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Institute
Industry 4.0
(2020)
Industry 4.0 has had a strong influence on the debate on the digitalization of industrial processes, despite being criticized for lacking a proper definition. However, Industry 4.0 might offer a huge chance to align the goals of a sustainable development with the ongoing digital transformation in industrial development. The main contribution of this paper is therefore twofold. We provide a de-facto definition of the concept "Industry 4.0" from a sociotechnical perspective based on its most often cited key features, as well as a thorough review of how far the concept of sustainability is incorporated in it.
Technological advancements are giving rise to the fourth industrial revolution - Industry 4.0 -characterized by the mass employment of smart objects in highly reconfigurable and thoroughly connected industrialproduct-service systems. The purpose of this paper is to propose a theory-based knowledgedynamics model in the smart grid scenario that would provide a holistic view on the knowledge-based interactions among smart objects, humans, and other actors as an underlyingmechanism of value co-creation in Industry 4.0. A multi-loop and three-layer - physical, virtual, and interface - model of knowledge dynamics is developedby building on the concept of ba - an enabling space for interactions and theemergence of knowledge. The model depicts how big data analytics are just one component inunlocking the value of big data, whereas the tacit engagement of humans-in-the-loop - theirsense-making and decision-making - is needed for insights to be evoked fromanalytics reports and customer needs to be met.
Recent research suggests that design thinking practices may foster the development of needed capabilities in new digitalised landscapes. However, existing publications represent individual contributions, and we lack a holistic understanding of the value of design thinking in a digital world. No review, to date, has offered a holistic retrospection of this research. In response, in this bibliometric review, we aim to shed light on the intellectual structure of multidisciplinary design thinking literature related to capabilities relevant to the digital world in higher education and business settings, highlight current trends and suggest further studies to advance theoretical and empirical underpinnings. Our study addresses this aim using bibliometric methods—bibliographic coupling and co-word analysis as they are particularly suitable for identifying current trends and future research priorities at the forefront of the research. Overall, bibliometric analyses of the publications dealing with the related topics published in the last 10 years (extracted from the Web of Science database) expose six trends and two possible future research developments highlighting the expanding scope of the design thinking scientific field related to capabilities required for the (more sustainable and human-centric) digital world. Relatedly, design thinking becomes a relevant approach to be included in higher education curricula and human resources training to prepare students and workers for the changing work demands. This paper is well-suited for education and business practitioners seeking to embed design thinking capabilities in their curricula and for design thinking and other scholars wanting to understand the field and possible directions for future research.
Recent research suggests that design thinking practices may foster the development of needed capabilities in new digitalised landscapes. However, existing publications represent individual contributions, and we lack a holistic understanding of the value of design thinking in a digital world. No review, to date, has offered a holistic retrospection of this research. In response, in this bibliometric review, we aim to shed light on the intellectual structure of multidisciplinary design thinking literature related to capabilities relevant to the digital world in higher education and business settings, highlight current trends and suggest further studies to advance theoretical and empirical underpinnings. Our study addresses this aim using bibliometric methods—bibliographic coupling and co-word analysis as they are particularly suitable for identifying current trends and future research priorities at the forefront of the research. Overall, bibliometric analyses of the publications dealing with the related topics published in the last 10 years (extracted from the Web of Science database) expose six trends and two possible future research developments highlighting the expanding scope of the design thinking scientific field related to capabilities required for the (more sustainable and human-centric) digital world. Relatedly, design thinking becomes a relevant approach to be included in higher education curricula and human resources training to prepare students and workers for the changing work demands. This paper is well-suited for education and business practitioners seeking to embed design thinking capabilities in their curricula and for design thinking and other scholars wanting to understand the field and possible directions for future research.
Neben dem enormen Kursanstieg des Bitcoins in den Jahren 2017/2018, stieg im gleichen Maß auch die benötigte Rechenleistung und der damit verbundene Elektrizitätsbedarf, um Blöcke innerhalb der Bitcoin-Blockchain zu verifizieren. Aus diesem Problem ableitend beschäftigt sich dieser Beitrag mit der Fragestellung, welchen Beitrag unterschiedliche Konsens-Algorithmen innerhalb einer Blockchain zur Nachhaltigkeit liefern. Im Ergebnis liegt ein Überblick über die meist genutzten Konsens-Algorithmen und deren Beitrag zur Nachhaltigkeit vor.
Public blockchain
(2020)
Blockchain has the potential to change business transactions to a major extent. Thereby, underlying consensus algorithms are the core mechanism to achieve consistency in distributed infrastructures. Their application aims for transparency and accountability in societal transactions. As a result of missing reviews holistically covering consensus algorithms, we aim to (1) identify prevalent consensus algorithms for public blockchains, and (2) address the resource perspective with a sustainability consideration (whereby we address the three spheres of sustainability). Our systematic literature review identified 33 different consensus algorithms for public blockchains. Our contribution is twofold: first, we provide a systematic summary of consensus algorithms for public blockchains derived from the scientific literature as well as real-world applications and systemize them according to their research focus; second, we assess the sustainability of consensus algorithms using a representative sample and thereby highlight the gaps in literature to address the holistic sustainability of consensus algorithms.
Lately, first implementation approaches of Internet of Things (IoT) technologies penetrate industrial value-adding processes. Within this, the competence requirements for employees are changing. Employees’ organization, process, and interaction competences are of crucial importance in this new IoT environment, however, in students and vocational training not sufficiently considered yet. On the other hand, conventional learning factories evolve and transform to digital learning factories. Nevertheless, the integration of IoT technology and its usage for training in digital learning factories has been largely neglected thus far. Existing learning factories do not explicitly and properly consider IoT technology, which leads to deficiencies regarding an appropriate development of employees’ Industrial IoT competences. The goal of this contribution is to point out a didactic concept that enables development and training of these new demanded competences by using an IoT laboratory. For this purpose, a design science approach is applied. The result of this contribution is a didactic concept for the development of Industrial IoT competences in an IoT laboratory.
Manufacturing companies still have relatively few points of contact with the circular economy. Especially, extending life time of whole products or parts via remanufacturing is an promising approach to reduce waste. However, necessary cost-efficient assessment of the condition of the individual parts is challenging and assessment procedures are technically complex (e.g., scanning and testing procedures). Furthermore, these assessment procedures are usually only available after the disassembly process has been completed. This is where conceptualization, data acquisition and simulation of remanufacturing processes can help. One major constraining aspect of remanufacturing is reducing logistic efforts, since these also have negative external effects on the environment. Thus regionalization is an additional but in the end consequential challenge for remanufacturing. This article aims to fill a gap by providing an regional remanufacturing approach, in particular the design of local remanufacturing chains. Thereby, further focus lies on modeling and simulating alternative courses of action, including feasibility study and eco-nomic assessment.
This study is dedicated to the interdependencies between digital sovereignty and sustainable digitalization, which need to be explicitly linked to an increasing degree in political discourse, academia, and societal debates. Digital skills are the prerequisites for shaping digitalization in the interest of society and sustainable development.
Um in der digitalisierten Wirtschaft mitzuspielen, müssen Unternehmen, Markt und insbesondere Kunden detailliert verstanden werden. Neben den „Big Playern“ aus dem Silicon Valley sieht der deutsche Mittelstand, der zu großen Teilen noch auf gewachsenen IT-Infrastrukturen und Prozessen agiert, oft alt aus. Um in den nächsten Jahren nicht gänzlich abgehängt zu werden, ist ein Umbruch notwendig. Sowohl Leistungserstellungsprozesse als auch Leistungsangebot müssen transparent und datenbasiert ausgerichtet werden. Nur so können Geschäftsvorfälle, das Marktgeschehen sowie Handeln der Akteure integrativ bewertet und fundierte Entscheidungen getroffen werden. In diesem Beitrag wird das Konzept der Data-Driven Organization vorgestellt und aufgezeigt, wie Unternehmen den eigenen Analyticsreifegrad ermitteln und in einem iterativen Transformationsprozess steigern können.
CO₂-Fußabdrücke sind ein aktuell viel diskutiertes Thema mit weitreichenden Implikationen für Individuen als auch Unternehmen. Firmen können einen proaktiven Beitrag zur Transparenz leisten, indem der unternehmens- oder produktbezogene CO₂-Fußabdruck ausgewiesen wird. Ist der Entschluss gefasst einen CO₂-Fußabdruck auszuweisen und die entstehenden Treibhausgase zu erfassen, existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Normen und Zertifikate, wie die publicly available specification 2050, das Greenhouse Gas Protokoll oder die ISO 14067. Das Ziel dieses Beitrags ist es, diese drei Normen zur Berechnung des produktbezogenen CO₂-Fußabdrucks zu vergleichen, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede sowie Vor- und Nachteile in der Anwendung aufzuzeigen. Die Übersicht soll Unternehmen bei der Entscheidungsfindung hinsichtlich der Eignung eines CO₂-Fußabdrucks für ihr Unternehmen unterstützen.
Despite digital learning disrupting traditional learning concepts and activities in higher education, for the successful integration of digital learning, the use and acceptance of the students are essential. This acceptance depends in turn on students’ characteristics and dispositions, among other factors. In our study, we investigated the influence of digital competences, self-organization, and independent learning abilities on students’ acceptance of digital learning and the influence of their acceptance on the resistance to the change from face-to-face to digital learning. To do so, we surveyed 350 students and analyzed the impact of the different dispositions using ordinary least squares regression analysis. We could confirm a significant positive influence of all the tested dispositions on the acceptance of digital learning. With the results, we can contribute to further investigating the underlying factors that can lead to more positive student perceptions of digital learning and build a foundation for future strategies of implementing digital learning into higher education successfully.
Dieses Kapitel diskutiert die Notwendigkeit einer stärkeren Praxisorientierung für die Schaffung konkreter Lehr- und Lernräume in Unternehmen und zeigt die Vorteile einer Lernfabrik vor dem Hintergrund der stattfindenden Digitalisierung als Mittel zur Kompetenzentwicklung auf. Die technologiebedingt erweiterten Weiterbildungsziele erfordern die Nutzung geeigneter Konzepte und Lösungen. Dahingehend erfolgt die zielorientierte Konkretisierung der Kreation geeigneter Lehr- und Lernsituationen. Die Darstellung der Nutzbarmachung einer Modellfabrik als Lernfabrik der betrieblichen Weiterbildungspraxis zeigt nicht nur eine Lösung für die intendierte Bereitstellung flexibler Lehr- und Lernsituationen, sondern liefert ebenso Handlungsempfehlungen und Best-Practices für die erfolgreiche Kompetenzentwicklung. Insbesondere Praktiker profitieren von der Darstellung der Lernfabrik: aus dieser können sowohl betriebliche Weiterbildner als auch Geschäftsverantwortliche Implikationen für die didaktische Transformation betrieblicher Arbeitsorte in betriebliche Lern-Orte ableiten. Die detaillierte Darstellung einer Tagesschulung zum Thema Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Arbeit der Mitarbeiter sowie Illustration eines Lernszenarios geben reale Einblicke, wie betriebliche Weiterbildung abseits von Lehr-Lern-Kurzschluss-orientierter Didaktik gelingt.
Der Wandel zur automatisierten Produktion, die fortschreitende Digitalisierung der Wertschöpfungsprozesse sowie die stetige Implementierung von mobilen Industrial Internet of Things-Technologien (IIoT) in diese zur Unterstützung der Mitarbeiter stellen betriebliche Weiterbildung vor Herausforderungen. Komple-xere Anforderungen und veränderte Tätigkeitsprofile erfordern Handlungskom-petenzen bei Mitarbeitern im Sinne der Fähigkeit, in unbekannten Situationen auf Basis eigenen Könnens handlungsfähig zu bleiben. Jene sowie dafür notwendiges umfassendes Verständnis gegenüber digitalisierten Produktions-prozessen kann jedoch durch konventionelle Lehrmethoden nicht realisiert werden, da diese der erhöhten Anforderungskomplexität und den komplexen Rückkopplungen im Rahmen der Steuer- und Regelkreise nicht gerecht werden können. Diese Aspekte aufgreifend wird im Folgenden ein szenariobasierter Wei-terbildungsansatz für eine Lernfabrik vorgestellt, der insbesondere die Potenziale mobiler IIoT-Technologien zur Ausgestaltung dieser in den Blick nimmt.
The usage of gamification in the contexts of commerce, consumption, innovation or eLearning in schools and universities has been extensively researched. However, the potentials of serious games to transfer and perpetuate knowledge and action patterns in learning factories have not been levered so far. The goal of this paper is to introduce a serious game as an instrument for knowledge transfer and perpetuation. Therefore, reqirements towards serious games in the context of learning factories are pointed out. As a result, that builds on these requirements, a serious learning game for the topic of Industry 4.0 is practically designed and evaluated.
Digitization and demographic change are enormous challenges for companies. Learning factories as innovative learning places can help prepare older employees for the digital change but must be designed and configured based on their specific learning requirements. To date, however, there are no particular recommendations to ensure effective age-appropriate training of bluecollar workers in learning factories. Therefore, based on a literature review, design characteristics and attributes of learning factories and learning requirements of older employees are presented. Furthermore, didactical recommendations for realizing age-appropriate learning designs in learning factories and a conceptualized scenario are outlined by synthesizing the findings.
Die Digitalisierung von Produktionsprozessen schreitet mit einer hohen Intensität voran. Weiterbildung hat eine hohe Relevanz für betriebliche Transformationsprozesse. Die betriebliche Weiterbildungspraxis ist den aktuellen Herausforderungen der Digitalisierung jedoch nicht gewachsen. Herausforderungen sind Kompetenzlücken der Mitarbeiter, ungewisse Anforderungsprofile und Tätigkeitstypen, demographischer Wandel sowie veraltete didaktische Ansätze. Zudem wird bestehender inhaltlicher und pädagogischer Freiraum bei der Gestaltung von Weiterbildung oftmals nur unzureichend ausgenutzt. Die skizzierte Situation führt dazu, dass der Mehrwert gegenwärtiger Qualifizierungsangebote sowohl für Unternehmen als auch Beschäftigte nicht ausgeschöpft wird. Ausgehend von Veränderungen durch Digitalisierung in der Produktion und deren Auswirkungen auf die Kompetenzentwicklung diskutiert dieser Beitrag Herausforderungen gegenwärtiger betrieblicher Weiterbildung. Er leitet Handlungsempfehlungen ab, die mithilfe von Beispielen gewerkschaftlich unterstützter Weiterbildungspraxis illustriert werden. Im Ergebnis erhalten Interessierte einen Überblick über gegenwärtige Herausforderungen und Handlungsempfehlungen für die Gestaltung und Durchführung von Weiterbildung in Zeiten der Digitalisierung.
Die Innovationstätigkeit im industriellen Umfeld verlagert sich durch die Digitalisierung hin zu Produkt-Service-Systemen. Kleine und mittlere Unternehmen haben sich in ihrer Entwicklungstätigkeit bisher stark auf die Produktentwicklung bezogen. Der Umstieg auf „smarte“ Produkte und die Kopplung an Dienstleistungen erfordert häufig personelle und finanzielle Ressourcen, welche KMU nicht aufbringen können. Crowdsourcing stellt eine Möglichkeit dar, den Innovationsprozess für externe Akteure zu öffnen und Kosten- sowie Geschwindigkeitsvorteile zu realisieren. Bei der Integration von Crowdsourcing-Elementen ist jedoch einigen Herausforderungen zu begegnen. Dieser Beitrag zeigt sowohl die Potenziale als auch die Barrieren einer Crowdsourcing-Nutzung im industriellen Umfeld auf.
The implementation of learning scenarios is a diversely challenging, frequently purely manual and effortful undertaking. In this contribution a process based view is used in scenario generation to overcome communication, coordination and technical gaps. A framework is provided to identify, define and integrate technological artefacts and learning content as modular, reusable building blocks along a modeled production process. The specific contribution is twofold: 1) the theoretical framework represents a unique basis for modularization of content and technology in order to enhance reusability, 2) the model based scenario definition is a starting point for automated implementation of learning scenarios in industrial learning environments that has not been created before.
Wandlungsfähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Systems, proaktiv oder reaktiv Maßnahmen für die Modifikation seiner Eigenschaften schnell und effizient zu entwickeln, umzusetzen und anzuwenden sowie sich proaktiv darauf vorzubereiten, inaktiv zu sein und passiv Einwirkungen aus der Umwelt zu tolerieren. Die Eigenschaften wandlungsfähiger Systeme werden häufig als Indikatoren (z.B. Modularität, Wissen) verwendet. Dabei existiert eine Vielzahl potenzieller Indikatoren, deren jeweilige Relevanz jedoch ungeklärt ist. Hier setzt die Zielstellung der vorliegenden Arbeit an. Das Erkenntnisziel ist die Erklärung der Wandlungsfähigkeit sozio-technischer Systeme. Zu diesem Zweck wird ein Erklärungsmodell der indikatorbasierten Wandlungsfähigkeit erstellt, das zum Nachweis von Wandlungsfähigkeit, zur Bewertung dieser sowie zur Systemanalyse genutzt werden kann. Weiterhin wird exemplarisch eine positive Korrelation von Wandlungsfähigkeit und Schnelligkeit sowie Effizienz bei Veränderungsprojekten nachgewiesen.