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Fertigungsschritt als flexibles Vernetzungsvehikel genutzt (Bauernhansl, 2014), denn es ist ein cyber-physisches System (CPS, Erklärung unten). Solch ein Fahrzeug ist ebenso ein »Smart Product«: Es kennt seine Eigenschaften, und weiß, wie es gefertigt werden will oder mit welchen anderen Produkten (Teilen einer Maschine oder Anlage) es verbunden werden kann. So kann es selbstständig bei den Prozessmodulen anfragen, welches denn gerade Zeit hat (Kluge & Hagemann, 2016). Sie sehen zudem Produktionsmitarbeiter/innen, die ihren Tablet-PC vor eine Anlage halten und denen durch Formen der Augmented Reality (computergestütztes Überblenden oder Erweitern eines Ausschnitts der Realität, z. B. ein Kamerabild mit zusätzlichen Informationen) auszutauschende Komponenten angezeigt werden. Zudem sehen Sie Personen, die mit Hilfe von über eine Datenbrille angezeigten Reparaturanweisungen Komponenten austauschen.

      Cyber-physische Systeme (CPS) sind im umfassenden Sinne Objekte, Geräte, Gebäude, Verkehrsmittel, aber auch Produktionsanlagen und Logistikkomponenten. Sie enthalten eingebettete Systeme, die kommunikationsfähig gemacht werden, d. h. die Daten über ihren eigenen Zustand senden können und Daten über andere Fertigungskomponenten oder Anlagen empfangen können. Der Begriff »eingebettetes System« bezeichnet ein Rechner- oder Computersystem, welches Teil eines größeren technischen Systems ist. Dabei übernimmt das eingebettete System Regelungs- oder Datenverarbeitungsaufgaben, die zum Betrieb des größeren technischen Systems notwendig sind. Eingebettete Systeme sind bisher meist limitiert in Rechenleistung und Speicherkapazität, da sie in der Regel kostengünstig produziert werden müssen. Diese eingebetteten Systeme können zukünftig auch die Kommunikation mit anderen Systemen übernehmen. Sie kommunizieren über Internetverbindung und nutzen Internetdienste (Bauernhansl, 2014; Gronau, 2015; Monostori, 2014; Sendler, 2013). Cyber-physische Systeme können ihre Umwelt unmittelbar mit ihrer entsprechenden Sensorik erfassen, mit Hilfe weltweit verfügbarer Daten und Dienste auswerten, speichern und mit Hilfe von Aktoren (zum Ergreifen und Bearbeiten von Gegenständen; Aktoren sind Gegenstücke zu Sensoren) auf die physikalische Welt einwirken (Bauernhansl, 2014; Gronau, 2015; Monostori, 2014). Unser Fahrzeug als CPS könnte dementsprechend sowohl lokal als auch global verfügbare Daten und Dienste (Internet der Menschen, Internet der Dinge, Internet der Dienste) integrieren und nutzen (Kluge & Hagemann, 2016). Es würde über eine Reihe multimodaler Mensch-Maschine-Schnittstellen verfügen, um mit anderen technischen Komponenten zu kommunizieren und die eigene Produktion zu koordinieren und dafür ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten bereitstellen, mit den Produktionsmitarbeiter/innen über z. B. Sprache und Gesten zu kommunizieren (Vogel-Heuser, 2014).

      Das Fahrzeug aus unserem Beispiel kann somit als kommunizierendes cyber-physisches System sehr früh auf die eigenen vier Räder gestellt werden und fährt eigenständig von Prozessmodul zu Prozessmodul (Bauernhansl, 2014). Solange das Fahrzeug noch keine eigene Fortbewegungsmöglichkeit hat (also Getriebe und Motor fehlen), wird es von einem fahrerlosen Transportsystem mit E-Antrieb transportiert, das ebenfalls ein cyber-physisches System ist und sich autonom und selbständig den Weg durch die Prozesslandschaft suchen kann. In diesen Prozessmodulen werden u. a. kundenindividualisierende Fertigungsschritte integriert, beispielsweise die Innenausstattung, die der/die Kunde/in sich über einen webbasierten Konfigurator zusammengestellt hat.

      Wenn Sie in einer solchen Produktionshalle stehen, dann sind Sie mitten in einem cyber-physischen Produktionssystem (CPPS, Monostrori, 2014). CPPS basieren auf der aktuellsten Entwicklung der Computer-Wissenschaft (CS, Computer Science), der Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) und der Fertigungswissenschaft und Technologie (MST, Manufacturing Science and Technology).

      Ein CPPS besteht aus autonomen und kooperativen Elementen und Subsystemen, die miteinander situationsabhängig in Kontakt treten. Sie kooperieren über alle Produktionsebenen hinweg, vom Prozess der Maschinen zum Prozess der Logistik und wieder zurück (Monostori, 2014). und ermöglichen dies durch neue Formen der Kommunikation zwischen Menschen, Maschinen und Produkten.

      Aber warum wollen Unternehmen das 100-jährige Erfolgsprinzip von »Band & Takt« aufgeben, um ein cyber-physisches Produktionssystem zu verwenden? In der Automobilindustrie, an der sich, ähnlich wie in der Textilindustrie, technologische Entwicklungen sehr gut nachvollziehen lassen, wurde in den letzten Jahren intensiv an der Optimierung der Produktivität und der Beherrschung von Variantenvielfalt der Produkte gearbeitet (Bauernhansl, 2014). Es wird gesagt, dass Kund/innen einen SUV im Premiumsegment in ca. 1 Mio Varianten bestellen können. Das war zu Beginn der Fließfertigung in der Automobilindustrie nicht der Fall. Henry Fords Aussage: »Sie können das Ford T-Modell in jeder Farbe erhalten, Hauptsache es ist schwarz« verdeutlicht, dass Massenproduktion mit Hilfe der Fließfertigung mit einer kompletten Standardisierung der Produktion begann. Die Wertschöpfungsstrukturen haben sich in den letzten hundert Jahren in den traditionellen Fertigungsbereichen wie eben der Automobilfertigung kaum verändert. »Band und Takt« sind der Kern und der Pulsschlag der Produktion, vorherrschend sind immer noch die tayloristischen Prinzipien der Arbeitsteilung (Bauernhansl, 2014), auch wenn sich die Koordinationsmechanismen nach der zweiten Revolution im Automobilbau (Womack, Jones & Roos, 1990) schlanker gestalten und teilautonome Gruppenarbeit die Hierarchiestufen deutlich reduzieren. Die Fließfertigung aber stellte die Lean Production nicht in Frage. Da mit der Festlegung des Taktes auch die Produktionsmenge und die Flexibilität definiert werden, limitiert die Verkettung der Wertschöpfungsschritte die Anzahl der Varianten und die Variantenflexibilität (Bauernhansl, 2014).

      Was bedeutet es für ein Unternehmen, von einem Fahrzeugmodell eine Millionen Varianten fertigen zu können? Eine Möglichkeit wäre, Unikate in Handarbeit zu fertigen, wie dieses in den 1850er Jahren noch der Fall war (Kluge & Hagemann, 2016). Aber die zu fertigende Stückzahl ist damit begrenzt und der Fertigungspreis sehr hoch, wie man an in Teilen handgefertigten Fahrzeugen wie einen Lamborghini oder Ferrari sieht. Henry Ford zeigte, dass Stückpreise durch Massenfertigung gesenkt werden können, aber nur, wenn diese hochstandardisiert ist. Zum Lifestyle der Automobilkunden/innen gehört in den 2010er Jahren jedoch, dass man ein individuelles Fahrzeug zur symbolischen Selbstergänzung (Gollwitzer, Bayer & Wicklund, 2002; Oerter, 2007) und zugleich zu einem prinzipiell erschwinglichen Preis erwerben will. Das erfordert eine kundenindividuelle Massenfertigung (Bauernhansl, 2014).

      Durch CPPS soll nun kundenindividuelle Massenfertigung möglich werden, indem Band und Takt entkoppelt werden (Bauernhansl, 2014). Statt Band und Takt setzt man auf flexibel vernetzbare, skalierbare Prozessmodule in einem Produktionsraum, die sich selbst organisieren. Sich selbst organisierende System haben den Vorteil, dass sie die innere Komplexität eines Unternehmens reduzieren, da der Steuerungs- und Koordinierungsaufwand für menschliche Planung abnimmt. Ziel ist es, Prozessmodule oder sog. cyber-physische Produktionsfraktale zu kreieren, die mit flexiblen Transportsystemen vernetzt werden können, damit sie ihren Weg durch die Produktionsmodule selbstständig aushandeln (Bauernhansl, 2014). Denn wenn Band und Takt entkoppelt werden, kann jede Variante einen anderen Weg durch den Produktionsraum nehmen und je nach Variante unterschiedliche Prozessmodule anfahren. Dabei können Prozessmodule unterschiedliche Takte haben. Prozessmodule können zudem lernen, welcher Weg der günstigste ist und Takte können verlängert oder verkürzt werden, je nachdem, wie häufig sie aufgrund eines Wochenproduktionsprogramms angefahren werden.

      Es wird deshalb erwartet, dass CPPS es ermöglichen, auf die Anforderungen an Unternehmen, die aus der inneren und äußeren Komplexität des Marktes entstehen, adaptiv zu reagieren. Wie in dem Beispiel der eine Millionen Varianten eines Premium-SUVs angedeutet, versuchen sich fertigende Unternehmen mit Hilfe von CPPS auf die Märkte, Kund/innen, Produktvarianten, Materialien, Prozesse, Fertigungstechnologien und auch Standorte mit möglichst hoher Flexibilität einzustellen und Anforderungen, die hinsichtlich des Marktes in Punkte Wandel, Flexibilität und Produkte entstehen, bedienen zu können.

      CPPS haben also das Ziel, die externe und die interne Komplexität auszubalancieren und über die unterschiedlichen Veränderungen hinweg das Gleichgewicht zu halten. Der Vorteil und erhoffte Erfolg der Ausbalancierung basiert dabei auf einer nächsten Stufe der Dezentralisierung und Autonomie (die vorherigen Stufen waren z. B. Automatisierung oder teilautonome Gruppenarbeit), die autonom verhandelnde CPS beinhaltet, die Produktionswege und -kapazitäten unter sich aushandeln, um auf die interne und externe Komplexität angemessen zu reagieren (Bauernhansl, 2014). Damit wird es möglich, sehr stark individualisierte Produkte in kleinen

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