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Jul 31, 2023

Mensch + Maschine: Eine neue Ära der Automatisierung in der Fertigung

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Automatisierung in der Fertigung verändert

In den letzten zwei Jahrzehnten, Die Automatisierung in der Fertigung hat die Fabrikhallen, die Art der Beschäftigung in der Fertigung und die Wirtschaftlichkeit vieler Fertigungssektoren verändert. Heute stehen wir an der Schwelle zu einem neuen Zeitalter der Automatisierung: Rasante Fortschritte in der Robotik, der künstlichen Intelligenz und dem maschinellen Lernen ermöglichen es Maschinen, bei einer Reihe von Arbeitsaktivitäten, einschließlich solcher, die kognitive Fähigkeiten erfordern, mit Menschen mitzuhalten oder diese zu übertreffen. Führungskräfte der Branche – diejenigen, deren Unternehmen die Automatisierung bereits eingeführt haben, diejenigen, die gerade erst damit beginnen, und diejenigen, die noch nicht vollständig mit den Auswirkungen dieses neuen Automatisierungszeitalters gerechnet haben – müssen die folgenden drei grundlegenden Perspektiven berücksichtigen: Was die Automatisierung ermöglicht mit der aktuellen Technologie und wird wahrscheinlich möglich sein, wenn sich die Technologie weiterentwickelt; welche Faktoren neben der technischen Machbarkeit bei Entscheidungen zur Automatisierung zu berücksichtigen sind; und wie man beginnt, darüber nachzudenken, wo und wie viel automatisiert werden sollte, um langfristig den größtmöglichen Nutzen aus der Automatisierung zu ziehen.

Um den Umfang einer möglichen Automatisierung im gesamten Fertigungssektor zu verstehen, haben wir eine Studie über die Fertigungsarbeit in 46 Ländern sowohl in der Industrie- als auch in der Entwicklungswelt durchgeführt, die etwa 80 Prozent der weltweiten Arbeitskräfte abdeckt. Unsere Daten und Analysen zeigen, dass im Jahr 2015 478 Milliarden der 749 Milliarden Arbeitsstunden (64 Prozent), die weltweit für fertigungsbezogene Aktivitäten aufgewendet wurden, mit der derzeit demonstrierten Technologie automatisierbar waren.1 1. Die Basislinie, die wir verwendet haben, um zu bestimmen, welche Fertigungsaktivitäten „automatisierbar“ sind „ist „aktuelle Aktivitäten“ gemäß der Definition des US Bureau of Labor Statistics. Dazu gehören Aktivitäten, die derzeit einige Automatisierungselemente aufweisen (z. B. das Versenden von E-Mails). Diese 478 Milliarden Arbeitsstunden stellen das Arbeitsäquivalent von 236 Millionen von 372 Millionen Vollzeitbeschäftigten dar – 2,7 Billionen US-Dollar von 5,1 Billionen US-Dollar an Arbeitskräften –, die abgeschafft oder umgewidmet werden könnten, vorausgesetzt, dass die bewährten Technologien für den Einsatz in Einzelfällen und dann angepasst werden angenommen. Diese Zahlen deuten darauf hin, dass die Fertigung zwar eine der am höchsten automatisierten Industrien weltweit ist, es aber dennoch erhebliches Automatisierungspotenzial innerhalb der vier Wände der Produktionsstandorte sowie in verwandten Funktionsbereichen wie Lieferkette und Beschaffung gibt. Wie McKinsey-Untersuchungen gezeigt haben, liegt das verarbeitende Gewerbe hinsichtlich des Automatisierungspotenzials nach dem Gastgewerbe und der Gastronomie an zweiter Stelle unter den Industriesektoren (Abbildung 1).2 2. Weitere Informationen finden Sie unter „Harnessing Automation for a Future that Works“, McKinsey Global Institute , Januar 2017.

Wir betonen, dass das oben beschriebene Automatisierungspotenzial durch die Anpassung und Integration derzeit demonstrierter Technologien entsteht3 3. Wir definieren „derzeit demonstrierte Technologien“ als solche, die bereits das erforderliche Leistungs- und Zuverlässigkeitsniveau gezeigt haben, um eine oder mehrere der 18 beteiligten Funktionen zu automatisieren Durchführung von Arbeitstätigkeiten. In einigen Fällen wurde dieses Leistungsniveau durch kommerziell erhältliche Produkte nachgewiesen, in anderen durch Forschungsprojekte. (siehe Seitenleiste „Automatisierungspotenzial verstehen“). Darüber hinaus ist es bemerkenswert, dass die jüngsten technologischen Fortschritte viele der traditionellen Einschränkungen der Robotik und Automatisierung überwunden haben. Eine neue Generation von Robotern, die flexibler und vielseitiger sind und weitaus weniger kosten als diejenigen, die heute in vielen Fertigungsumgebungen eingesetzt werden, können von Mitarbeitern an vorderster Front „geschult“ werden, um Aufgaben auszuführen, die früher als zu schwierig für Maschinen galten – Aufgaben wie Kommissionierung und Packen von unregelmäßig verteilten Objekten und Lösen von Verkabelungskonflikten bei Großprojekten, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Auch die künstliche Intelligenz macht große Fortschritte, die das Potenzial für die Automatisierung von Arbeitsabläufen in vielen Branchen erhöhen: In einem aktuellen Test konnten Computer beispielsweise die Lippen weitaus genauer lesen als Profis.

Die Analyse von Arbeitsaktivitäten anstelle von Berufen ist die genaueste Methode, um die technische Machbarkeit der Automatisierung zu prüfen. Jeder Beruf besteht aus mehreren Arten von Tätigkeiten mit jeweils unterschiedlichem Grad der technischen Machbarkeit hinsichtlich der Automatisierung. Die folgende Abbildung zeigt die Automatisierungsanfälligkeit jeder der sieben Tätigkeitsgruppen der obersten Ebene sowie die dafür aufgewendete Zeit in allen Berufen in den Vereinigten Staaten. Etwas mehr als die Hälfte aller Arbeitsstunden in den Vereinigten Staaten wird für Aktivitäten aufgewendet, die am anfälligsten für Automatisierung sind: die Durchführung körperlicher Aktivitäten und das Bedienen von Maschinen in einer vorhersehbaren Umgebung sowie das Sammeln oder Verarbeiten von Daten (Ausstellung).

Berufe in der Fertigung umfassen Tätigkeiten, zu denen unter anderem das Sammeln oder Verarbeiten von Daten, die Anwendung von Fachwissen und das Bedienen von Maschinen (die wir als körperliche Arbeit klassifizieren) in vorhersehbaren und unvorhersehbaren Umgebungen gehören. Da diese und andere Teilaktivitäten jeweils ein unterschiedliches Automatisierungspotenzial aufweisen, sind wir zu unseren Schätzungen der Automatisierbarkeit für den Sektor gekommen (64 Prozent der gesamten Arbeitsstunden, die weltweit für produktionsbezogene Aktivitäten aufgewendet werden, 87 Prozent der Stunden, die für Aktivitäten aufgewendet werden, die von Arbeitnehmern in durchgeführt werden). (Produktionsberufe und 45 Prozent der Stunden, die mit nichtproduktionsbezogenen Tätigkeiten verbracht werden) durch Untersuchung der Zeit, die Arbeiter in der Fertigung während der Arbeitswoche für jeden dieser Berufe aufwenden.

Unsere Studie untersuchte auch das Automatisierungspotenzial für bestimmte Arten von Aktivitäten und Arbeitsplätzen im verarbeitenden Gewerbe. Wir haben herausgefunden, dass 87 Prozent der Stunden, die Arbeiter in Produktionsberufen für Tätigkeiten aufwenden, automatisierbar sind – der größte Teil aller Produktionsberufe. Auch bei anderen Berufen in der Fertigung (z. B. Ingenieurwesen, Wartung, Materialbewegung, Management und Verwaltung) bestehen jedoch immer noch erhebliche Chancen, da etwa 45 Prozent dieser Arbeitszeiten ebenfalls automatisierbar sind.4 4. Während Management und Technik Aktivitäten machen nur etwa 2 Prozent der automatisierbaren Arbeitszeit in der Fertigung aus. Da Manager und Ingenieure die bestbezahlten Arbeitnehmer in der Fertigung sind, stellen die von ihnen ausgeführten automatisierbaren Tätigkeiten etwa 11 Prozent der automatisierbaren Arbeitskosten dar – nur hinter den Berufen in der Produktion und Materialbewegung. Um diese Aktivitäten weitgehend zu automatisieren, werden wahrscheinlich weitere technologische Fortschritte erforderlich sein, insbesondere beim Verständnis und der Erzeugung natürlicher Sprache – Fortschritte, die durchaus plausibel erscheinen, auch wenn sie nicht unmittelbar bevorstehen.

Beim Vergleich verschiedener Teilsektoren innerhalb der Fertigung sehen wir eine große Variation des Automatisierungspotenzials, die teils durch die Art der Tätigkeiten selbst, teils durch Unterschiede im erforderlichen Qualifikationsniveau der Arbeitnehmer und in der technologischen Komplexität des hergestellten Produkts erklärt werden kann:

Was den Geldwert der automatisierbaren Arbeit in verschiedenen Teilsektoren des verarbeitenden Gewerbes angeht, können die Unterschiede bis zu dreifach sein, je nach Arbeitsmix in einem bestimmten Teilsektor (27.000 US-Dollar pro Jahr für Bekleidung/Mode/Luxus, verglichen mit 75.000 US-Dollar pro Jahr für Öl). und Gas). Beim Vergleich der oben aufgeführten Gruppierungen sehen wir im Durchschnitt einen 1,6-fachen automatisierbaren Anstieg der Löhne pro Stunde von niedriger zu hoher Qualifikation/Komplexität und einen 1,4-fachen Anstieg von niedriger zu mittlerer Qualifikation/Komplexität.

Abschließend stellen wir fest, dass, auch wenn das technische Automatisierungspotenzial in der Weltwirtschaft kaum variiert, die Tatsache, dass 81 Prozent der weltweit automatisierbaren Produktionsstunden und 49 Prozent des automatisierbaren Arbeitswerts in Entwicklungsländern liegen, einen Aufschwung der Automatisierung in den Entwicklungsländern bedeutet Die Welt könnte erhebliche globale Auswirkungen haben. Wenn man bedenkt, dass 68 Prozent der automatisierbaren Produktionsstunden in den Entwicklungsländern (und 62 Prozent des automatisierbaren Arbeitswerts) allein auf China und Indien entfallen, sehen wir in Indien und China das Potenzial für große automatisierungsbedingte Störungen, auch wenn die Dauer noch unklar sein wird hängen zum Teil davon ab, wie schnell die Kosten für Automatisierungslösungen in diesen Ländern unter das Lohnniveau sinken. Ein radikaler Wandel hin zur Automatisierung in Indien und China könnte erhebliche Auswirkungen auf die Beschäftigung in beiden Ländern haben und würde dort auch das Wirtschaftswachstum erheblich ankurbeln.

Natürlich ist die technische Machbarkeit eine notwendige Voraussetzung für die Automatisierung einer bestimmten Arbeitsaktivität oder einer Reihe von Aktivitäten. Dennoch ist dies bei weitem nicht der einzige Faktor, den Unternehmen berücksichtigen müssen, wenn sie entscheiden, was und wie sie automatisieren. Ein zweiter zu berücksichtigender Faktor sind die Kosten für die Entwicklung und Bereitstellung sowohl der Hardware als auch der Software für die Automatisierung. Die Arbeitskosten und die damit verbundene Dynamik von Angebot und Nachfrage stellen einen dritten Faktor dar: Wenn Arbeitskräfte im Überfluss vorhanden und deutlich günstiger als die Automatisierung sind, könnte dies ein entscheidendes Argument dagegen sein – oder dafür, nur in begrenztem Umfang zu automatisieren. Beispielsweise hat ein Automobilzulieferer in Indien festgestellt, dass nach der Einführung einer kostengünstigen Automatisierung einiger Schritte in seiner Produktionslinie – wodurch der Personalbestand von 17 auf 8 reduziert wurde – seine Kosten nun denen eines japanischen Unternehmens entsprechen, das die gleiche Art betreibt einer Produktionslinie mit einem höheren Automatisierungsgrad und einem Personalbestand von nur zwei Mitarbeitern.

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Auswirkungen der Automatisierung auf die Belegschaft eines Unternehmens nicht nur darin bestehen, menschliche Arbeitskräfte durch Maschinen zu ersetzen. Unserer Analyse zufolge können weniger als fünf Prozent der Berufe durch die Anpassung der derzeit erprobten Technologie vollständig automatisiert werden. Allerdings könnten etwa 60 Prozent von ihnen 30 Prozent oder mehr ihrer Teilaktivitäten automatisieren. Mit anderen Worten: Allein durch die Anpassung und Integration der aktuellen Technologie könnte die Automatisierung die meisten Berufe – zumindest bis zu einem gewissen Grad – verändern. Dies erfordert eine umfassende Neudefinition von Arbeitsplätzen und eine Transformation der Geschäftsprozesse und Arbeitsplatzkulturen.

Tatsächlich dürfte die wichtigste Komponente bei der langfristigen und kurzfristigen erfolgreichen Einführung der Automatisierung die harte Arbeit sein, das Humankapital auf die Zusammenarbeit mit der Technologie vorzubereiten und anzupassen. Fast jeder Job wird sich irgendwann ändern und jeder Arbeitsablauf wird irgendwann verändert. Da sich ihre Arbeitsplätze weiterentwickeln, müssen viele Arbeitnehmer kontinuierlich für die Arbeit an Maschinen umgeschult werden. Dies erfordert Veränderungen nicht nur bei den Fähigkeiten, sondern auch bei den Denkweisen und der Kultur, da zu „Mitarbeitern“ nicht nur andere Menschen, sondern auch Maschinen gehören.

Da Rollen und Prozesse auf diese Weise neu definiert werden, werden zu den wirtschaftlichen Vorteilen der Automatisierung auch die Freigabe und Umnutzung knapper Fachkräfte gehören. Insbesondere in den bestbezahlten Berufen können Maschinen die menschlichen Fähigkeiten in hohem Maße erweitern und den Wert von Fachwissen steigern, indem sie den Mitarbeitern die Möglichkeit geben, sich auf höherwertige Arbeiten zu konzentrieren. Bei der Flugzeugwartung beispielsweise – wo Drohnen und insektengroße Roboter eines Tages Inspektionen durchführen könnten, Roboter Teile und Werkzeuge liefern könnten und automatisierte Schlepper Flugzeuge in und aus Hangars befördern könnten – würden auf dem Boden des Wartungshangars weniger Techniker benötigt Diejenigen, die blieben, würden mehr Zeit damit verbringen, Probleme zu lösen, die nicht zur Routine gehören. Diese Arbeitskräfte werden jedoch eine kontinuierliche Umschulung benötigen, um mit der technologischen Entwicklung Schritt zu halten.

Ein vierter zu berücksichtigender Faktor sind die Vorteile, die über die Arbeitssubstitution hinausgehen, darunter ein höheres Produktionsniveau, eine bessere Qualität und weniger Fehler (siehe Randleiste „Anpassung und Verbesserung des Humankapitals“). Während es für einen Hersteller verlockend ist, Automatisierung in erster Linie als Hebel zur Arbeitseinsparung zu betrachten, sind diese anderen Vorteile oft größer als die Reduzierung der Arbeitskosten. Automatisierungsoptionen sollten anhand einer klaren Strategie in Betracht gezogen und bewertet werden, die auf die Reduzierung der Gesamtbetriebskosten ausgerichtet ist. Wir stellen fest, dass Unternehmen Automatisierung in der Regel nutzen, um eine Reihe von Chancen zu nutzen, darunter die Steigerung des Durchsatzes und der Produktivität, die Beseitigung von Abweichungen und die Verbesserung der Qualität, die Verbesserung der Agilität und Gewährleistung von Flexibilität sowie die Verbesserung von Sicherheit und Ergonomie.

Neben der technischen Machbarkeit, den Kosten für Hardware und Software, dem Angebot und der Nachfrage nach Arbeitskräften und den Vorteilen, die über die Arbeitssubstitution hinausgehen, sind regulatorische und gesellschaftliche Akzeptanzfragen, wie beispielsweise der Abschluss, ein fünfter Faktor, der bei der Entscheidung, ob und wo automatisiert werden soll, berücksichtigt werden muss welche Maschinen in einer bestimmten Umgebung akzeptabel sind, insbesondere dort, wo sie mit Menschen interagieren. Das Potenzial der Automatisierung, sich in einem bestimmten Sektor oder Beruf durchzusetzen, spiegelt ein subtiles Zusammenspiel aller fünf von uns aufgeführten Faktoren und deren Kompromisse wider.

Das ultimative Ziel für Hersteller besteht bei der Abwägung der verschiedenen oben beschriebenen Faktoren darin, so viel langfristigen Wert wie möglich aus der Automatisierung zu ziehen. Wie dies erreicht werden kann, hängt zum Teil davon ab, wie weit ein bestimmter Hersteller im Spektrum der Automatisierungsreife fortgeschritten ist. Wir sehen dieses Spektrum in vier Stufen unterteilt:

Die Bewertung der Abläufe eines Herstellers entlang dieses Spektrums der Automatisierungsreife kann dabei helfen, festzustellen, welcher Ansatz am besten dazu beiträgt, die volle langfristige Wirkung zu erzielen. Beispielsweise werden Betriebe mit geringerem Reifegrad stärker von „Clean Sheets“ profitieren, während sich ausgereiftere Betriebe auf die vollständige Nutzung ihrer bereits robusten Automatisierungsinfrastruktur konzentrieren können, um die Besten ihrer Klasse zu erreichen. Abbildung 2 beschreibt ausführlicher die Schritte, die Hersteller unternehmen können, um sich entlang des Spektrums zu bewegen.

Überall dort, wo sich ein bestimmtes Unternehmen im Reifegradspektrum befindet, ist es wichtig, den Fokus weiterhin auf die Wertschöpfung zu legen. Um zu diagnostizieren, wo die Automatisierung am profitabelsten zur Leistungssteigerung eingesetzt werden könnte, möchten Unternehmensleiter möglicherweise eine gründliche Bestandsaufnahme der Aktivitäten ihres Unternehmens durchführen und eine Heatmap erstellen, in der dargestellt wird, wo das Automatisierungspotenzial hoch ist. Geschäftsprozesse, die nachweislich über Aktivitäten mit hohem Automatisierungspotenzial verfügen, können dann in Szenarien neu konzipiert werden, in denen sie die Automatisierungstechnologien voll ausnutzen (anstatt mechanisch zu versuchen, einzelne Aktivitäten mithilfe aktueller Prozesse zu automatisieren). Schließlich können die Machbarkeit und Vorteile dieser automatisierungsgestützten Prozesstransformationen genutzt werden, um Prioritäten zu setzen, welche Prozesse mithilfe von Automatisierungstechnologien transformiert werden sollen. Ein solcher Ansatz kann dazu beitragen, sicherzustellen, dass Automatisierungsinvestitionen die größtmögliche Wirkung für das Unternehmen erzielen.

Michael Chuiist Partner am McKinsey Global Institute, woJames Manyikaist Regisseur;Katy George ist Senior Partner im Büro in New Jersey; UndMehdi Miremadiist Partner im Büro in Chicago.