Digitale Transformation ist aktuell eines der am meisten diskutierten Themen in Forschung und Praxis. Unternehmen stehen vor zahlreichen Herausforderungen, welche sich vor allem in der Entwicklung, Verbreitung und Implementierung der neuen Technologien widerspiegeln. Insbesondere in der Fertigungsindustrie, im Vergleich zu agileren Branchen wie Entertainment oder Informationstechnologie (IT), ist die Umsetzung anspruchsvoll. Um das Entscheidungsverhalten der Unternehmen gegenüber digitaler Innovationen besser verstehen zu können, untersucht diese Dissertation die organisationale Adoption. Es werden einerseits Einflussfaktoren auf die Adoption identifiziert sowie andererseits Auswirkungen der digitalen Transformation beschrieben. Dabei verfolgt die Arbeit einen ganzheitlichen Ansatz, sodass nicht mehr einzelne Technologien im Fokus stehen, sondern die Kombination dieser und damit organisatorische Auswirkungen in den Vordergrund rücken. Um neue Erkenntnisse zu gewinnen, wird überwiegend theoriebildend unter der Anwendung qualitativer Forschungsmethoden gearbeitet. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die Einflussfaktoren der pre-Adoptionsphase ein breites Spektrum umfassen, da neben technologischen Faktoren auch Bereiche wie Organisation, Umwelt und Individuen die Adoption beeinflussen. Um DT erfolgreich umzusetzen, genügt es somit nicht, die technologischen Voraussetzungen zu erfüllen, sondern die Veränderung geht einher mit einem organisatorischen Wandel. Die Organisationskultur muss hinterfragt und an neue Ziele und Arbeitsweisen angepasst werden. Stärker digitalisierte Unternehmen arbeiten agiler, interdisziplinärer sowie experimentierfreudiger, indem vermehrt Piloten entwickelt werden. Eine erfolgreiche Adoption hat weitreichende Auswirkungen in der post-Adoptionsphase. DT beeinflusst alle Aktivitäten der Wertschöpfungskette innerhalb eines Unternehmens, sodass die IT in allen Unternehmensbereichen an Einfluss gewinnt. Außerdem verändert sich die Zusammenarbeit mit Lieferanten, Kunden, Partnern und Konkurrenten. Somit stellen der Aufbau eines Netzwerkes sowie die Ausgestaltung der einzelnen Beziehungen im Netzwerk wichtige Aufgaben dar.

Eine Herausforderung aus Industrie 4.0 ist die Produktion individueller Produkte in der Losgröße 1. Dabei denken wir zuerst an Fotobuch, die Cola mit einem Etikett, das unseren Namen trägt und viele weitere der inzwischen zahlreich angebotenen individualisierten Endprodukte. Dabei wird oft vergessen, dass für deren Herstellung Maschinen und Anlagen erforderlich sind, die selbst individuelle Produkte sind und nicht mehr kosten sollen als deren Pendants aus der Großserie. Um dies zu leisten, reicht es nicht aus, Daten in einer Cloud zu sammeln und auszuwerten oder das Förderband mit einem Internetanschluss zu versehen. Vielmehr bedarf es ganzheitlicher Konzepte, mit denen Produktionssysteme nachhaltig und individuell entwickelt werden können. Ein Lösungsansatz dazu ist die funktions- und objektorientierte Modularisierung, bei der die zu realisierenden Funktionen den gesamten Entwicklungs- und Konstruktionsprozess bestimmen. [... aus dem Text]

The smart factory is at the heart of Industry 4.0 and is the new paradigm for establishing advanced manufacturing systems and realizing modern manufacturing objectives such as mass customization, automation, efficiency, and self-organization all at once. Such manufacturing systems, however, are characterized by dynamic and complex environments where a large number of decisions should be made for smart components such as production machines and the material handling system in a real-time and optimal manner. AI offers key intelligent control approaches in order to realize efficiency, agility, and automation all at once. One of the most challenging problems faced in this regard is uncertainty, meaning that due to the dynamic nature of the smart manufacturing environments, sudden seen or unseen events occur that should be handled in real-time. Due to the complexity and high-dimensionality of smart factories, it is not possible to predict all the possible events or prepare appropriate scenarios to respond. Reinforcement learning is an AI technique that provides the intelligent control processes needed to deal with such uncertainties. Due to the distributed nature of smart factories and the presence of multiple decision-making components, multi-agent reinforcement learning (MARL) should be incorporated instead of single-agent reinforcement learning (SARL), which, due to the complexities involved in the development process, has attracted less attention. In this research, we will review the literature on the applications of MARL to tasks within a smart factory and then demonstrate a mapping connecting smart factory attributes to the equivalent MARL features, based on which we suggest MARL to be one of the most effective approaches for implementing the control mechanism for smart factories.

Aus der Einleitung: "Auf der Hannovermesse 2011 wurde zum ersten Mal der Begriff "Industrie 4.0" der Öffentlichkeit bekannt gemacht. Die Akademie der Technikwissenschaften hat in einer Arbeitsgruppe diese Grundidee der vierten Revolution der Industrieproduktion weiterbearbeitet und 2013 in einem Abschlussbericht mit dem Titel „Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0“ veröffentlicht (BmBF, 2013). Die Grundidee besteht darin, wandlungsfähige und effiziente Fabriken unter Nutzung moderner Informationstechnologie zu entwickeln. Basistechnologien für die Umsetzung der intelligenten Fabriken sind: — Cyber-Physical Systems (CPS) — Internet of Things (IoT) und Internet of Services (IoS) — Big Data Analytics and Prediction — Social Media — Mobile Computing Der Abschlussbericht fokussiert den Wertschöpfungsschritt der Produktion, während die Fragen der Produktentwicklung weitgehend unberücksichtigt geblieben sind. Die intelligente Fabrik zur Herstellung intelligenter Produkte setzt aber auch die Weiterentwicklung der Produktentwicklungsmethoden voraus. Auch hier gibt es einen großen Handlungsbedarf, der sehr stark mit den Methoden des „Modellbasierten Systems-Engineering“ einhergeht. ..."

Die Industrie 4.0 führt aktuell zu revolutionären Veränderungen und Herausforderungen im Industriesektor, auf die Unternehmen mit neuen Geschäftsmodellen reagieren müssen. Die Masterarbeit gibt mit Hilfe einer Status-Quo Analyse eine Bestandsaufnahme über die aktuellen digitalen Geschäftsmodelle deutscher Industrieunternehmen. Die Erkenntnisse wurden auf Basis von 71 \"Mini-Cases\" erhoben. Dabei wurden Anbieter, sowie Anwender von Industrie 4.0 Technologien untersucht und in neun Muster kategorisiert. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurde ein inkrementeller Transformationsprozess konzipiert, der zur Entwicklung von digitalen Geschäftsmodellen in der Industrie 4.0 genutzt werden kann.

Abstract Purpose- Industry 4.0 as a concept has created a wave of innovation in the manufacturing sector. In Sweden, the goal for the Swedish manufacturing SMEs is to be leaders in digitalization and stay competitive. Therefore, the purpose of this research is to understand the impacts of Industry 4.0 on Swedish manufacturing SMEs. Method- The method used in this research is a multiple case study consisting of three manufacturing SMEs in Sweden. A literature review was conducted in a systematic way to give a background of Industry 4.0 and its technologies. The literature review provided the theoretical base and knowledge about the phenomena which led to preparation of interview guide used for data collection. Data collection was done through semi-structured interviews. Thereafter, the findings were analyzed within case, cross-case and compared with literature. Findings- To analyze the impacts of Industry 4.0 on the manufacturing SMEs, the author developed a framework which included the ten main Industry 4.0 technologies, Porter ́s generic value chain model and industrial performance indicators. During the analysis, it was found that all the companies were users of Industry 4.0; however, they were using mostly robots as the main technologies besides one company using cloud-platform technology. All the companies had impacts on their value chains operation activity. All five performance indicators flexibility, costs, productivity, quality and lead times were found to impact on Swedish manufacturing SMEs. The findings support the same indicators as found in literature. Furthermore, all three case companies confirmed that they have higher profits which shows that the implementation of Industry 4.0 not only improves industrial performance indicators but also can lead to increase in financial performance. Implications- This thesis contributed to both theory and provides suggestions to managers with primary contribution being the framework which itself is a contribution to the theory. The framework can be used both by researchers and managers. Furthermore, the theory provided in the literature review of impacts of different technologies on the value chain can guide the managers to understand which of the technologies are useful in corresponding activities of value chain. The suggestions provided by industry peers are also a major advantage for the managers to prepare their companies for Industry 4.0. Limitations- The research focused only on manufacturing SMEs in Sweden and from industry perspective, only SMEs manufacturing goods were included and not services. Within the case companies, all ten identified Industry 4.0 technologies were not found to be implemented in SMEs, therefore; the analysis and answers to research questions were based on the technologies found. Moreover, there was a constraint of time and resources which led to a small sample of three manufacturing industries. Keywords: Industry 4.0, The fourth Industrial Revolution, Industrie 4.0, Digitization, Value chain, Supply Chain, Manufacturing, SME, Impacts, Barriers

Das Internet of Things (IoT) ist aktuell ein junger Wachstumsmarkt, dessen Bedeutung für unsere Gesellschaft in naher Zukunft vielen Menschen erst noch wirklich bewusst werden wird. Die Subdomänen Smart-Home, Smart-Grid, Smart-Mobility, Industrie 4.0, Smart-Health und viele mehr sind wichtig für unsere zukünftige Wettbewerbsfähigkeit, die Herausforderungen zur Bewältigung des Klimawandels, unsere Gesundheit, aber auch für trivialere Dinge wie Komfort. Andererseits ergibt sich hierbei bereits dasselbe große Problem, das in einer ähnlichen Form schon bei klassischem Cloud-Computing bekannt ist: Vendor-Silos, die keinen hersteller- oder anbieterübergreifenden Austausch von Gerätedaten ermöglichen, verhindern eine schnelle Verbreitung dieser neuen Technologie. Diensteanbieter müssen ihre Produkte aufwendig für unzählige Technologien bereitstellen, was die Entwicklung von Diensten unnötig teuer macht und letztendlich das Dienstangebot insgesamt einschränkt. Cloud-Computing wird dabei in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Die Dissertation beschäftigt sich daher mit dem Problem IoT-Gerätedaten an IoT-Clouds plattformübergreifend und anbieterübergreifend nutzbar zu machen. Die Motivation und die adressierte Forschungslücke zeigen die Notwendigkeit der Beschäftigung mit dem Thema auf. Ausgehend davon, wird das Konzept einer dezentral organisierten IoT-Intercloud vorgeschlagen, welches in der Lage ist heterogene IoT-Clouds zu integrieren. Die Analyse des Standes der Technik zeigt, das IoT-Clouds genügend Eigenschaften teilen, um in Zukunft eine Adaption zu einer einheitlichen Schnittstelle für die IoT-Intercloud zu schaffen. Das Konzept umfasst zunächst die Komponentenarchitektur eines Intercloud-Brokers zur Etablierung einer IoT-Intercloud. Ausgehend davon wird in vertiefenden Teilkonzepten ein Discovery-Service zum Finden von Gerätedaten und einem Push-Stream-Provider, für die Zustellung von IoT-Event-Notifications in Echtzeit, behandelt. Eine Evaluation zeigt letztlich die praxistaugliche Realisierbarkeit, Skalierbarkeit und Performance der Konzeption und des implementierten Prototyps.

IT is a well-integrated function within most companies and its importance grows bigger by the day. With new solutions and concepts being introduced continuously it is important to be aware of the ever-changing possibilities found within IT. One of these changes is the concept of Industrie 4.0 which poses as a revolutionary way to do business by connecting the real world with the virtual one to a greater extent than what is done today. Research has shown that there are many possible benefits of implementing Industrie 4.0 and also Smart Factory, such as improved inventory control and faster reaction time. Since these concepts are quite new, no real definition exists and the congruence between the academic and business world is not always at the same level, and therefore the first steps are not yet defined. Therefore, this study tried to reduce the gap between these two worlds by offering concrete recommendations of what needs to be done to be able to apply Industrie 4.0 in the real world at Scania CV AB and Scania IT. Scania CV AB posed as a case company to find out where to start on the road to become smart. Currently there are many functions using the services of Scania IT, but exactly how the systems are used is not known by Scania IT. To be able to provide the necessary services for the various functions of Scania CV AB and start the road of becoming smart, Scania IT needs to know how the systems are used and what information that is currently missing. A formulated strategy of Scania, as a whole, is to be able to collect and analyse information in order to have a more Intuitive Presence and Predictable Future, two words meaning that more proactive work can be conducted and more autonomous decisions can be made. To be able to fulfil this vision, knowledge about the needed information must be acquired by Scania IT. With focus on the information connected to the material flow before the material reaches the assembly lines found at Scania CV AB the purpose of this study was to identify and analyse information and actions needed in the material flow from a user perspective, to become Intuitive and Predictable as part of the concept Industrie 4.0. A set of research objectives were formulated as a guide for the study. By first identifying, with the help of the first research objective, the information input and output for the functions at Scania CV AB connected to the material flow, with a base in the functions planning material, it was identified that at different production sites different standards of working exist, but also differences in the IT usage and system configurations was found.  The second research objective focused on what information should be available for production and material planning according to a literature review and this was later compared with the findings at Scania, which composed the third research objective. As it turned out, Scania uses the correct set of basic information such as forecasting, production plan, and calculations of gross demand, along with information regarding costs, lead times, and inventory. However, how to use the information is not standardized and the users of the IT systems perceived the information as hard to find and difficult to interpret. The fourth research objective focused on the concept of Industrie 4.0 and Smart Factories by studying literature, an external company and the ideas that Scania CV AB have, to see what must be done before a Digital Factory can be created. The recommendations for Scania IT were based on the result on the analyses and they can be summarized by the need of further standardization of information and information usage to be able to start the road of becoming Smart and take one step closer to the concepts of Smart Factory and Industrie 4.0.

Ce manuscrit aborde des problèmes d’ordonnancement et de transport avec une modélisation explicite du transport. De tels problèmes se modélisent communément sous forme de graphes qui sont évalués afin d’obtenir les dates de début des opérations.Les évaluations classiques des graphes sont effectuées au moyen d’algorithmes de plus long chemin permettant d’obtenir une solution semi-active, où toutes les dates des opérations sont au plus tôt. Néanmoins, ces évaluations permettent généralement de ne prendre en compte que des critères de temps ou de distance à minimiser. Les travaux présentés dans ce manuscrit proposent de tenir compte de critères de qualité de service dans la fonction objectif. Cette prise en considération nécessite de nouvelles fonctions d’évaluation du graphe afin d’obtenir des solutions non nécessairement semi-actives permettant de maximiser la qualité de service. En effet, une solution semi-active propose rarement une qualité de service optimale. Les critères de qualité de service adoptés portent sur les ordonnancements et sur le transport.Trois problèmes intégrés sont successivement traités. Le premier problème est un problème de Job-shop avec transport et qualité de service, appelé Job-shop Scheduling Problem with Routing (JSPR). Des pièces, définies par une succession d’opérations, sont à fabriquer sur différentes machines, et entre deux opérations, la pièce doit être transportée de machine en machine. Le critère de qualité de service dans ce problème est dépendant des délais entre, d’une part les différentes opérations sur les machines, et d’autre part entre les différentes opérations de transport. Les gammes opératoires et les opérations de transport sont dépendantes les unes des autres.Le second problème est un problème de Workforce Scheduling and Routing Problem (WSRP), assimilable à un problème de planification de visites à domicile par un ensemble d’employés, et où le transport est pris en compte. Pour ce problème, le critère de qualité de service dépend des dates de début des visites. Les tournées sont indépendantes les unes des autres.Le troisième problème est le Generalised Workforce Scheduling and Routing Problem (GWSRP), qui prend en compte des contraintes de coordination entre les employés. Les tournées de ces derniers sont dépendantes les unes des autres. Elles nécessitent d’être toutes considérées simultanément pour évaluer les dates des visites respectant les contraintes de coordination et maximisant la qualité de service.Pour chaque problème, une nouvelle fonction d’évaluation est proposée. Pour le JSPR, cette fonction est basée sur l’algorithme de (Cordeau and Laporte, 2003) qui est initialement prévu pour le Dial-A-Ride Problem, ainsi que sur l’insertion de time-lags dans le graphe disjonctif du JSPR. Cette évaluation est incluse dans une métaheuristique. Pour le WSRP, la fonction d’évaluation est basée sur un algorithme de calcul du plus court chemin avec un algorithme de type programmation dynamique à labels. Elle est généralisée pour être utilisée dans une génération de colonnes. Et enfin, pour le GWSRP, l’évaluation est effectuée par un modèle PPC qui combiné à une génération de colonnes définissent tous deux un schéma d’optimisation global. / This manuscript addresses scheduling and transport problems where the transport is explicitly taken into account. Such problems are commonly modelled by graphs that are evaluated to obtain the starting times of operations.Classic graph evaluations are performed using longer path algorithms to obtain a semi-active solution, where all operations are left shifted. Nevertheless, these evaluations generally allow only time or distance criteria to be taken into account. The work presented in this thesis propose to take the quality of service criteria into account in the objective function. These considerations require new graph evaluation functions in order to obtain non-semi-active solutions that maximise the quality of service. Indeed, a semi-active solution rarely offers maximum quality of service. Three integrated problems are successively addressed. The first problem is a Job-shop Scheduling Problem with transport and quality of service, referred to as Job-shop Scheduling Problem with Routing (JSPR). Jobs, defined by a succession of operations, are to be performed on different machines, and between two operations, the job must be transported from a machine to another machine. The quality of service criterion in this problem depends on the delay between, on the one hand, the different operations belonging to the same job, and on the other hand, between the different transport operations. Machine-operations and transport-operations are dependent.The second problem is a Workforce Scheduling and Routing Problem (WSRP), which is similar to a problem of planning home services by a set of employees, and where transport is taken into account. For this problem, the quality of service criterion depends on the starting times of the visits. The trips of employees are independent.The third problem is the Generalised Workforce Scheduling and Routing Problem (GWSRP), which takes coordination constraints between employees into account. The trips are dependent on each other. The evaluation function of the starting times must consider simultaneously all trips in order to respect all coordination constraints and to maximise the service quality.For each problem, a new evaluation function is proposed. For the JSPR, this function is based on the algorithm of (Cordeau and Laporte, 2003) which is introduced first for the Dial-A-Ride Problem. The evaluation function, for the JSPR, is based on the insertion of time-lags in the disjunctive graph. This evaluation is included in a metaheuristic. For the WSRP, the evaluation function is based on the dynamic labelling algorithm used for an Elementary Shortest Path Problem With Resource Constraints. This function is generalised in order to be included in a column generation scheme. Finally, for the GWSRP, the evaluation is performed by a PPC model combined with a generation of columns and both define an overall optimisation scheme.

Durant les dix dernières années, l'infrastructure informatique et l'infrastructure industrielle ont évolué de manière à passer de systèmes monolithiques à des systèmes hétérogènes, autonomes et largement distribués. Tous les systèmes ne peuvent pas coexister de manière isolée et exigent que leurs données soient partagées de manière à accroître la productivité de l'entreprise. En fait, nous progressons vers des systèmes complexes plus vastes où des millions des systèmes doivent être intégrés. Ainsi, l'exigence d'une solution d'interopérabilité peu coûteuse et rapide devient un besoin essentiel. Aujourd'hui, les solutions imposent les normes ou les middlewares pour gérer cette problématique. Cependant, ces solutions ne sont pas suffisantes et nécessitent souvent des développements ad-hoc spécifiques. Ainsi, ce travail propose l'étude et le développement d'une architecture d'interopérabilité générique, modulaire, agnostique et extensible basée sur des principes de l'architecture dirigée par les modèles et les concepts de la séparation de préoccupations. Il vise à promouvoir l'interopérabilité et l'échange de données entre les systèmes hétérogènes en temps réels sans obliger les systèmes à se conformer à des normes ou technologies spécifiques. La proposition s'applique à des cas d'usages industriels dans le contexte de réseau de distribution de gaz français. La validation théorique et empirique de notre proposition corrobore note hypothèses que l'interopérabilité entre les systèmes hétérogènes peut être atteinte en utilisant les concepts de la séparation de préoccupations et de l'ingénierie dirigée par les modèles et que le coût et le temps pour promouvoir l'interopérabilité est réduit en favorisant les caractéristiques de la réutilisabilité et de l'extensibilité. / Over the last decade, the information technology and industrial infrastructures have evolved from containing monolithic systems to heterogeneous, autonomous, and widely distributed systems. Most systems cannot coexist while completely isolated and need to share their data in order to increase business productivity. In fact, we are moving towards larger complex systems where millions of systems and applications need to be integrated. Thus, the requirement of an inexpensive and fast interoperability solution becomes an essential need. The existing solutions today impose standards or middleware to handle this issue. However, these solutions are not sufficient and often require specific ad-hoc developments. Thus, this work proposes the study and the development of a generic, modular, agnostic and extensible interoperability architecture based on modeling principles and software engineering aspects. It aims to promote interoperability and data exchange between heterogeneous systems in real time without requiring systems to comply with specific standards or technologies. The industrial use cases for this work takes place in the context of the French gas distribution network. The theoretical and empirical validation of our proposal corroborates assumptions that the interoperability between heterogeneous systems can be achieved by using the aspects of separation of concerns and model-driven engineering. The cost and time to promote the interoperability are also reduced by promoting the characteristics of re-usability and extensibility.