Zukunftsprojekt Industrie 4.0

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1 Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl FG Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) FB Maschinenbau Technische Universität Darmstadt

2 Zukunftsprojekt Industrie Einführung 2. Industrielle Umsetzung von Industrie 4.0 Organisation Plattform Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlung zu Industrie Kernelemente Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 Industrie 4.0 Komponente Sicherheitskultur Umsetzungsbeispiele 4. Zusammenfassung Folie 2

3 Zukunftsprojekt Industrie Einführung 2. Industrielle Umsetzung von Industrie 4.0 Organisation Plattform Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlung zu Industrie Kernelemente Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 Industrie 4.0 Komponente Sicherheitskultur Umsetzungsbeispiele 4. Zusammenfassung Folie 3

4 Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik (1) Hypertext Vernetzte Dokumente Multimedia Vernetzte Medien Socialmedia (1) Vernetzte Menschen (1995) (1985,1997,1998) (1998) (2004) (2005) (1995) World Wide Web (1994) (1999) Java, UML, XML (2006) Web Services Web Web 1.0 Web Folie 4

5 Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik (2) Socialmedia (2) Vernetzte Unternehmen Cyber-Physical Media Vernetzte Systeme Future Media App Technologie Industrie 4.0 Komponente 5G Mobilfunk 10 Gbit/s? Web 3.0 Web A.B Web X.Y Folie 5

6 Industrie 4.0 Was ist das? Der Begriff Industrie 4.0 ist ein Wortspiel, welches aus drei Komponenten besteht: Erstens, Industrie bedeutet, dass die Initiative für die Industrie entwickelt wurde, Zweitens, das.0 deutet auf die Internettechnologie hin und beabsichtigt eine Assoziation mit der Web 1.0-, Web 2.0-, Web 3.0- und Web Technologie herzustellen, Drittens, die 4 steht für die 4. industrielle Revolution, nach - Dampf- und Wsserkraft, - Elektrizität und - Informationstechnologie, jetzt - Cyber-Physische Systeme (Vernetzung und Kommunikation) Folie 6

7 Industrie 4.0 Was ist das? Industrie 4.0 steht für die 4. industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Grundlage sind sogenannte Cyber-Physische Systeme, die bezogen auf moderne Steuerungssysteme, eingebettete Softwaresysteme und eine Internetadresse besitzen. Damit werden zukünftige Produkte und Produktionsmittel kommunikationsfähig und können flexibel vernetzt werden. Folie 7

8 Ansätze für Smarte Systeme Verbesserung der Wertschöpfung durch Funktionsintegration Weitere Verbesserung der Wertschöpfung durch Cyber-physische Systeme Aktor M Sensor Regler Adaptiver Regler Vernetzte und kommunizierende Systeme Smart Plant Smart Factory Smart City Source: TU Darmstadt, Effiziente Fabrik 4.0 Source: TU Darmstadt Smart Grid Smart Products Smart Logistics Smart Home Source: TU Darmstadt, ESE Mechanik Mechatronik Adaptronik Cyber-Physische Systeme unterstützen Vernetzung und Kommunikation Zustandsmonitoring (Condition Monitoring) System- und Strukturüberwachung (Systems and Structural Health Monitoring) Ferndiagnose und steuerung (Remote Diagnosis and Control) Objektverfolgung (Tracking and Tracing) Folie 8

9 Zukunftsprojekt Industrie Einführung 2. Industrielle Umsetzung von Industrie 4.0 Organisation Plattform Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlung zu Industrie Kernelemente Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 Industrie 4.0 Komponente Sicherheitskultur Umsetzungsbeispiele 4. Zusammenfassung Folie 9

10 Der internationale Wettbewerb Made in China 2025 Folie 10

11 Die Plattform Industrie 4.0 Folie 11

12 Aufgabenprofile der Arbeitsgruppen der Plattform Industrie 4.0 Referenzarchitekturen, Standards und Normung Forschung und Innovation Weiterentwicklung des RAMI 4.0-Models Standardisierung und internationale Kooperationen Anwendungsszenarien der Industrie 4.0 Die Zukunft begreifbar machen FuE-Roadmap und Innovationsstrategien Sicherheit vernetzter Systeme Rechtliche Rahmenbedingungen IT-Security für KMU IT-Security in der Aus- und Weiterbildung Handlungsbedarfe zu Zivilrecht und Zivilprozessrecht, IT- und Datenschutzrecht, Produkthaftungsrecht, IP-Recht sowie Arbeitsrecht Arbeit, Aus- und Weiterbildung Arbeit, Aus- und Weiterbildung in der Industrie 4.0,hierzu Handlungsbedarfe und -felder, Handlungsempfehlungen im Bereich der Qualifizierung/Bildung Folie 12

13 Aufgabenprofile der Arbeitsgruppen der Plattform Industrie 4.0 Referenzarchitekturen, Standards und Normung Forschung und Innovation Sicherheit vernetzter Systeme Rechtliche Rahmenbedingungen Arbeit, Aus- und Weiterbildung 13 Folie 13

14 Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0 Auftragsgesteuerte Produktion Wandlungsfähige Fabrik Selbstorganisierende adaptive Logistik Value Based Services Transparenz und Wandlungsfähigkeit ausgelieferter Produkte Anwenderunterstützung in der Produktion SP2 Smarte Produktentwicklung für die smarte Produktion Innovative Produktentwicklung Kreislaufwirtschaft Folie 14

15 Zukunftsprojekt Industrie Einführung 2. Industrielle Umsetzung von Industrie 4.0 Organisation Plattform Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlung zu Industrie Kernelemente Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 Industrie 4.0 Komponente Sicherheitskultur Umsetzungsbeispiele 4. Zusammenfassung Folie 15

16 Umsetzungsempfehlungen zu Industrie 4.0 Stand: 14. April 2015 Industrie 4.0 Komponente RAMI 4.0 Forschungsroadmap Folie 16

17 Referenzarchitektur für Industrie 4.0 RAMI 4.0 IPv6 URI Source: based on Umsetzungsstrategie Industrie 4.0, BITKOM, VDMA, ZVEI; April 2015 Folie 17

18 Industrie 4.0 Component VPN-Client https-server https-client Shell Administration Source: E. Tantik, DiK Header Data Management Module Sector Module 1 Module 2 Module n Internal Interface Entity Functionality Main Functionality App Sector App 1 App 2 App n Folie 18

19 Demonstrator: Robot and Webcam Visually recognize dices to be moved by robot Robot with Control-System webcam+dice Source: E. Tantik, DiK Folie 19

20 Demonstrator: Robot and Webcam Apply two identical shells to the assets Robot with Control-System webcam+dice Source: E. Tantik, DiK Folie 20

21 Demonstrator: Robot and Webcam Include asset-specific data and models Robot with Control-System webcam+dice Source: E. Tantik, DiK Folie 21

22 Demonstrator: Robot and Webcam Include asset-specific Applications Interface for External Control pattern recognition, position detection and remote control Robot with Control-System webcam+dice Source: E. Tantik, DiK Folie 22

23 Demonstrator: Robot and Webcam Initiate Communication Robot with Control-System webcam+dice Source: E. Tantik, DiK Folie 23

24 Demonstrator: Robot and Webcam Calculate relative Position of both assets Calculate Position of dice Send Command to robot for the Repositioning the dice Source: E. Tantik, DiK Folie 24

25 IUNO Nationales Referenzprojekt zur IT-Sicherheit in der Industrie 4.0 Projekt- & Wissensmanagement Beirat (BSI, Industrie, Forschung, Verbände) Use Cases Kundenindividuelle Produktion (Homag) Kundenindividuelle Produktionsprozess Produktion für intelligentes Werkstück (Losgröße Eins) Web-Plattform für Fernwartung (Bosch) Web-Plattform Gegenseitiger für ortsunabhängiger Fernwartung Zugriff (Trust Management / Trust Boundaries) Technologiedaten-Marktplatz (Trumpf) Technologiedaten-Marktplatz Austausch von Maschinendaten (Machine as a Service / DRM) Visueller Security-Leitstand (VW) Visueller Übermittlung Security-Leitstand und Darstellung von Sicherheitsinformation Nationale Referenzimplementierung Anforderungsanalyse Modelle und Spezifikationen Werkzeugkasten Folie 25

26 IUNO Anwendungsszenario: Kundenindividuelle Produktion Kundenindividuelle Produktion (sichere Prozesse) Erkennung von Anomalien in Produktionssystemen Digitale Identitäten für Produktionssysteme Sichere autonome Konfiguration von Produktionsanlagen Piraterieschutz 12. Juni 2017 Fachbereich 16 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Folie 26

27 IUNO Anwendungsszenario: Web-Plattform für Fernwartung Web-Plattform für Fernwartung (sichere Dienste) Identitätsmanagement in der Fernwartung Produktions- Public Key Infrastructure Sichere Ad-Hoc Vernetzung von Cyber-Physical Systems Trusted Computing Standards für Embedded Systems Folie 27

28 IUNO Anwendungsszenario: Technologiedatenmarktplatz Technologiedatenmarktplatz (sichere Daten) Sichere Übertragungsmedien Produktionsbezogene Kontrolle der Datennutzung Authentifizierung in Echtzeitsystemen Digital Rights Management in der Produktion Folie 28

29 IUNO Anwendungsszenario: Visueller Security-Leitstand Visueller Security-Leitstand (sichere Vernetzung) Trust Management & Boundaries für die Industrie 4.0 Sichere Hardware in Produktionssystemen Erkennung von Anomalien in Produktionssystemen Sicherer Einsatz mobiler Geräte und Datenträger in der Produktion Folie 29

30 Projekt - Effiziente Fabrik 4.0 Use Case 4 flexible intelligente Werker- Assistenzsysteme Use Case 1 Papierlose und integrierte Qualitätssicherung Bauteile sind Informationsträger einheitliches Datenmanagement Use Case 3 Zustands- und Energieverbrauchsmonitoring Use Case 2 Digitales Wertstromabbild Echtzeitfähiges Produktionscontrolling Folie 30

31 Bauteile als Informationsträger Folie 31

32 Zukunftsprojekt Industrie Einführung 2. Industrielle Umsetzung von Industrie 4.0 Organisation Plattform Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlung zu Industrie Kernelemente Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 Industrie 4.0 Komponente Sicherheitskultur Umsetzungsbeispiele 4. Zusammenfassung Folie 32

33 Zusammenfassung Industrie 4.0 gibt neue Impulse zur Entwicklung und Anwendung cyber-physischer Systeme auf dem Weg zum Internet der Dinge, der Dienste und der Daten. Impulse für die Industrie: Individualisierung Neue IKT-Infrastrukturen für vernetzte Produkte und vernetzte Produktion Innovative Geschäftsmodelle durch integrierte Produkt- und Dienstleistungsqualität Aktueller Diskussionsstand: Politik: Die Politik hat die Bedeutung von Industrie 4.0 auf Bundesebene und Landesebene erkannt und ist aktiv geworden (Plattform Industrie 4.0, IT-Gipfel, Europäische Initiativen) Wirtschaft: Die Wirtschaft hat sich über die Plattform Industrie 4.0 organisiert Gesellschaft: Wandel der Arbeitswelt! Zunehmende Digitalisierung und Informatisierung durch Industrie 4.0 erfordert Weiterbildung und Weiterqualifikation der Mitarbeiter Industrie 4.0 bietet eine ernstzunehmende Vision, die es gilt anwendungsspezifisch zu bewerten und umzusetzen. Folie 33

34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Gerne beantworte ich Ihre Fragen! Source: TU Darmstadt / kh-architekten