Kollaborative Wandlungsfähigkeit in KMU stärken

From the KoWaK research project to practical application: findings and concepts

Abtract: Small and medium-sized enterprises (SMEs) in many industries are facing fundamental challenges in light of the current industrial structural change. Strengthening adaptability is therefore a key factor in creating long-term stable prospects for companies and employees. In the KoWaK project, concepts for change-enabling technology design and work organisation are being developed in collaboration with corporate partners.

1 Einleitung

In vielen Branchen der deutschen Industrie bilden kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) mit ihren hochgradig spezialisierten Erzeugnissen ein entscheidendes Rückgrat der Wertschöpfungsprozesse. Gerade im Maschinenbau und in der Automobilindustrie haben sich ausdifferenzierte Wertschöpfungsstrukturen und die bedarfssynchrone Zusammenarbeit in unternehmensübergreifenden Netzwerken als wesentlicher Erfolgsfaktor für Technologie- und Effizienzvorsprünge auf den Weltmärkten erwiesen. Viele Unternehmen des industriellen Mittelstands sind derzeit jedoch mit großen Herausforderungen konfrontiert. Im Zentrum stehen neben wachsenden Unsicherheiten in den globalen Lieferketten, Preissprüngen bei Energie- und Materialkosten, neuen Wettbewerbern und Fachkräftemangel langfristige Entwicklungen wie die fortschreitende Digitalisierung (Stichworte: Industrie 4.0, KI). Von der Geschäftsmodellentwicklung über die unternehmensübergreifende Zusammenarbeit bis hin zum Shopfloor nehmen damit die Ungewissheitsdimensionen zu, die produzierende KMU sowohl bei der Gestaltung ihrer Unternehmensstrategie als auch im operativen Betrieb bewältigen müssen. Damit avanciert der Aufbau von Wandlungsfähigkeit zu einem zentralen Erfolgsfaktor sowohl für die Sicherung der Zukunftsfähigkeit produzierender Unternehmen als auch für die Stabilisierung der Wertschöpfungssysteme in der Industrie insgesamt.

Im KoWaK Projekt werden in einem soziotechnischen Mehrebenansatz die Wertschöpfungsprozesse der beteiligten KMU über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg in den Blick genommen. Diese Ebenen umfassen die Anpassung der Geschäftsprozesse, eine vorausschauende und verbesserte unternehmensübergreifende Zusammenarbeit und die Optimierung der Produktionsprozesse in den Unternehmen. Die soziotechnische Spezifik des Ansatzes besteht darin, dass bei der Lösungsentwicklung innovative technologische Konzepte mit organisationalen Dimensionen und dem Arbeitshandeln und Erfahrungswissen der Führungskräfte und Beschäftigten verknüpft werden.

2 Wandlungsfähigkeit in KMU durch beteiligungsorientierte Geschäftsmodellentwicklung

Geschäftsmodelle bestehen im Kern aus drei Elementen: erstens einer Beschreibung des Wertes, den das Unternehmen für Kunden generiert (Nutzenversprechen); zweitens der Art und Weise, wie das Unternehmen diesen Wert erzeugt (Architektur der Wertschöpfung); und drittens dem Mechanismus, durch den der geschaffene Wert realisiert und in Erlöse umgewandelt wird (Ertragsmodell). Dabei geht es um die Grundprinzipien, wie Unternehmen Wert erzeugen, den Kunden bereitstellen und realisieren [1; 2]. Bislang gibt es jedoch kaum geeignete Vorgehensmodelle und aufbereitete Beispiele guter Praxis, an denen sich betriebliche Akteure in KMU orientieren können, um neue Geschäftsmodelle zu entwickeln. Die vorliegenden Handlungsleitfäden richten sich fast ausschließlich an das Management und konzentrieren sich überwiegend darauf, Konzepte und Instrumente der Geschäftsmodellentwicklung, die für Großunternehmen mit spezialisierten Innovationsabteilungen entwickelt wurden, auf die Unternehmen des industriellen Mittelstands zu übertragen [3; 4]. Die KMU-spezifischen Ausgangsbedingungen, also die limitierten Handlungsspielräume und auch die Stärken wie etwa kurze Entscheidungswege werden weitgehend ausgeblendet. Ebenfalls kaum thematisiert wird die Frage, wie die Mitarbeitenden in diesen Prozessen aktiv werden und sich einbringen können. Für ein auf die Anforderungen des industriellen Mittelstands zugeschnittenes beteiligungsorientiertes Vorgehensmodell zur Erschließung neuer Geschäftsfelder liegen insgesamt noch wenige Ergebnisse vor.

Darauf verweisen auch die Ergebnisse der im KoWaK-Projekt durchgeführten Befragung. Deutlich wird, dass die befragten KMU nur über geringe Kenntnisse und Erfahrungen mit dem Einsatz von bekannten und in Großunternehmen zumindest teilweise etablierten Methoden und Vorgehensweisen zur Geschäftsmodellentwicklung verfügen (Business Model Canvas, Design Thinking u.a.). Auch greifen sie kaum auf den Einsatz externer Berater zurück. Gleichwohl sind die befragten Unternehmen im Feld Geschäftsmodellentwicklung – häufig ohne diese Tätigkeiten im betrieblichen Kontext explizit so zu bezeichnen – durchaus aktiv und bearbeiten diese Aufgaben weitgehend mit eigenen Mitteln. Im Mittelpunkt stehen dabei die Aktivitäten zur Pflege der Geschäftsbeziehungen mit Bestands- und Stammkunden, die vielfach auf langjährigen Partnerschaften beruhen. Dies verweist auf ein weitgehend inkrementelles Vorgehen bei der Geschäftsmodellentwicklung. Erheblichen Handlungsbedarf sehen die befragten KMU bei der Verstärkung ihrer Vertriebs- und Marketingaktivitäten zur kontinuierlichen Marktbeobachtung sowie bei der Erweiterung der Kenntnisse über die Kundenbedürfnisse. Deutlichen Verbesserungsbedarf sehen die befragten Unternehmen auch bei der Nutzung der Kompetenzen der Mitarbeitenden als zentralem Element der Unternehmensressourcen [5].

Bei der Arbeit an der Geschäftsmodellentwicklung stehen Unternehmensleitungen und Beschäftigte gleichermaßen vor der Herausforderung, neue Kompetenzfelder zu erschließen. Sie müssen sich Fachwissen über die Besonderheiten potenzieller zukünftiger Geschäftsfelder aneignen und sich dabei auch in technische Fragestellungen einarbeiten. Außerdem müssen sie Methoden des Projektmanagements, der Analyse von Kernkompetenzen und Marktentwicklungen sowie der Kundenakquise beherrschen. Darüber hinaus müssen sie soziale Kompetenzen entwickeln, um in interdisziplinären Arbeitszusammenhängen unter hoher Unsicherheit eine vertrauensvolle und zielorientierte Zusammenarbeit bei der Geschäftsmodellentwicklung zu fördern. Um mit diesen Herausforderungen umzugehen, wurde im KoWaK-Projekt ein beteiligungsorientiertes Vorgehensmodell entwickelt [6, 7]. Im Zentrum stehen die Mitarbeitenden, die aufgrund ihres Erfahrungswissens den Prozess der Geschäftsmodellentwicklung maßgeblich vorantreiben. Dieses prototypische Vorgehensmodell umfasst drei Phasen (Bild 1).

In der „ersten Phase“ geht es darum, ein interdisziplinäres Team von Beschäftigten aus unterschiedlichen Abteilungen des Unternehmens zu bilden, das sich grundlegende Kenntnisse zur Geschäftsmodellentwicklung aneignet und dieses Feld kontinuierlich bearbeitet. Die inhaltliche Arbeit dieses Teams besteht zunächst darin, das bestehende Geschäftsmodelle des Unternehmens strukturiert zu erfassen. Dabei geht es einerseits um Stärken und Alleinstellungsmerkmale und andererseits um die Schwächen einzelner Komponenten des Geschäftsmodells. Ergebnis ist die Erfassung des konkreten Entwicklungsbedarfs für neue Handlungsfelder. Auf dieser Basis steht im Mittelpunkt der „zweiten Phase“ der Aufbau von Know-how. Dies umfasst neben Ansätzen zu neuen Produkten und Dienstleistungen die Erkundung neuer Märkte und Kundengruppen. Ein wichtiges Instrument ist die Stärkung der Außenperspektive durch einen intensivierten Austausch mit anderen Unternehmern, Forschungseinrichtungen und Netzwerken. In der „dritten Phase“ geht es dann um die Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen. In Verbindung mit einer gezielten Kommunikationsstrategie für neue Kundengruppen können so neue Geschäftsmodelle initiiert und umgesetzt werden.

Mit diesem Vorgehensmodell werden die Unternehmen befähigt, dauerhaft Wandlungsprozesse aktiv zu gestalten. Neben neuen Produkten und Dienstleistungen entwickeln die Mitarbeitenden ein strategisches Verständnis für das eigene Unternehmen. Damit verbunden ist der Aufbau zusätzlichen Wissens und neuer Kompetenzen. Es entsteht ein neues Bewusstsein für die Bedeutung von Geschäftsmodellen, Kundenzentrierung und Kommunikation. Durch diese Lernprozesse werden KMU langfristig flexibler, handlungsfähiger und gegenüber Krisen robuster.

3 Unternehmensübergreifende Zusammenarbeit in Wertschöpfungsnetzwerken

Die zunehmende Zahl an Produktvarianten in Kombination mit einer fortschreitenden Arbeitsteilung führen dazu, dass nicht nur innerhalb einzelner Unternehmen, sondern auch im unternehmensübergreifenden Wertschöpfungsnetzwerk immer schneller auf eine sich ändernde Auftragslage reagiert werden muss. Jede Produktvariante kann eine eigene Prozess- und Lieferkette zur Folge haben. Bei Veränderungen müssen Parameter wie Materialien und Kaufteile, Arbeitsfolgen und Leistungserbringer zeitnah neu synchronisiert werden. Dadurch entsteht eine wesentlich höhere Komplexität und Dynamik. Zu ihrer Beherrschung sind neuartige Prinzipien der Informationsverarbeitung, neue Organisationskonzepte und eine neue Kultur der Zusammenarbeit erforderlich. Eine perspektivisch vollständige Digitalisierung der unternehmensübergreifenden Kollaboration und insbesondere der Lieferketten spielt hierfür eine zentrale Rolle [8].

Im KoWaK-Projekt wurde eine Plattform konzipiert, die es erlaubt, durch Simulation der Zusammenarbeit verschiedener Auftraggeber, Partner und Zulieferer Engstellen in Lieferketten zu erkennen, die Auswirkungen verschiedener Handlungsoptionen zu bewerten sowie entsprechende Lösungsansätze umzusetzen. Nutzende der Plattform können unterschiedliche Szenarien wie etwa den Ausfall einzelner Lieferanten, Substitutionen von Komponenten oder Prioritätsverschiebungen in der Produktion definieren und simulieren. Durch die Möglichkeit einer somit zielgerichteten Koordination der unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit in Lieferketten kann

• die Flexibilität und Resilienz der Lieferketten-Strukturen (Auswahl neuer Leistungspartner) erhöht;
• die Abstimmung zwischen Unternehmen dynamisiert und dadurch Engpässe sichtbar gemacht, gezielte Handlungsmöglichkeiten eruiert und Reserven in der Lieferkette zur Stabilisierung der Wertschöpfungsprozesse ausgenutzt;
• die Digitalisierung der Lieferkette als Basis für eine zunehmend automatisierte Angebotserstellung,
  -bewertung und -nachverfolgung zwischen Auftraggebern und Zulieferern ermöglicht werden.

Um die Simulationsplattform herum wurde eine webbasierte Anwendung entwickelt, die in Echtzeit mit aktuellen Daten gespeist wird. Die Schnittstelle zur Datenquelle erfolgt über eine eigens programmierte REST-API, welche die kontinuierliche Synchronisation mit dem ERP-System sicherstellt und so die Datenaktualität und -integrität gewährleistet.

In der Pilotphase der Lösung konnten signifikante Vorteile nachgewiesen werden. So konnten kritische Engpässe deutlich früher identifiziert werden, woraus eine Verringerung von Lieferverzögerungen sowie eine verbesserte Abstimmung mit Partnern resultierte. Auf dieser Grundlage trug die entwickelte Lösung nicht nur zu einer Stabilisierung und Erhöhung der Resilienz der Lieferkette bei, sondern schaffte auch die Voraussetzung für eine weitergehende Automatisierung und Digitalisierung für Planungs- und Beschaffungsprozesse.

Zukünftige Arbeiten fokussieren auf die Weiterentwicklung KI-basierter Prognosemodelle sowie deren Integration in operative Systeme zur weiteren Steigerung von Flexibilität und Selbststeuerungsfähigkeit.

4 Wandlungsfähigkeit durch Modularität in der Produktion

Im dritten Handlungsfeld des KoWaK-Projekts wurde die Verbesserung der Wandlungsfähigkeit auf dem Shopfloor adressiert. Grundlegende Veränderungen in nahezu allen Branchen, die begleitet werden durch zunehmenden Fachkräftemangel, abnehmende Unternehmenstreue von Erfahrungsträgern und einen genereller Mentalitätswandel in der Arbeitswelt, erfordern von produzierenden Unternehmen umfassende kurz- und mittelfristige Reaktionsfähigkeit. Getrieben vom rasanten Fortschritt bei den Informations- und Kommunikationstechnologien (Industrie 4.0/5.0, Künstliche Intelligenz) wird einer zunehmend automatisierten, modularen Produktion dabei zukünftig eine Schlüsselrolle zur Sicherstellung von Handlungs- und Wandlungsfähigkeit auf dem Shopfloor zukommen. Neben modularen Produktionssystemen liegt der Fokus dabei zunehmend auf der digitalen Modularität und deren Konnektivität, und das auf den verschiedensten Ebenen von der Datenerfassung am Asset über Edge-, Fog- und Cloud-Ebene bis hin zum immer mehr an Bedeutung gewinnenden Industrial Metaverse.

Unter diesen Rahmenbedingungen wurde im KoWaK-Projekt – in Ergänzung zu bereits bestehenden Konzepten – an verschiedenen Lösungen für den Shopfloor von KMU gearbeitet, die sich an dem Matrixfertigungskonzept [9] orientieren:

• Entwicklung von Strategien für wandlungsfähige Prozessketten in der Matrixfertigung,
• Methoden zur Planung und Simulation flexibler Wertschöpfung in der Matrixfertigung auf Basis digitaler Zwillinge,
• Lösungen zum effizienten Tracking von Assets in der Matrix,
• Methoden zur Steuerung intralogistischer Prozesse,
• Roboterbasierte Prozessketten in der matrixbasierten Präzisionsteilefertigung.

Industrie- bzw. Bearbeitungsroboter besitzen in der Matrixfertigung eine große Bedeutung. Neben der Verbesserung der Technologiefähigkeit von Robotern, z. B. für die Metallzerspanung, lag ein wesentlicher Fokus auf der Erarbeitung von zielführenden Einsatzszenarien in der Fertigung bei KMU. Die komplette oder unterstützende Bearbeitung von großen Bauteilen, von Sekundärflächen, das Entgraten oder die Realisierung verschiedener Verfahren des Oberflächen-Finishing sind hier besonders hervorzuheben. Zudem wurde die Kopplung der CNC-Steuerungen eines Roboters mit einem Bearbeitungszentrum realisiert, sodass beide Systeme kollaborierend via Achsinterpolation an einem Werkstück arbeiten können.

Jedoch erfordert der Einsatz von Bearbeitungsrobotern neue Herangehensweisen bei der Fertigungsplanung. Oftmals muss ein Roboter bedarfsgerecht mit verschiedenen Technologiemodulen versorgt und ausgestattet werden, z. B. Motorspindeln, Bohrpinolen oder Mehrachs-Systemen. Die Module müssen nicht nur physisch, sondern auch steuerungs- und informationsseitig eingebunden werden. Dies unterstreicht nochmals die hohe Bedeutung von modularer Gestaltung auf dem Shopfloor vom einzelnen Asset über die Intralogistik bis zur Informationstechnik.

Letztendlich konnte an unterschiedlichen Fertigungsszenarien demonstriert werden, dass die Roboterbearbeitung technologisch eine wichtige Ergänzung zur klassischen Zerspanung auf Maschinen darstellen und damit zu einer deutlichen Verbesserung der Wandlungsfähigkeit auf dem Shopfloor führen kann.

4 Fazit

Die prototypischen Lösungen im KoWaK-Projekt (10) zeigen, dass die Nutzung des Erfahrungswissens und eine systematische Beteiligungsorientierung die Wandlungsfähigkeit produzierender KMU nachhaltig unterstützen kann. Dadurch können die spezifischen Stärken von KMU wie kurze Entscheidungswege sowie eine häufig vorhandene hohe Identifikation der betrieblichen Akteure für eine positive Unternehmensentwicklung genutzt werden. Diese Elemente gilt es im Sinne von Wandlungsressourcen zu stärken und auszubauen. Neben kurzfristigen Effizienzgewinnen werden so die Fundamente dafür gelegt, dass sich die KMU besser gerüstet den fortschreitenden Transformationsprozessen der sich schnell wandelnden Industrielandschaft stellen können.

Förderhinweis: Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Programm „Zukunft der Wertschöpfung – Forschung zu Produktion, Dienstleistung und Arbeit“ (Förderkennzeichen 02J21C080-90) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Projektlaufzeit umfasste den Zeitraum 1.1.2023 – 30.6.2026. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

Autoren

Dr. Markus Wabner
markus.wabner@iwu.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Str. 88, D-09126 Chemnitz
www.iwu.fraunhofer.de

Dr. Eckhard Heidling
eckhard.heidling@isf-muenchen.de
Institut für Sozialwissenschaftliche Forschung e.V. – ISF München
Jakob-Klar-Str. 9, 80796 München
www.isf-muenchen.de