Entwicklung eines Vorgehensmodells für die Implementierung von Methoden der digitalen Vernetzung in der Außenmontage des Anlagenbaus

Abstract

Industrie 4.0 und damit auch die Digitalisierung von Produktionsprozessen ist im deutschen Maschinen- und Anlagenbau bereits seit einigen Jahren ein weit diskutiertes Thema. Fast alle Firmen und viele Studien sind sich über die Chancen und die Bedeutung für den Wirtschaftsstandort einig (Abele et al., 2015; Staufen AG, 2018). Während bereits einige Arbeiten sich mit den Anforderungen unterschiedlicher industrieller Bereiche an die digitale Vernetzung beschäftigen, existiert noch keine Arbeit, die sich mit den speziellen Herausforderungen des hochflexiblen und komplexen Umfelds der Außenmontage des Anlagenbaus für solch eine Aufgabenstellung auseinandersetzt. Um diese wissenschaftliche Lücke zu schließen, ist die zentrale Frage dieser Arbeit, wie sich in diesem Umfeld mit Methoden der digitalen Vernetzung ein Mehrwert für Unternehmen, Mitarbeitende und Kunden erzielen lässt.Für die Beantwortung dieser Frage wird zu Beginn, aufbauend auf einer umfangreichen Literaturrecherche, ein Überblick über die Besonderheiten und Herausforderungen der Außenmontage erstellt. Diese Herausforderungen werden anschließend für die Zielsetzungsdefinition der digitalen Vernetzung systematisch mit dem Stand der Forschung zum Zusammenspiel zwischen Digitalisierung, Arbeit, Organisation, Qualifizierung und Effizienz gegenübergestellt. Um diese Ziele in der Praxis erreichen zu können, wird aufbauend auf dem aktuellen Stand der Forschung ein Vorgehensmodell für die Durchführung von Digitalisierungsprojekten in der Außenmontage entworfen. Dieses verwendet einen bedarfsorientierten Ansatz und beginnt mit der unternehmensspezifischen Definition der Zielsetzungen und Anforderungen an das Projekt. Darauf aufbauend setzt sich die Methodik zusammen aus einer soziotechnischen Bestandsaufnahme, einer Informationsflussanalyse, der Identifikation und Bewertung möglicher Use-Cases, dem Erstellen einer finalen Handlungsempfehlung, sowie einer ersten praktischen Umsetzung ebendieser.Anhand einer empirischen Fallstudie wird die entworfene Methodik anschließend angewendet und dokumentiert. Neben der Abgabe einer Handlungsempfehlung, wird im Rahmen der Implementierung ein erster Prototyp für einen spezifischen Use-Case mittels Low-Code-Programmierung entworfen. Die abschließende Validierung und Verifizierung zeigt, dass mittels der hier erarbeiteten Methodik bedeutende Fortschritte in den vorab definierten Zielgrößen identifiziert, sowie Lösungsansätze zum Erreichen dieser Ziele erstellt werden können. Zusammenfassend ist der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit daher eine Definition der Zielsetzungen für die Digitalisierung der Außenmontage des Anlagenbaus, eine mögliche Methodik zum Erreichen dieser Ziele, sowie eine Fallstudie zur Veranschaulichung der praktischen Umsetzung ebendieser.

Industry 4.0 and with it the digitalisation of production processes has been a widely discussed topic in the German mechanical and plant engineering industry for several years now. Almost all companies and many studies agree on the opportunities and the importance for the business location (Abele et al., 2015; Staufen AG, 2018). While a number of works already address the requirements of different industrial sectors in regards to digitalisation, no work yet exists that addresses the specific challenges of the highly flexible and complex environment of on-site assembly in plant construction. In order to close this scientific gap, the central question of this thesis is how added value for companies, employees and customers can be generated in this environment through the use of methods of digital interconnectivity.To answer this question, an overview of the specific traits and challenges of on-siteassembly is created, based on an extensive literature research. These challenges are then systematically compared with the current state of research on the interaction between digitalisation, work, organisation, qualification and efficiency, in order to define the goals for applying methods of digital interconnectivity. To be able to achieve these goals in practice, a process model for the implementation of digitalisation projects in on-site assembly is designed based on the current state of research. Aneeds-oriented approach is applied, that begins with the company-specific definition of the objectives and requirements for the project. Based on this, the methodology consists of a socio-technical assessment, an information flow analysis, the identification and evaluation of possible use cases, the creation of a final recommendation for action, and an initial practical implementation of the measures.The designed methodology is then applied and documented by means of an empirical case study. In addition to issuing a recommendation for action, a prototype for a specific use case is designed utilizing low-code programming as part of the implementation. The final validation and verification process demonstrates that the methodology developed here can be used to identify significant improvement potentials in the predefined target variables and to create possible development pathsfor achieving these goals.In summary, the scientific contribution of this work is, therefore, a definition of the objectives for the digitalisation of on-site assembly in plant construction, a possible methodology for achieving these objectives, as well as a case study to illustrate the practical implementation of the same.