Industrie 4.0: Intelligente Produktion erfordert intelligente Produktentwicklung Wie wird sich die Produktentwicklung verändern? -

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1 Industrie 4.0: Intelligente Produktion erfordert intelligente Produktentwicklung Wie wird sich die Produktentwicklung verändern? - ServTec Austria 2015 FH-Campus 02 Graz 19. März , Katzenbach Executive Consulting, 2014, Katzenbach Executive Consulting,

2 Inhalt Was ist Industrie 4.0? Analyse Entwicklung von Smart Products Zusammenfassung Anhang 2015 Katzenbach Executive Consulting, - 2 -

3 Was ist Industrie 4.0? Source Geometric Global 2015, Katzenbach Executive Consulting, 2014, Katzenbach Executive Consulting,

4 Was ist Industrie 4.0? Komplexität Erster mechanischer Webstuhl 1784 Erste Industrielle Revolution Durch Einführung mechanischer Produktionsanlagen mithilfe von Wasser- und Dampfkraft Erstes Fließband, Schlachthöfe von Cincinnati 1870 Zweite Industrielle Revolution Durch Einführung arbeitsteiliger Massenproduktion mithilfe von elektronischer Energie Erste Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), Modicon Dritte Industrielle Revolution Durch Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion Vierte Industrielle Revolution Auf Basis von - Cyber-Physical-Systemen - Internet of Things - Social Media - Mobile Computing - Big Data - Analytics & Prediction Ende 18. Jhd. Beginn 20. Jhd. Beginn 70er Jahre 20. Jhd. Heute Zeit Source Trumpf, Bitkom, IBM 2015 Katzenbach Executive Consulting, - 4 -

5 Was ist Industrie 4.0? 2015 Katzenbach Executive Consulting, - 5 -

6 Informationsüberfluss und -mangel 44x Daten in 10 Jahren zettabytes 1 / 3 Führungskräfte treffen häufig Entscheidungen auf Basis von Informationen denen sie nicht vertrauen oder die fehlen 1 / 2 Führungskräfte behaupten sie hätten ungenügenden Zugang zu den Informationen, die sie für ihr Geschäft benötigen ,000 petabytes 80% 83% CIOs sehen Business intelligence and analytics als Teil ihres stratgischen Plans 60% CEOs wollen Information besser verstehen um schnelle und präzise Entscheidungen treffen zu können Source IBM 2015 Katzenbach Executive Consulting, - 6 -

7 Beschreibung Industrie 4.0 Gemäß Umsetzungsempfehlung an die Deutsche Bundesregierung in 2013 Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting, - 7 -

8 Usecases aus der Umsetzungsempfehlung Industrie 4.0 Use Case 1: Resilente Fabrik (Festo) Use Case 2: Technologiedatenmarktplatz (Trumpf) Use Case 3: Intelligentes Instandhaltungsmanagement (WBK) Use Case 4: Vernetzte Produktion (IWB) Use Case 5: Selbstorganisierende adaptive Logistik (Daimler) Use Case 6: Kundenintegriertes Engineering (IPA) Use Case 7: Nachhaltigkeit durch Up-Cycling (IPA) Use Case 8: Smart Factory Architecture (IPA) Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting, - 8 -

9 Beispiel UseCase 1 Alle anderen Use Cases siehe Anhang Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting, - 9 -

10 Analyse Cyber Physical Systems Internet der Dinge und Dienste Big Data Analyse und Vorhersage 2015, Katzenbach Executive Consulting, 2014, Katzenbach Executive Consulting,

11 Cyber Physical Systems Cyber Physical System: Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Bauteilen, die über eine Dateninfrastruktur mit einander kommunizieren. (Quelle wikipedia) Source Damm Broy 2015 Katzenbach Executive Consulting,

12 Cyber Physical Systems Cyber Physical Systems beinhalten nach Lee zwei unterschiedliche Sichtweisen: cyberizing the physical for specifying physical subsystems with computational abstractions and interfaces and physicalizing the cyber for expressing abstractions and interfaces of software and network components to represent physical systems dynamics in time [LEE2010] Source: Anderl, DIK 2015 Katzenbach Executive Consulting,

13 Internet der Menschen, Dinge und Dienste Internet der Dinge: Verknüpfung eindeutig identifizierbarer Objekte mit einer virtuellen Repräsentanz in einer internetähnlichen Struktur. (Quelle Mark Weiser ) 2015 Katzenbach Executive Consulting,

14 Big Data Volumen Geschwindigkeit Vielfalt 12 Terabyte Tweets pro Tag Analyse produktbezogener Äußerungen (Sentiment-Analyse) 5 Millionen Handelsereignisse pro Sekunde Erkennen möglicher Betrugsfälle 100Millionen Video Feeds Überwachung relevanter Ereignisse 350 Milliarden Zählerablesungen pro Jahr 500 Millionen Telefon Verbindungsdaten pro Tag 80% des Datenwachstums Prognose des Stromverbrauchs Verhinderung der Kundenabwanderung (Churn) Steigerung der Kundenzufriedenheit Source IBM 2015 Katzenbach Executive Consulting,

15 Analyse und Vorhersage Analyse unterschiedlichster Daten Neue Algorithmen Analyse von Daten in Bewegung Streaming Daten Analyse. Grosse Daten: bursts & ad-hoc Analyse Analyse von Daten mit extremen Volumen Kosteneffizienzanalyse, Analyse von Petabyte- Informationen. Analyse großer Strukturen und Datenrelationen Experimentieren & Entdecken Ad-hoc Analyse, Daten Discovery & Experimentation Source IBM Managen & Planen Definition von Daten-Modellen, Strukturen, Integrität, Kontrolle und Prozessen 2015 Katzenbach Executive Consulting,

16 Entwicklung von Smart Products - Systems Engineering 2015, Katzenbach Executive Consulting, 2014, Katzenbach Executive Consulting,

17 Internet der Dinge und Dienste Smart Products Entwicklung der Mechatronik in den letzten 25 Jahren Quelle: Eigner 2015 Katzenbach Executive Consulting,

18 Methoden der Mechanik-, Elektronik- und Software-Entwicklung 2015 Katzenbach Executive Consulting,

19 Definition Systems Engineering Systems Engineering ist eine Disziplin, deren Aufgabe die Erstellung und Ausführung eines interdisziplinären Prozesses ist, der garantieren soll, dass Kunden- und Stakeholder-Anforderungen qualitativ hochwertig, zuverlässig, kostengünstig und in vorgegebener Zeit über den gesamten Produktlebenszyklus erfüllt werden können. Quelle: Eigner nach INCOSE 2015 Katzenbach Executive Consulting,

20 Definition Systems Engineering (2) Quelle: Eigner in Anlehnung an Friedenthal 2015 Katzenbach Executive Consulting,

21 Modellbasiertes Systems-Engineering - Definition Modell Ein Modell ist ein beschränktes Abbild der Wirklichkeit z.b. o Simulationsmodell o Datenmodell o 3D Modell o Gedankenmodell o Softwaremodell o Das Ziel ist es: o Erkenntnisse über die Wirklichkeit zu erlangen o künftige gewünschte Ergebnisse darzustellen Modellbasierte Entwicklung (engl. Model-based engineering / Model-driven engineering) o Fokussiert auf die Erstellung und die Nutzung von Modellen in der Entwicklung Quelle: Eigner [Bildquelle: Methodische Entwicklung technischer Produkte, Udo Lindemann, 2007] 2015 Katzenbach Executive Consulting,

22 Vergleich dokumentenbasiert vs. modellbasiert Dokumentenbasiert o Erstellung textueller Spezifikationen und Entwicklungsdokumentation o In Papierform oder digital o Direkt ausgetauscht unter Kunden, Nutzern, Entwicklern und Testern Naturwissenschaften Software Modellbasiert o Modelle sind formal (eindeutig, vom Rechner interpretierbar) o Semantisch reich o Komplett, zusammenhängend, konsistent o Konform bestimmter Modellierungssprachen Projektmanagement Implizite Abhängigkeiten unter Dokumenten Analyse, Simulation Naturwissenschaften Software System Model Analyse, Simulation Quelle: Eigner Produktion Mechanik Elektronik [Bild in Anlehnung an: Paredis: Model Management In MBSE] Projektmanagement Produktion Mechanik Elektronik 2015 Katzenbach Executive Consulting,

23 Modellbildung und Spezifikation Inhalte des Systemmodells (RFLP) Entwicklungsrichtlinie (nach Pahl/Beitz)) Interdisziplinärer modellbasierter Ansatz R Systemmodell Requirement F Funktionen L P Logische Systemelemente Partialmodelle Physikalische Elemente Quelle: Eigner 2015 Katzenbach Executive Consulting,

24 Verwaltung des Modells Die Modellelemente und ihre Vernetzung werden auf einer Modellverwaltungsplattform verwaltet. Das Tool erlaubt den Nutzern Modellelemente zu: o erstellen o ändern o löschen [Source: Sanford Friedenthal Practical guide to SysML,2011] Naturwissenschaften Software Entwicklungsprozesse Analyse, Simulation Entwicklungsprozesse (Änderungs-, Freigabemanagement etc.) sollen auf dieser Modellverwaltungsplattform laufen. Quelle: Eigner [In Anlehnung an: Paredis: Model Management In MBSE, 2012] Projektmanagement Produktion Modellverwaltungs-plattform Mechanik Elektronik 2015 Katzenbach Executive Consulting,

25 SYS ML Diagrammarten im 4 Säulenmodell Ein Diagramm stellt grafisch einen bestimmten Aspekt des Systemmodells dar. SysML beinhaltet insgesamt neun Diagramme. Die Diagrammart beschränkt die Art der Modellelemente und der verbundenen Symbole, die im Diagramm auftreten können. [Quelle: Sanford Friedenthal Practical guide to SysML,2011] SysML - Diagramm Anforderungsdiagramm Verhaltensdiagramm Strukturdiagramm A N F O R D E R U N G E N S T R U K T U R V E R H A L T E N P A R A M E T E R Quelle: Eigner Anwendungsfalldiagramm Zustandsdiagramm Sequenzdiagramm Aktivitätsdiagramm Zusicheungs -diagramm Internes Blockdiagramm Blockdefinitionsdiagramm Paketdiagramm 2015 Katzenbach Executive Consulting,

26 2015, Katzenbach Executive Consulting, 2014, Katzenbach Executive Consulting, Zusammenfassung

27 Zusammenfassung Die Ideen von Industrie 4.0 sind richtig und werden die Zukunft bestimmen. Die Fokussierung auf das Themenfeld Produktion ist eine unnötige Einschränkung. große Potenziale Produktentwicklung und Service bieten ebenfalls erhebliche Potenziale. Die Fähigkeit der europäischen Volkswirtschaften, diese Konzepte in Produkte und Services schnell und leistungsfähig umzusetzen, wird unsere Zukunft nachhaltig beeinflussen. Ausblick Industrie 4.0 ist keine Revolution sondern eine gestaltbare Zukunftsperspektive Katzenbach Executive Consulting,

28 Inhalt Was ist Industrie 4.0? Analyse Entwicklung von Smart Products Zusammenfassung Anhang 2015 Katzenbach Executive Consulting,

29 2015, Katzenbach Executive Consulting, 2014, Katzenbach Executive Consulting, Anhang

30 Katzenbach Executive Consulting Executive Consulting Strategy Consulting and -Development Organizational Change Management IT Processes- and System Design Intercultural Cooperation Executive and Project Coaching Prof. Alfred Katzenbach Himmernstr. 18 D Gaienhofen Tel.: Mail: Web: Knowledge Management 2015 Katzenbach Executive Consulting,

31 Anregende Beispiele Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting,

32 Anregende Beispiele Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting,

33 Anregende Beispiele 2015 Katzenbach Executive Consulting,

34 Anregende Beispiele Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting,

35 Anregende Beispiele Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting,

36 Anregende Beispiele Source Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie Katzenbach Executive Consulting,

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