Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution

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1 Chancen und Herausforderungen der vierten industriellen Revolution Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Fachbereich Maschinenbau Technische Universität Darmstadt Otto-Berndt-Straße Darmstadt Folie 1

2 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 2

3 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 3

4 Industrie Revolution oder Evolution?? Smartphone und Tablet als Bedieneinheit für Sensoren Pepperl+Fuchs Bosch-Rexroth in Lohr plant die Zukunft: Industrie Industrie Folie 4

5 Industrie 4.0 Erste Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) Modicon 084, Industrielle Revolution basierend auf Cyber- Physical Systems Komplexität Erste Fließbandfertigung Union Stock Yards, Industrielle Revolution Automatisierung, Einführung elektronischer Steuerungen und IT-Systeme Erster mechanischer Webstuhl Industrielle Revolution Massenproduktion Nutzung elektrischer Energie 1. Industrielle Revolution Einführung von Fertigungsmethoden Nutzung von Wasserkraft, Dampfmaschine Ende des 18. Jahrhunderts Anfang des 20. Jahrhunderts Anfang der 1970 Jahre heute Zeit Quelle: DFKI Folie 5

6 Industrie 4.0 eine prägnante Einführung Industrie 4.0 Video (siehe: Quelle: acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Oktober 2013) Folie 6

7 Die Vision von Industrie 4.0 Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Smart Factory Smart City Source: TU Darmstadt Center of Industrial Productivity Smart Grid Smart Logistics Smart Products Source: TU Darmstadt Energy Science and Eng. Smart Folie 7

8 Smart Service Welt Empfehlungen zur Implementierung der Smart Service Welt Folie 8

9 Verständnis von Industrie 4.0 Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen. Quelle: Plattform Industrie Mai 2014 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl 9 Folie 9

10 Die Vision von Industrie 4.0 Mensch und Arbeit Horizontale Integration Vertikale Integration cyber physische Systeme Internet der Dinge Internet der Daten Internet der Dienste Folie 10

11 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 11

12 Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Verständnis CPS Cyber-physische Systeme umfassen nach Lee (2010) zwei 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] Folie 12

13 Industrie 4.0: cyber-physische Systeme Kommunikation autonomer CPS Anforderungen 1. Finde eine Flasche 2. Anfahren der Flasche 3. Greifen der Flasche 4. Flasche öffnen Produktzustände: Roboter 1. Roboter an 2. Flasche erkannt 3. Flasche angefahren 4. Flasche gegriffen 5. Flasche geöffnet Produktzustände: Flasche 1. Flasche geschlossen 2. Flasche geöffnet 2. Flasche geöffnet Folie 13

14 Industrie 4.0: cyber-physische Systeme von Embedded Systems zu CPS embedded system Smart embedded system Smart and cooperative embedded system System of systems Cyber Physical systems Quelle: nach M. Broy (TU München) Folie 14

15 Power Reset 12 MHz Power Reset Power 12 MHz Power Reset Power 12 MHz Power Reset Power Industrie 4.0: cyber-physische Produktionssysteme (CPPS) Auftragsbearbeitung Auftragsbearbeitung ERP CAD Apps ERP Apps CAD FLS/MES CAP Apps FLS/ MES Apps CAP Fertigung Bus (MAP-Protokoll) Fertigung Fertigungsrechner Fertigungszellenrechner Robotik Fertigung Transport Folie 15

16 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 16

17 Industrie 4.0: Internettechnologien Das Internet der Dinge, der Dienste und Daten Das Internet der Dinge Vernetzte Objekte auf Basis von Internettechnologien Erkennung und Identifikation durch Nutzung von IPv6-Adressen (128 bit Adressraum) Vorteile: Erkennbarkeit und Lokalisierbarkeit Fähigkeit zur Kommunikation und Vernetzung Jedes physische Objekt könnte mit einer IPv6-Adresse ausgestattet werden Das Internet der Dienste Neuer Ansatz der Bereitstellung Internet basierter Dienste Konzepte: bedarfsorientierte und produktgebundene Dienstleistungen, Wissensbereitstellung und Dienste zur Steuerung des Produktverhaltens Ansätze für das Zusammenwirken von Menschen, Maschinen und Systemen und verbesserte Wertschöpfung Das Internet der Daten Daten werden über Internettechnologien gespeichert und verteilt Cyber-physische Systeme werden enorme Datenmengen erzeugen Dienste basierte Prozessorganisation Wichtig: Entwicklung einer Sicherheitskultur nachhaltige Vertrauensbasis schaffen Smart Production Procecces Smart Logistics Smart Engineering Beherrschung großer Datenmengen: Vernetzung von Produkt- und Produktionsdaten Folie 17

18 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 18

19 Industrie 4.0: Bauteile sind Informationsträger Vom Produktdatenmodell zum Bauteildatenmodell Produktdatenmodell beschreibt Produktdaten des Produktlebenszyklus derzeit von der Idee bis zum Serienanlauf wurde zur Überwindung der Heterogenität von IT-Systemen genormt (ISO STEP ) Bauteildatenmodell beschreibt Bauteildaten des Bauteillebenszyklus von seiner Materiellen Entstehung bis zum Recycling bzw. zur Entsorgung kann zu einer wichtigen Grundlage von Industrie 4.0 werden, da in ihm die Informationen strukturiert spezifiziert werden, die über Bauteile individuell Auskunft geben. Produktpräsentation Folie 19

20 Industrie 4.0 Ansatz 3: Bauteile sind Informationsträger Vom Produktdatenmodell zum Bauteildatenmodell Folie 20

21 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 21

22 Industrie 4.0: Sicherheit CPS-Schichtenmodell Wissensdiebstahl Social Engineering Phishing-Angriffe Mitarbeiter trainieren In Wissensschutz und IT-Sicherheitsmethoden Protokollanalyse Denial-of-Service Angriff Netzwerkinfiltration Mittelsmann-Angriff Unverschlüsselte Datenverbindungen Absicherung durch Firewalls Network-Intrusion Detection Datenverbindungen verschlüsseln Seitenkanalangriffe Hardwareschutz nach den Common Criteria der IT-Security Evaluation Logik-Analyse Signalaufzeichnung Manipulation aktiver Komponenten Malware Schutzsoftware Virenschutz Schadsoftware Viren, Trojaner Dekompilierung Injektion von Schadcode Änderung von Speicherinhalten Sandbox, Speicherintegritätsprüfung Disassemblierung Reverse Engineering Ressourcen-Verschlüsselung Verschleierung und Abschirmung von Signalleitungen Integritäts- und Plausibilitätsprüfung von aktiven Komponenten Folie 22

23 Use Case 3D Drucker (FDM-Verfahren) Folie 23

24 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 24

25 Plattform Industrie 4.0 Quelle: Plattform Industrie 4.0 ( Folie 25

26 17 Thesen des Wissenschaftlichen Beirats (1) Folie 26

27 17 Thesen des Wissenschaftlichen Beirats (2) Folie 27

28 17 Thesen des Wissenschaftlichen Beirats (3) Folie 28

29 Forschungsroadmap der Plattform Industrie 4.0 Folie 29

30 Plattform Industrie 4.0: Themen Die Plattform Industrie 4.0 arbeitet derzeit intensiv an den Themen: Normen & Standards Geschäftsmodelle Sicherheit Mensch & Arbeit Rechtsrahmen Forschung & Innovation Quelle: Plattform Industrie 4.0 ( Folie 30

31 Plattform Industrie 4.0: Anwendungsszenarien Vor dem Hintergrund der Chancen wurden Anwendungsszenarien entwickelt, die von besonderer Bedeutung sind: Die resiliente Fabrik Marktplatz für Technologiedaten Intelligentes Instandhaltungsmanagement Selbstorgansierende adaptive Logistik Kundenintegriertes Engineering Nachhaltigkeit durch Up-Cycling Smart Factory Architecture Vernetzte Produktion Quelle: Plattform Industrie 4.0 ( Folie 31

32 Industrie Revolution oder Evolution?? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Internet der Dinge Internet der Dienste Internet der Daten Bauteile sind Informationsträger Sicherheit 3. Plattform Industrie Zusammenfassung Folie 32

33 Zusammenfassung Industrie 4.0 gibt neue Impulse zur Entwicklung und Anwendung von cyberphysischen Systemen auf dem Weg zum Internet der Dinge, der Dienste und der Daten. Die Plattform Industrie 4.0 hat die Bedeutung der neuen Ansätze basierend auf durch Internet-Technologien vernetzten cyber-physischen Systemen erkannt und ist durch die Einrichtung von Arbeitskreisen initiativ geworden. Industrie 4.0 erfordert noch Forschungs- und Entwicklungsinitiativen, gleichwohl sind bereits anwendbare Lösungen sichtbar. Revolution oder Evolution? Industrie 4.0 bietet für Unternehmen eine ernstzunehmende Vision, die es gilt unternehmensspezifisch zu bewerten und umzusetzen. Folie 33

34 Vielen Dank! Source: Potthast Fachschaftenkonferenz Folie 34