Development of a relation model to determine the degree of Implementation for digitalization of value- added processes

Abstract

Industrial companies are under increased pressure for change, resulting from increased globalization and therefore competition with companies from around the world. Thus, they are facing the challenge of constantly improving their value creation processes in order to make them more efficient, flexible and economic to remain competitive. One approach to increase process performance results from concepts such as industrial digitalization – currently observed in new manufacturing paradigms such as Industry 4.0. The positive results from increased digitization are rigorously analyzed and widely accepted. However, the question of “how digitalization concepts exactly relate to different process components of internal value creation processes” is still widely uncovered from a scientific point of view – and therefore the core question of this Master Thesis. To answer this question, a relation model is developed which builds on the requirements of industrial digitalization for internal industrial value creation. More precisely, these requirements are split into physical objects and information elements within value creation processes that are interlinked with existing production factors of industrial companies (dimensions). Through this linkage so-called “matching boxes” are developed which are filled with concrete implementation examples of industrial digitalization from real manufacturing environments. In order to fill the “matching boxes”, an encompassing systematic literature review was conducted using more than 1100 search terms and resulting in 8875 results. Out of all results 332 publications were considered further development of the relation model. In a next step, the implementation examples were then clustered into abstract implementation concepts. By developing these clusters, a more general model results, that contains 10 dimensions in which the progressiveness of the company’s digitalization of value creation can be assessed. This model finally transformed into a method to assess the implementation status in manufacturing companies between 1-low implementation and 5-high implementation. Using this approach, the relation model and assessment method was successfully tested in the Industry 4.0 Pilot Factory of the TU Wien. Transferring the model into a practical assessment tool offers great potential to help companies to identify their implementation level of digitalization in multiple dimensions. Knowing their as-it-is-status moreover enables them to derive strategic steps towards more digitalized, thus more competitive value creation processes.

Industrieunternehmen stehen aufgrund zunehmender Globalisierung und dem damit erhöhten Wettbewerb mit Unternehmen aus aller Welt unter erhöhtem Veränderungsdruck. Hieraus ergibt sich die Herausforderung, deren Wertschöpfungsprozesse ständig zu verbessern, um diese effizienter, flexibler und wirtschaftlicher zu gestalten und hierdurch wettbewerbsfähig zu bleiben. Ein Ansatz zur Steigerung der Prozessleistung resultiert aus Konzepten industrieller Digitalisierung, welche aktuell in neuen Produktionsparadigmen wie der Industrie 4.0, zu beobachten sind. Die positiven Effekte zunehmender Digitalisierung der Wertschöpfung sind bereits umfassend analysiert und weitgehend anerkannt. Die Frage, „Wie sich Digitalisierungskonzepte im Detail auf verschiedene Prozesselemente interner Wertschöpfungsprozesse auswirken“, ist jedoch aus wissenschaftlicher Sicht noch weitgehend ungeklärt und damit die Kernfrage dieser Diplomarbeit. Um diese Frage zu beantworten, wird ein Relationen-Modell entwickelt, welches auf den Anforderungen der industriellen Digitalisierung für interne industrielle Wertschöpfung aufbaut. Genauer gesagt, werden diese Digitalisierungs-Anforderungen innerhalb der Wertschöpfungsprozesse in physische Objekte und Informationselemente geteilt, und diese mit bestehenden Produktionsfaktoren von Industrieunternehmen (Dimensionen) verknüpft sind. Durch diese Verknüpfung werden sogenannte „Matching-Boxes“ entwickelt, welche mit konkreten Umsetzungsbeispielen der industriellen Digitalisierung aus realen Produktionsumgebungen befüllt werden. Um die „Matching-Boxes“ zu füllen wurde eine umfassende systematische Literaturrecherche mit mehr als 1100 Suchbegriffen durchgeführt, welche zu 8875 Ergebnisse führte. Von diesen Ergebnissen wurden 332 Publikationen für die weitere Entwicklung des Relationen-Modelles berücksichtigt. In einem nächsten Schritt wurden die konkreten Implementierungsbeispiele zu abstrakten Implementierungskonzepten geclustert. Durch die Entwicklung dieser „Cluster“ entsteht ein allgemeines Modell bestehend aus 10 Dimensionen, in denen die Progressivität der Digitalisierung der Wertschöpfung von Unternehmen bewertet werden kann. Das Modell wurde anschließend in eine Methode zur Bewertung des Implementierungsstatus in produzierenden Unternehmen zwischen 1-geringe Implementierung und 5-hohe Implementierung überführt. Das Relationen-Modell sowie die Bewertungsmethode wurden in der Industrie 4.0 Pilotfabrik der TU Wien erfolgreich getestet. Die Überführung des Modells in ein praktisches Bewertungsinstrument bietet großes Potential, Unternehmen dabei zu unterstützen, Ihren Implementierungsgrad der Digitalisierung zu identifizieren. Die Kenntnis des Ist-Zustanden, ermöglicht Unternehmen anschließend strategische Schritte zu erhöhter Digitalisierung, und so wettbewerbsfähigerer Wertschöpfungsprozessen, abzuleiten.