insellösungen in verschiedenen Bereichen

Die Produktion hat schon sehr früh den Rechner als ein wichtiges Instrument erkannt und ihm repetitives, monotones Denken übertragen können. Stationen dieser Entwicklung waren die NC-Technik, die rechnerunterstützte Zeichnungserstellung, die hieraus abgeleiteten rechnerunterstützten Konstruktionsmethoden und auch das Berechnen von Teilen mit der Methode Finiter Elemente. Es waren aber auch die CNC- und DNC-Steuerungen und die Entwicklung zu flexiblen Fertigungssystemen, zu den rechnergesteuerten Bewegungsmaschinen, den Robotern. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Rechners führten zu Insellösungen in verschiedenen Betriebsbereichen.

Die Entwicklung der Informationstechnik wird in Zukunft umfassende Innovationsprozesse auslösen. Die sich hieraus entfaltenden Möglichkeiten der Kommunikation und des schnellen Verfügens über Informationen versetzen uns in die Lage, zahlreiche Organisationsformen und Arbeitsstrukturen unserer Industriegesellschaft zu überdenken. Die Gesellschaft wird durch Anwendung der Informationstechnik transparenter.

Der Fabrikbetrieb wird transparenter

Auch der Fabrikbetrieb wird durch Anwendung der Informationstechnik transparenter. Informationshierarchien werden abgebaut, das Fachwissen des Betriebes steht allen Beschäftigten zur Verfügung. Dies bedeutet auch eine stärkere Dezentralisierung und damit eine stärkere Entwicklung und Qualifizierung von Arbeitsinhalten vor Ort, gewissermaßen im dezentralen Feld des Produktionsprozesses.

In Anlehnung an die Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 lassen sich unter dem Gesichtspunkt des Wandels von Informationszuständen folgende Verfahren der Informationsverarbeitung unterscheiden:

- Erzeugen von Information,

- Ändern von Information,

- Umhüllen von Information,

- Speichern von Information und

- Löschen von Information.

Zur Informationstechnik gehört die Wissenstechnik. Wissen umfaßt Erfahrungen und Einsichten, die subjektiv wie objektiv gewiß sind und aus denen Urteile und Schlüsse gebildet werden können. Diese Definition ist auf die menschliche Denkfähigkeit bezogen und impliziert eine Einbettung des Wissens in die Gesamtheit des in einem Bewußtsein repräsentierten Weltbildes. Definieren wir eine Wissenstechnik, ist diese auf Kommunikation mit dem Menschen abgestellt. Sie stellt Theorien zur Verfügung, entwickelt Mittel, Geräte, Hard- und Software sowie Verfahren für die Speicherung und Abrufung, Veränderung und Interpretation von Wissen. Zur Repräsentation von Wissen in der wissenstechnischen Umgebung werden Symbole benutzt, deren Zusammenwirken nach Struktur und Funktion formal festgelegt wird. Wissen bildet das Gewußte ab. Man kann Wissen mit Bezug auf den abgebildeten Inhalt, aber auch mit Bezug auf die Verwendung klassifizieren. Die Vielfalt der realen Welt spiegelt sich in einer solchen Klassifikation durch die Vielzahl der möglichen Ordnungskriterien .

Die "Industrielle Informationstechnik" ist die ingenieurmäßige Verknüpfung von Datenverarbeitungs- und Kommunikationstechniken mit den Aufgabenstellungen industrieller Unternehmen. Sie ermöglicht die praxisorientierte Entwicklung und Anwendung von Systemen, die zur integrierten Informationsverarbeitung im Industriebetrieb beitragen. Dazu gehören die kommerzielle, administrative und technische Informationstechnik. Ausprägungen alphanumerisch-textlicher, grafisch-geometrischer sowie kaufmännisch-dispositiver und verwaltender Datenverarbeitung sind eingeschlossen.

Die Aufgaben der industriellen Informationstechnik für die neuen Fabrikstrukturen entstehen aus den Informationsverarbeitungs- und Integrationsanforderungen. Wegen der Verknüpfung von Informations- und Materialflüssen kommt der industriellen Informationstechnik eine ähnlich große Bedeutung zu wie der Konstruktions- und Fertigungstechnik und den kaufmännisch-administrativen Bereichen. Durch die industrielle Informationstechnik als Wissenschaftsgebiet werden die Verfahren bereitgestellt, die eine Datenverarbeitungslösung für die Inhalte industrieller Aufgabenbearbeitung ermöglichen.

Die Fabrik von morgen wird andere Techniken, andere Organisationsformen, andere Managementinstrumente erfordern. Sie wird Produkte humaner, wirtschaftlicher Ressourcen-schonender und qualitativ besser herstellen. Der Innovationsschub der Informationstechnik hat eine Dichte erreicht, die den Fortbestand von traditionellen Unternehmensstrukturen zumindest in Frage stellt. Wir stehen an der Schwelle eines Phasensprungs, der ein Umdenken, ein Verändern, ein Neugestalten der Fabrik erfordert.

Innerhalb weniger Jahrzehnte wird die Informationstechnik alle Mittel zur Realisierung eines durchgängigen Informationsflusses entwickeln und kontinuierlich auf dem Markt anbieten. In der Fabrik ergibt sich damit die Notwendigkeit, mit Einführung der rechnerintegrierten Fertigung den Arbeitsablauf neu zu gestalten. Die volle Ausnutzung eines durchgängigen Informationsflusses erlaubt veränderte Formen kooperativer Arbeit. Neue Arbeitsformen können wirtschaftlicher, leistungsfördernder, humaner und in ihren Ergebnissen qualitativ besser sein als traditionelle Arbeit.

Aus den wissenschaftlichen Erkenntnissen der Informatik sind höchst bedeutende Innovationspotentiale entstanden, die für das Überleben industriell geprägter Volkswirtschaften im weltweiten Wettbewerb eine Schlüsselfunktion einnehmen. Aus der Durchdringung mit der Informatik entwickeln sich beispielsweise die Wirtschaftsinformatik und die Produktionsinformatik. Auch ist die Zeit gekommen, eine Maschineninformatik zu begründen.

Der ständig steigende Einsatz rechnerunterstützter Systeme in der Produktionstechnik stellt erhöhte und neue Anforderungen an den Entwickler und Benutzer moderner Steuerungssysteme. Diese entstehen in enger Zusammenarbeit von Informatik und Maschinenbau. Um eine qualitativ hochwertige Zusammenarbeit zu gewährleisten, ist es notwendig, auf eine gemeinsame Wissensbasis zurückgreifen zu können. Die Produktionsinformatik soll hier als Grundlage dienen.

Die Produktionsinformatik befaßt sich mit der Anwendung der Informationstechnik im Fabrikbetrieb. Als Grundlage der Produktionsinformatik dienen die fundamentalen Lehrinhalte der Informatik, wie Rechenorganisation und Algorithmentheorie. Ein besonderer Schwerpunkt der Produktionsinformatik ist die Anwendung von Methoden der Softwaretechnik.

Software ist ein immaterielles Produkt, verbraucht sich nicht, unterliegt keinem Verschleiß und erfordert keine Ersatzteile. Die Software als flexibelste Komponente in einem Fertigungssystem ermöglicht die Anpassung und Integration durch relativ einfache Änderungen. Voraussetzung für eine ingenieurmäßige Vorgehensweise in allen Phasen der Software-Entwicklung ist der Einsatz geeigneter Methoden. Diese ermöglichen sowohl eine frühzeitige Fehlererkennung und Behebung als auch die spätere Aktualisierung des Softwareprodukts ohne viel Zeit- und Kostenaufwand. Deshalb bilden die Methoden der Software-Entwicklung einen besonderen Schwerpunkt in der Produktionsinformatik.

Um eine sinnvolle Kommunikation zwischen Ingenieuren verschiedener Fachrichtungen und Informatikern zu gewährleisten und um es auch dem Nichtinformatiker zu ermöglichen, den Einsatz von Hard- und Software effizient zu planen, ist es notwendig, verschiedene Rechner und Rechnerkomponenten ebenso wie verschiedene Softwareprodukte sachkundig vergleichen zu können. In der modernen Produktionstechnik muß man die Software als Produktionsmittel auffassen. Der Produktionstechniker ist also in zunehmendem Maße auch mit der Entwicklung von Software beschäftigt.

Zukünftig wird jeder in der Produktion tätige Ingenieur über fundierte Kenntnisse in Aufbau, Entwurf, Entwicklung, Betrieb und Wartung betrieblicher Programmsysteme verfügen müssen. Solche betrieblichen Programmsysteme sind Technologie-orientiert und administrationsorientiert mit strategischen, dispositiven und operativen Funktionen aufgebaut. Sie umfassen konstruktionsorientierte, planungsorientierte und prozeßorientierte Systeme.

Rechnerintegrierter Fabrikbetrieb

Die rechnerintegrierte Fertigung entsteht durch Kopplung und Integration aller Informationsprozesse. Eine schrittweise Weiterentwicklung vorhandener Fabrikstrukturen erfordert große Veränderungen in zwei Aufgabenfeldern: zum einen die Entwicklung der Kommunikationsfähigkeit und Integrationsfähigkeit von Hardware und Software, zum anderen die Veränderung der bestehenden Organisationsstrukturen in ihrem Ablauf und auch in ihrem Aufbau. Die zweite Aufgabe wird dem Einzelbetrieb größere Anstrengungen abverlangen, während die erste Aufgabe vor allem den Lieferanten der Hard- und Software fordert.

Produktionsorientierte Informationsflüsse bilden die Grundlage für eine integrierte rechnerunterstützte Produktion. Die Funktionen reichen von der Angebotserstellung und Auftragsverwaltung, der Konstruktion und Arbeitsplanung bis zur Fertigungssteuerung, Fertigung, Montage, Materialwirtschaft und Qualitätssicherung.

Eine rechnerintegrierte Fertigung benötigt leichten Zugriff auf alle Produktdaten. Die Forschung entwickelt zu diesem Zweck Produktmodelle, die nicht nur alle Produktdaten enthalten, sondern zudem in der Lage sind, Verbindungen, Abhängigkeiten und Querverweise zwischen den Informationsinhalten strukturartig darzustellen. Ein Produktmodell stellt eine logische, aber nicht notwendigerweise physikalische Einheit aller produktrelevanten Daten dar. Das Modell enthält einen Informations- und Verwaltungsteil von betriebsinternen Daten sowie von produktübergeordneten Daten externer Art.

Der Ablauf von rechnerunterstützten Informationsprozessen erfordert es, daß der Inhalt von Informationen in Daten einer rechnerinternen Darstellung gewandelt wird. Zur rechnerinternen Informationsverarbeitung dienen Modelle, die aus Daten, Strukturen und Algorithmen bestehen. Datenstrukturen, die von heute eingesetzten Systemen erzeugt werden, können aus einfachen Listenstrukturen bestehen, die überwiegend im administrativen Bereich verwendet werden, aber auch komplexe Netzstrukturen enthalten, die topologische Zusammenhänge komplizierter Geometrien abbilden. Ein Produktmodell muß in der Lage sein, diese unterschiedlichen Datenstrukturen aufzunehmen und zu verarbeiten.

Ein Zugriff auf produktübergreifende Informationen, wie Konstruktionskataloge, Normteiledateien oder Materialbestände und Maschinenbelegungen, sollte möglich sein. Dies kann durch den Eintrag von Verweisen auf entsprechende Bibliotheken geschehen. Die Verweise können bei einer konkreten Problemstellung aufgabenspezifisch ausgewertet werden.

Eine weitere Forderung an Produktmodelle ist die Fähigkeit der Datenverdichtung zur Vermeidung von Redundanzen. Beispielsweise werden sowohl in der Produktionsprogrammplanung als auch in der Arbeitsplanung und in der Fertigungsprogrammplanung Stücklisten verarbeitet, die in der Konstruktion erstellt werden. Sie sollten physikalisch nur einmal gespeichert sein.

Vorschläge für Produktmodellstrukturen, als Beispiel sei das Schichtenkonzept genannt, sind Gegenstand laufender Forschungsaktivitäten. Das Schichtenkonzept sieht eine Zuordnung von Informationen zu unterschiedlichen Informationsschichten vor, wobei jede Informationsschicht eine semantisch abgeschlossene Teilmenge der vollständigen Produktmodellinformation repräsentiert. Das Konzept der Verbindungsschichten übernimmt die Beziehungsbildung zwischen den Schichten und ist damit für Konsistenz und Redundanzfreiheit des Gesamtmodells verantwortlich. Eine Organisationsschicht dient der Verwaltung und Organisation der Informationsschichten .

Man könnte von intelligenter CAD-Technik sprechen. Diese enthält nicht mehr nur eine konventionelle Datenverarbeitung von Geometriedaten, sondern geometrische Objekte, die verbunden sind durch Wissen über deren Eigenschaften und Beziehungen zu anderen Objekten. Nach der Neugestaltung eines Objekts oder der Änderung von Einsatzbedingungen kann ein solches System eine selbständige Anpassung oder Neukonfiguration der Konstruktion ausführen.

Der integrierte Informationsfluß geht über das traditionelle Verständnis des Aufgabenprofils der alten Fabrik hinaus. Die neue Fabrik erfordert neue Kooperationsfelder zwischen den Unternehmensbereichen. Dieses anspruchsvolle Ziel der Neustrukturierung unserer Fabriken kann allerdings nur verwirklicht werden, wenn auch alle Bereiche mitwirken. Interdisziplinäre Operationsgruppen müssen gebildet werden. Sie wirken als strukturierende Elemente und lösen Wechselwirkungen aus.

Der volle Nutzen aus der Einführung der rechnerintegrierten Fertigung kann nur gezogen werden, wenn die Technologie-Entscheidungen als Teil der gesamten Unternehmensstrategie behandelt werden. Sie ist mit allen anderen strategischen Zielsetzungen abzustimmen. Das traditionelle Produktionsmanagement ist für die rechnerintegrierte Fabrik der Zukunft nur begrenzt geeignet. Neue Verbundkonzepte sind erforderlich für Entscheidungsprozesse. Die Integration der Automatisierungsinseln wird vernetzte Einheiten schaffen, wird den gesamten Fabrikbetrieb zu einer integrativen Informationsmaschine entwickeln. Die im Verbund ausschlaggebende Eigenschaft all dieser Operationszellen ist ihre schnittstellenüberwindende Flexibilität.

In aller Deutlichkeit muß auf das Strukturierungsproblem der Organisation und der Informationsflüsse hingewisen werden. Trotz aller Vielfalt der in der Produktion entstehenden und benutzten Informationen ist eine durchgängige Nutzung der Datenmengen nur dann möglich, wenn alle beteiligten Abteilungen sich auf die verbindenden Konventionen und Abläufe umstellen, wenn sie eine einheitliche Produktionssprache entwickeln und benutzen.

Dies macht aber nicht nur die Investition von Rechner-Hardware und -Software erforderlich, sondern in ganz besonderem Maße muß dieser Prozeß auch von qualifiziertem Personal begleitet sein. Hinter der Datadriven-Factory, der datengetriebenen Fabrik, steht das Wissen der Mitarbeiter, stehen Kenntnisse des Menschen, stehen die Erfahrung und die Fähigkeit und besonders die Kreativität des Menschen.

Die kostenbezogene Bewertung von CIM-Investitionen anhand konventioneller Kriterien wird Schwierigkeiten bereiten. Es muß der Nutzen der Investition im Gesamtzusammenhang erfaßt werden. Entscheidend für die Gesamtleistung einer solchen informationstechnisch integrierten Produktionsfabrik ist sowohl eine Erhöhung der Nutzungszeiten, also der besseren kapazitiven Ausnutzung der Produktionsanlagen, als auch eine Verkürzung der Durchlaufzeit sowie die Verringerung der Bestände. Hinzu kommen die Verbesserungen der Qualität und Flexibilität. Der Übergang zu CIM wird in der Wirtschaftlichkeitsbewertung als Übergang von einer Kostenorientierung zu einer Nutzenorientierung gesehen werden müssen.

Vor der Einführung von CIM und der Diskussion der CIM-Strategie steht die Betrachtung aller strategischen Möglichkeiten, die dem Unternehmen in technologischer und organisatorischer Hinsicht zur Verfügung stehen. Die hier zu treffenden Entscheidungen beeinflussen die technologische Leistungsfähigkeit ebenso wie die sogenannte Qualität der Arbeit, der insbesondere wegen der Verknüpfung logisch-funktionaler Zusammenhänge mit rein menschlichen Belangen - dem soziotechnischen System - Beachtung geschenkt werden muß.

Die Einführung von CIM beinhaltet das Aufstellen einer CIM-Strategie, die organisationsspezifisch modelliert und angepaßt werden muß. Diese modellierende Anpassung muß gleichermaßen organisatorische Veränderungen für die Einführung von CIM berücksichtigen. Für die Einführung und Implementierung neuer Produktionstechnologien müssen Entscheidungsträger und Entscheidungsinhalte in Übereinstimmung gebracht werden. Weiterhin ist die Art der eingesetzten Automatisierungstechnologien von entscheidendem Einfluß auf die Organisationsstruktur.

In den Entscheidungsprozessen zur Einführung von ClM-Strategien unterscheidet man Top-down- und Bottom-up-Vorgehensweisen. Im Gegensatz zur Taylorschen Organisationsform der Massenfertigung sind hier flache Hierarchien vorzuziehen. Nach der Top-down-Zielvorgabe für die CIM-Strategie ist eine Kooperation zwischen den funktionalen Bereichen erforderlich, wobei die beteiligten Personen Rückmeldungen an das Management über notwendige Veränderungen im Bottom-up-Verfahren geben. Der Kontakt zwischen funktionalen Bereichen soll sicherstellen, daß Prozeßerfahrung und Initiative genutzt werden.

Für die Einführung eines CIM-Systems im Unternehmen empfiehlt sich zunächst eine Betrachtung der Prozeßketten, losgelöst von den spezifischen Organisationsstrukturen und EDV-Systemen. Als Instrument für die Beschreibung dieser Prozeßketten wird ein funktionales Modell der industriellen Produktion erstellt und betriebsspezifisch ergänzt. Dabei werden die Informationsflüsse zwischen den unterschiedlichen Unternehmensfunktionen beschrieben. Zu den wesentlichen Funktionen gehören Vertrieb und Kundendienst, Entwicklung und Konstruktion sowie die Produktionsplanung und -steuerung. Ein solches funktionales Referenzmodell kann als Maßstab für die Beurteilung und Verbesserung des betrieblichen Datenaustauschs genutzt werden. Das Modell läßt sich nach verschiedenen Gesichtspunkten gliedern und strukturieren, beispielsweise in ein Produktmodell, ein Steuerungsmodell und ein Betriebsmodell. Vorhandene Integrationsinseln können dargestellt und Funktionsbereiche mit hohem Integrationspotential gekennzeichnet werden. Durch die frühestmögliche Berücksichtigung aller für die jeweilige Funktion relevanten Informationen lassen sich wesentliche CIM-Potentiale erschließen, wie

- eine Verkürzung der Produktionsentwicklungszeiten,

- eine Verkürzung der Auftragsdurchlaufzeiten und

- eine betriebliche Simultanplanung.

Die Einführung von CIM-Pilotsystemen beim industriellen Anwender wird bei den bestehenden Rechnerlösungen ansetzen. Häufig sind Softwaresysteme für die Bereiche Konstruktion, Arbeitsplanung, Produktionsplanung und -steuerung sowie Zellen- und DNC-Betrieb als Insellösungen bereits eingeführt.

Auch bei der Realisierung solcher Pilotsysteme zeigt sich, daß der Erfolg nur durch qualifizierte und motivierte Mitarbeiter zu gewährleisten ist .Die interdisziplinäre Gruppe entwickelte sich durch einen Lernprozeß zu einem effizienten Team von Produktionsinformatikern. Neben der Gesamtsystemschau wirkt die fachliche Kompetenz des Teams auch hier als Promotor, der gruppenübergreifend Voraussetzungen schafft für eine Realisierung in verhältnismäßig kurzer Zeit.