Herausforderungen in der Produktionstechnik

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1 Überblick Herausforderungen in der Produktionstechnik Die 4. Industrielle Revolution beginnt hier Dr.-Ing. Jochen Schlick Stellv. Forschungsbereichsleiter Innovative Fabriksysteme Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz, DFKI GmbH Wissenschaftlicher Koordinator Technologie Initiative SmartFactory KL e.v. Das Internet der Dinge Das Internet der Dinge in der Fabrik Die Demonstrationsanlagen der SmartFactory KL Zusammenfassung und Ausblick DFKI GmbH DFKI GmbH Megatrends in der Produktionstechnik Globalisierung Durchdringung mit neuen Technologien Dynamisierung der Produktlebenszyklen Herausforderungen für die Automatisierungstechnik in der Fabrik Produktentwicklung Produktion Planungsphase Gefahr der Instabilität Demografischer Wandel Ressourcenverknappung Konstruktion Inbetriebnahme Lebenszyklus Wachsende Komplexität und steigende Dynamik sind zunehmende Herausforderungen in der Produktionstechnik Integration Aufbau der Steuerungstechnik Quelle: Abele & Reinhart 2010; Bilder: Festo, BMW, Statistisches Bundesamt DFKI GmbH DFKI GmbH

2 Herausforderungen für die Automatisierungstechnik in der Fabrik Optimierungder produktiven Phase Produktion Inbetriebnahme Produktentwicklung Lebenszyklus Planungsphase Minimierung des Engineeringaufwands Konstruktion Überblick Herausforderungen in der Produktionstechnik Das Internet der Dinge Das Internet der Dinge in der Fabrik Die Demonstrationsanlagen der SmartFactory KL Zusammenfassung und Ausblick Aufbau der Steuerungstechnik Integration Komplexitätsbeherschung DFKI GmbH DFKI GmbH Internet of Things im Alltag Technologische Aspekte des Internet of Things Verknüpfung von Alltagsgegenständen mit Informationen im Internet Eindeutige maschinenlesbare Identifikation eines individuellen Gegenstands Standards zur Identifikation (z.b. QR-Code) Allgegenwärtige Vernetzung Produktscanner Technologieunabhängiger Zugriff auf das Internet und Internetserver Netzwerkkonvergenz Technologie-Abstraktion Hardwareunabhängige Bereitstellung von Software Offenheit der Kommunikation, Existenz von Sicherungsmechanismen Kontextsensitivität - Situationsbezogenheit z.b. Ort des Benutzers durch Sensoren Interessen/Intention/Aufgabe des Benutzers durch Apps Anbieten von situationsbezogenen Dienstleistungen Location Based Friend Finder Tracking & Tracing DFKI GmbH DFKI GmbH

3 Überblick Cyber-Physische Systeme - Kontextsensitivität Herausforderungen in der Produktionstechnik Das Internet der Dinge Das Internet der Dinge in der Fabrik Die Demonstrationsanlagen der SmartFactory KL Zusammenfassung und Ausblick Quelle Youtube: TED Merrill, Siftables DFKI GmbH DFKI GmbH Cyber-Physische Systeme Kooperation CPS in der Produktionstechnik -Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad-Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen Quelle Youtube: TED Merrill, Siftables Mensch-Maschine Interaktion Intelligente Assistenzsysteme Erklärungsfähige Anlagen DFKI GmbH DFKI GmbH

4 CPS in der Produktionstechnik -Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad-Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen Mensch-Maschine Interaktion Intelligente Assistenzsysteme Erklärungsfähige Anlagen DFKI GmbH Voraussetzung: Von signal- zu komponentenbezogener Betrachtung Physical Device Model Resource- Device and Energy-Model - consumption characteristics - efficiency level -... Service-Model - elementary services - working logic -... Communication-Model -layer -protocol -... Product-Data - part number - part description -... CAD-Data -mech. data - electr. data -... DFKI GmbH Von intelligenten Objekten zur intelligenten Fabrik CPS in der Produktionstechnik -Zentrale Themenfelder Intelligente Fabriken Intelligente Maschinen Intelligente Objekte DFKI GmbH Aggregationsebene Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad-Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen Mensch-Maschine Interaktion Intelligente Assistenzsysteme Erklärungsfähige Anlagen DFKI GmbH

5 Die Zukunft der Steuerungstechnik Das Produkt als Automatisierungskomponente Programming IEC IEC ERP- Domain Maintenance Domain??? Das Produkt speichert die Beschreibung seines Produktionsprozesses in seinem Produktgedächtnis. service Machine Domain service service PLC-Control electrical signals Profibus messages M R V M smart controller service M Device Domain R V service M smart µserver Individuelle Montage Individuelle Befüllung Qualitätskontrolle Past Present Future Hard-PLC BUS-PLC smart CPS Network Produktdaten dem Kunden zur Verfügung stellen Überwachung der Logistikkette DFKI GmbH DFKI GmbH CPS in der Produktionstechnik -Zentrale Themenfelder Vision: Dynamische Orchestrierung als Basis für die kontextsensitive Automatisierung Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad-Hoc Kommunikation auf IP Basis X Abstrakte Prozessbeschreibung Ressourcenschonung Liefertreue Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen Mensch-Maschine Interaktion Intelligente Assistenzsysteme Erklärungsfähige Anlagen Conveyor1.transport (lowspeed) (fullspeed) Pick&Place.insertBottom (AssemblyPlace1) (AssemblyPlace2) (AssemblyPlace3) Pick&Place.insertBoard (AssemblyPlace1) (AssemblyPlace2) (AssemblyPlace3) Pick&Place.insertCap (AssemblyPlace2) (AssemblyPlace3) (AssemblyPlace1) Camera.controlQuality AssemblyPlace1.compress AssemblyPlace2.compress AssemblyPlace3.compress DFKI GmbH DFKI GmbH

6 CPS in der Produktionstechnik -Zentrale Themenfelder Lean Engineering Komponentenbasierte Automatisierung Einfachste Rekonfiguration Kommunikation Auflösung der Kommunikationshierarchie Horizontale und Vertikale Integration Drahtlose und drahtgebundene Ad-Hoc Kommunikation auf IP Basis Kontextsensitive Automatisierung Komponenten erkennen eigene Rolle in der Gesamtanlage Dynamische Anpassung von Produktionsparametern abhängig von Umgebungseinflüssen Mensch-Maschine Interaktion Intelligente Assistenzsysteme Erklärungsfähige Anlagen AugmentedReality in der smartfactory KL Applikationsbenefits Intuitive Verbindung von Unternehmens- Informationen mit realen Anlagen Neuartige Assistenz- und Informationskonzepte in der Fabrik Kontakt: Ricardo Campos Demonstration Industrietaugliche Augmented Reality- Anwendung für den mobilen Einsatz mittels Tablet-PC Neuartiges Kommunikationskonzept in der Fabrik mittels Virtual Information Boards Integration von Echtzeit-Informationen bezüglich des aktuellen Produktions- und Anlagestatus DFKI GmbH DFKI GmbH Augmented Reality zur Unterstützung bei komplexen Tätigkeiten Überblick Herausforderungen in der Produktionstechnik Das Internet der Dinge IndustrielleUmgebung Instandhalter Virtuelle, interaktive Anleitungen vorort Werkzeuge Das Internet der Dinge in der Fabrik Die Demonstrationsanlagen der SmartFactory KL Zusammenfassung und Ausblick DFKI GmbH DFKI GmbH

7 Demonstrationsanlage der SmartFactory KL Der intelligente Schlüsselfinder als Smart Product, das seinem Besitzer per Mobilfunk bei der Schlüsselsuche hilft Demonstration: Hybride Fabrik zur Herstellung individueller Flüssigseife in der Losgröße 1 Verfahrenstechnischer Prozess Herstellerübergreifende Integration innovativer automatisierungstechnischer Komponenten Flexibles, modulares Produktionskonzept Stückgutprozess Forschungsinhalte: Intelligente Nutzerunterstützung Mobile Bedienung und Parametrierung Innovative Steuerungskonzepte und -architekturen Intelligente Inrastrukturen Kontakt: Dipl.-Wirtsch.-Ing. R. Dabelow, Dipl.-Ing. B. Kiepke; {Ruediger.Dabelow, DFKI GmbH DFKI GmbH Produktion eines intelligenten Schlüsselfinders mit RES-COM-Technologien in der Smart Factory Speichern des Auftrags am Produkt Digitales Produktgedächtnis im Rohling Eingebettetes System mit Funkmodul im Schlüssel Assemblierter intelligenter Schlüsselfinder DFKI GmbH DFKI GmbH

8 Steuerung der Anlage durch das Produkt Ein intelligenter Werkstückträger steuert aktiv den Materialfluss und die Prozessvarianten DFKI GmbH DFKI GmbH Verteilte Messpunkte kommunizieren den Ressourceneinsatz der Anlage Mobiler Zugriff auf Kenngrößen der Anlage DFKI GmbH DFKI GmbH

9 Zusammenführen von Prozessschritten und tatsächlichen Ressourceneinsatz Montage unter Einsatz von Druckluft oder Elektrizität gemäß Auftrag DFKI GmbH DFKI GmbH Die Montagestation kommuniziert mit dem in Fertigung befindlichen Produkt Das Produkt wird zum smarten Produkt DFKI GmbH DFKI GmbH

10 Verpressen und Abschluss der Montage Das Smarte Produkt ist fertiggestellt DFKI GmbH DFKI GmbH Die präzise Erfassung erlaubt die genaue Analyse des Ressourceneinsatzes der Anlage Der Ressourceneinsatz kann für jedes einzelne Produkt betrachtet werden DFKI GmbH DFKI GmbH

11 Ein Digitales Produktgedächtnis erlaubt den Vergleich von Auftrag und Ausführung DFKI GmbH DFKI GmbH Überblick Herausforderungen in der Produktionstechnik Das Internet der Dinge Das Internet der Dinge in der Fabrik Die Demonstrationsanlagen der SmartFactory KL Zusammenfassung und Ausblick DFKI GmbH DFKI GmbH

12 Die Smartfactory Das Internet der Dinge im Produktionsumfeld Ausblick: Auf dem Weg Industrie 4.0 Verknüpfung von Produkten/Maschinen mit Informationen im Internet Erfassung von Kontextinformationen Ein Netzwerk von intelligenten Objekten Situationsbezogenes Anbieten von Diensten und Dienstleistungen Vernetzung von Maschinen und Produkten im Fabrik Internet DFKI GmbH DFKI GmbH Fragen, Kommentare VIELEN DANK DFKI GmbH

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