Vorläufer von Industrie 4.0 und der Smart Factory: Die fraktale Fabrik

Die Idee der Fraktalen Fabrik, wie sie von Hans-Jürgen Warnecke im Jahr 1992 in die Diskussion gebracht wurde, hat in der Industrie 4.0 und der Smarten Fabrik ihre Entsprechung gefunden[1]Fraktale Fabrik: Smart-Factory-Vordenker Warnecke ist tot.

Hauptkennzeichen der Fraktalen Fabrik ist ihre betont dezentrale Organisation, um die Komplexität in den Unternehmen und deren Umwelt beherrschbar zu machen.

Bereits in dem Vorwort zu seinem Buch Die Fraktale Fabrik. Revolution der Unternehmenskultur grenzte Warnecke seinen Ansatz von dem Computer Integrated Manufacturing (CIM) ab, dessen Defizite zu dem Zeitpunkt immer deutlicher zu Tage traten:

Das zugrunde liegende deterministische Weltbild mit bekannten oder bei entsprechendem Forschungsaufwand erkennbaren Zusammenhängen zwischen Ursache und Wirkung ist nicht ausreichend, da es nur für abgegrenzte Teilbereiche der Realität gilt.

Demgegenüber empfahl Warnecke die Realität zu akzeptieren, d.h. die Nicht-Linearität der Abläufe in Wirtschaft und Gesellschaft, deren Einfluss sich kein Unternehmen und keine Fabrik entziehen kann, anzuerkennen. Anders lassen sich die Herausforderungen der Zukunft nicht bewältigen:

Wir befinden uns in einer Revolution. Die bisherigen Formen der Leistungserstellung haben einen sehr hohen Reifegrad erreicht. Sie sind somit in einem Zustand, wo auch mit noch so hohem Aufwand nur noch ein gegen Null gehender Grenznutzen zu erreichen ist.

Als Gestaltungsprinzip, um die sich abzeichnende neue Dynamik unter einen gemeinsamen Nenner bringen zu können, bot sich für Warnecke der zum damaligen Zeitpunkt relativ neue Begriff “Fraktal” an. Dieser wurde von dem Mathematiker Benoît Mandelbrot mit der Fraktalen Geometrie in die Wissenschaft eingeführt[2]Fraktale – Die Faszination der verborgenen Dimension.

Die Definition des Fraktals in den Worten von Mandelbrot:

Ein Fraktal ist, .., ein Muster oder eine Form, deren Teile in Echo des Ganzen sind. Sieht man sich beispielsweise einen Farnwedel genauer an, so erkennt man, dass er sich aus kleineren Wedeln zusammensetzt, die ihrerseits aus noch kleineren Blattmustern bestehen. Dieses Denkmodell lässt sich natürlich in beide Richtungen verfolgen – man dann den Farn abwärts zu seinen kleinen Bestandteilen untersuchen, aber auch den ganzen Farn aus einen kleineren Teilen zusammensetzen (in: Fraktale und Finanzen. Märkte zwischen Risiko, Rendite und Ruin)

Fraktale stehen laut Warnecke für Selbstorganisation und Selbstoptimierung in kleinen, schnellen Regelkreisen. Übertragen auf den Produktionsalltag:

Fraktale kommunizieren direkt mit entsprechenden Fraktalen der Lieferanten bzw. der Abnehmer. Fraktale können weltweit verteilt sein. Durch Selbstorganisation wählen sie jeweils die Methoden, zum Beispiel der Planung und Steuerung, aus und wenden die Automaten und Rechner an, die zum Erfüllen ihrer Aufgabe zweckmäßig sind. Wir bleiben auf diese Weise bei einer sehr hohen Vielfalt der Lösungen. .. Zielsetzungen, Abstimmungen und Anpassungen erfolgen über Netzwerke.

Daraus ergibt sich die eigentliche Anforderung:

Das Bilden und Managen solcher Netzwerke zur Information und Kommunikation ist die personelle, organisatorische und technische Herausforderung der Zukunft.

An diesem Punkt befinden wir uns noch heute, wenngleich die technischen Möglichkeiten deutlich zugenommen haben[3]Die vierte industrielle Revolution verändert die Prozesse in der Produktion. Eine zu 100 Prozent smarte, fraktale Fabrik existiert bis heute nicht. Die Prinzipien der Fraktalen Fabrik wurden beispielsweise von Wittenstein und der Freudenberg-Gruppe übernommen[4]Nachgehakt: WAS IST EIGENTLICH MIT …?.

In Lemgo und Kaiserslautern kann in der SmartFactoryOWL und der SmartFactoryKL die Funktionsweise einer Smart Factory besichtigt werden. Eine Smart FactoryEU befindet sich bereits in Gründung. In Dortmund errichtet der Weltmarktführer für hocheffiziente Pumpen, Wilo, mit einem Investitionsvolumen von 200 Mio. Euro eine Smart Factory.

Warnecke machte eine interessante Feststellung:

Als Gemeinsamkeit aller industriellen Revolutionen kann die Tendenz von der Zentralisierung (Dampfmaschine beziehungsweise EDV-Zentrum) zur Dezentralisierung (Elektromotor beziehungsweise Arbeitsplatzrechner, Workstation) identifiziert werden. Des weiteren sind jeweils eine zunehmende weltweite Verfügbarkeit und unaufhaltsame Verbreitung feststellbar.

Momentan haben wir es mit gegenläufigen Tendenzen zu tun: Einmal Zentralisierung (Cloud, Hyperscaler, Plattformökonomie, Lock-in-Effekte) und zum anderen Dezentralisierung (Edge, Blockchain, Smartphone, Digitale Zwillinge).

Als passende Organisationsform für die fraktale Fabrik bot sich für Warnecke der modulare Aufbau an. Bei den Informationssystemen sympathisierte Warnecke mit der aus Japan stammenden Idee des bionischen Produktionssystems, das u.a. mit neuronalen Netzen und Fuzzy Logic arbeitete – heute bekannt als Bionic Smart Factory 4.0.

Die Fraktale Fabrik – operativ, taktisch, strategisch

Ein Fraktal war für Warnecke eine selbständig agierende Unternehmenseinheit, deren Ziele und Leistungen eindeutig beschreibbar sind.

  • Fraktale sind selbstähnlich, jedes leistet Dienste
  • Fraktale betreiben Selbstorganisation

Operativ: Die Abläufe werden mittels angepasster Methoden optimal organisiert.

Taktisch und strategisch: In einem dynamischen Prozess erkennen und formulieren die Fraktale ihre Ziele sowie die internen und externen Beziehungen. Fraktale bilden sich um, entstehen neu und lösen sich auf.

Ein Fraktal ist also bis zu einem bestimmten Grad autonom, souverän.

Der Produktionsfaktor Information als vierte Ressource

Eine auf Vielfalt und Losgröße 1 ausgelegte Produktion erfordert einen enormen Logistik- und Kommunikationsaufwand. Das unter anderen deshalb, da, so Warnecke, weder das Werkstück noch die Bearbeitungsfolge in Werkzeuge und Fertigungseinrichtungen eingespeichert seien.

Heute sind smarte Objekte in der Lage, die für ihre Herstellung bzw. Bearbeitung nötigen Informationen mitzuliefern, d.h. die Produkte steuern die Produktion, wie mittels AutoID – Technologien[5]AutoID – Technologien als Enabler für Industrie 4.0

Die Beschäftigung mit den Ideen der Fraktalen Fabrik liefert angesichts brüchig werdender Lieferketten und der Frage, wie sich Deutschland und Europa als Produktionsstandort behaupten wollen, weiterhin wertvolle Anregungen.

Zuerst erschienen auf Identity Economy.

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