Möglichkeiten für Kosteneinsparungen durch Digitalisierung ergeben sich über den gesamten Produktlebenszyklus: Beginnend beim Entwicklungsprozess, über die Produktion, Logistik und Distribution bis zum Recycling der produzierten Güter. Die Chancen einer auf Ressourceneffizienz ausgerichteten Digitalisierungsstrategie wurden unter anderem von der Bundesregierung und dem Umweltbundesamt erkannt und diskutiert. Umfassend analysiert wurden die Beziehungen der Komponenten untereinander jedoch noch nicht.
Digitalisierungsstufen
Einen Bezug zwischen den einzelnen Digitalisierungsstufen eines Unternehmens und den daraus resultierenden Ressourceneinsparungsmöglichkeiten wurde bereits 2018 in der Studie ‚Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0‘ systematisch untersucht. Dabei wurden den fünf identifizierten digitalen Entwicklungsstufen einzelne ressourceneffizienzsteigernde Maßnahmen zugeordnet. Die Stufen Erkunder, Einsteiger, Fortgeschrittener, Experte und Vorreiter auf dem Weg zur Industrie 4.0 wurden jeweils in den fünf Dimensionen Unternehmensstrategie, Mitarbeiter, Technologie, Produkte und Dienstleistungen sowie Organisation und Prozesse beurteilt. Ein Teil dieser Betrachtungen bezog sich auch auf die Bedeutung der verwendeten Daten.
Das Modell nach McKinsey hingegen fokussiert eine datengestützte Einteilung der Digitalisierungsstufen. Nach diesem Modell bildet die Datenverfügbarkeit, -interpretation und -nutzung die Grundlage aller Digitalisierungsprozesse im Rahmen von Industrie 4.0-Initiativen. Dazu können Strategien zur Ressourceneffizienzsteigerung den sechs Digitalisierungsstufen aus Abbildung 1 nach McKinsey zugeordnet werden. Der Grad der Digitalisierung wird hier anhand der Verfügbarkeit und der anschließenden Interpretation von Daten eingeteilt.
Die Nutzung der unter dem Begriff Big Data zusammengefassten Daten mit künstlicher Intelligenz, die Voraussage von Ereignissen und die Produktionsprozessoptimierung in Echtzeit bilden den Stand der Forschung und Entwicklung ab. Im Folgenden werden den Digitalisierungsstufen nach McKinsey einzelne Sparmaßnahmen zugeordnet und am Beispiel der Blechwarenfabrik Limburg praktisch erläutert.
Sparen vor dem Produktionsstart
Allgemeine Strategien zur Steigerung der Ressourceneffizienz eingeteilt nach Produkt und Produktion können der VDI-Richtlinie 4800 entnommen werden. Werden diese Strategien den Digitalisierungsstufen nach McKinsey zugeordnet, wird deutlich, dass ein Großteil der Strategien bereits in der Planungsphase für ein neues Produkt ansetzt. Beginnend mit der Gebäudeinfrastruktur und der gewählten Fertigungsprozesse über die Dimensionierung der Betriebsmittel bis hin zum Umgang mit Prozess- und Abwärme werden hier Maßstäbe bezüglich der Ressourceneffizienz gesetzt.
In der Blechwarenfabrik Limburg etwa ließ sich die Dosenbeschriftung von einem zweistufigen auf einen einstufigen Prozess umstellen. Einer der beiden ursprünglichen Trocknungsöfen wurde nicht mehr benötigt. Gesteuert über ein Energiemanagementsystem wird die Prozess- und Abwärme des verbleibenden Ofens u.a. zur Raumheizung und Brauchwassererwärmung genutzt.
Reaktive Ressourceneffizienzsteigerung
Viele Unternehmen möchten ihre Anlagen digitalisieren. Die erste Digitalisierungsstufe nach McKinsey bildet das Reporting, das die Produktdokumentation nach VDI-Richtlinie 4800 vereinfacht. Werden die gewonnenen Daten im zweiten Digitalisierungsschritt, dem Monitoring, überwacht, erlaubt das bereits eine primär manuelle Fertigungsprozessverbesserung. Diese beiden ersten Digitalisierungsstufen der Datenaufnahme und -bereitstellung lassen sich für die meisten Unternehmen noch relativ einfach realisieren und sind traditionellen Business-Intelligence (BI)-Systemen zuzuordnen. Im Übergang zu Data Mining werden Methoden von Big Data genutzt.