Industrie 4.0 Impulse für den Mittelstand

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1 Industrie 4.0 Impulse für den Mittelstand Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Fachbereich Maschinenbau Technische Universität Darmstadt Otto-Berndt-Straße Darmstadt Folie 1

2 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Bauteile als Informationsträger Sicherheitskultur 3. Wandel durch Industrie Stand der Umsetzung Plattform Industrie 4.0 BMBF und BMWi Projekte Internationaler Wettbewerb 5. Zusammenfassung Folie 2

3 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Bauteile als Informationsträger Sicherheitskultur 3. Wandel durch Industrie Stand der Umsetzung Plattform Industrie 4.0 BMBF und BMWi Projekte Internationaler Wettbewerb 5. Zusammenfassung Folie 3

4 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 4

5 Industrie 4.0 eine prägnante Einführung Industrie 4.0 Video (siehe: Quelle: acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften (Oktober 2013) Folie 5

6 Zukunftsprojekte Industrie 4.0 und Smart Service Welt Was bedeutet smart? Der Begriff smart wird als Attribut gebraucht und bedeutet soviel wie - intelligent, - klug, - pfiffig. Übertragen auf innovative Produkte zielt smart auf die Integration von Logik (z.b. als eingebettete Systeme) in Produkte. Ergänzt um Internetadressen führt dies zu Vernetzung und Kommunikationsfähigkeit und der Steuerung des Produktverhaltens. Smarte Produkte gewinnen zunehmend an Bedeutung und ihre Entwicklung wird durch die Zukunftsprojekte Industrie 4.0 und Smart Service Welt noch verstärkt. Folie 6

7 Zukunftsperspektiven durch Industrie 4.0 Industrie 4.0 basiert auf einer Verzahnung aufeinander abgestimmter Zukunftstechnologien. In der Wirtschaftswoche Nr. 20 vom 12. Mai 2014 wurden Zukunftstechnologien hinsichtlich ihrer Tendenzen zum Markt- und Jobpotenzial wie auch zur deutschen Wettbewerbsstärke eingeschätzt. Folie 7

8 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 Oktober 2014 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl 8 Folie 8

9 Ansätze für Smarte Systeme Wertschöpfung durch Funktionsintegration Wertschöpfung durch Cyber-Physische Systeme Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) Strukturüberwachung (Structural Health Monitoring) Ferndiagnose (Remote Diagnosis) Kommunizierende, selbststeuernde Systeme Fernsteuerung (Remote Control) Cyber-Physische Systeme erlauben Kommunikation, Monitoring, Steuerung Folie 9

10 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Bauteile als Informationsträger Sicherheitskultur 3. Wandel durch Industrie Stand der Umsetzung Plattform Industrie 4.0 BMBF und BMWi Projekte Internationaler Wettbewerb 5. Zusammenfassung Folie 10

11 Industrie 4.0: Cyber-Physical Systems Von Embedded Systems zu CPS und CPPS Smart Sensors Smart Systems (Smart Sensors and Actuators) Cyber Physical Systems (CPS) Cyber Physical Production Systems (CPPS) Embedded System June 10, 2014 Faculty of Mechanical Engineering Department of Computer Integrated Design Prof. Dr.-Ing. R. Anderl 11 Folie 11

12 Industrie 4.0: Cyber-Physische Systeme (CPS) 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: 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 13

14 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 14

15 Industrie 4.0: Bauteile sind Informationsträger Identifikation, Lokalisierung, Adressierung, Vernetzung Folie 15

16 Neue Herausforderungen für die Sicherheit Eine neue Sicherheitskultur führt zu vertrauenswürdigen, resilienten und gesellschaftlich akzeptierten Industrie 4.0-Systemen Quelle: These des Wissenschaftlichen Beirats Der Sicherheitskultur liegt ein ganzheitliches Konzept zugrunde und sie wird im Sinne von Safety und Security verstanden Folie 16

17 Synchroner und asynchroner Betrieb Smart Sensor Sensoren Echtzeit Synchroner Betrieb Etablierte Methoden der IT-Sicherheit Asynchroner Betrieb Internet der Daten Internet der Dienste Steuerung G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y G1 X Y Datenaustausch Kryptografie Smart Aktor Kontinuierliche Prozesse Diskrete Prozesse Aktoren Heute: Trennung von Sicherheits- und Echtzeitwelt Systeme von morgen bringen IT-Sicherheit näher an die physikalischen Prozesse Folie 17

18 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Bauteile als Informationsträger Sicherheitskultur 3. Wandel durch Industrie Stand der Umsetzung Plattform Industrie 4.0 BMBF und BMWi Projekte Internationaler Wettbewerb 5. Zusammenfassung Folie 18

19 Wertschöpfung im Produktlebenszyklus Stärken und Schwächenanalyse Datenauswertung Produktplanung Individualisierung der Anforderungsmodellierung Open Innovation Bauteilerkennung und interpretation Materialidentifikation Bauteil- und Materialverwertung Recycling Entsorung Industrie 4.0 Referenzmodell Entwicklung Konstruktion Realitätsgetreue virtuelle Modellierung Kommunikationsentwurf Systems Engineering Verhaltenssimulation und optimierung Produktbeobachtung Ferndiagnose Fernsteuerung Arbeitsvorbereitung Produktnutzung Produktion Cyber-Physische Produktionssystems (CPPS) Bauteile als Informationsträger Folie 19

20 Industrie heute und Geschäftsmodelle von morgen Traditionelle Innovationsprozesse Wertschöpfung durch Produktions- und Lieferketten Zentralisierte Planung und Steuerung Open Innovation Datengetriebene Wertschöpfung Dezentralisierung und Vernetzung Innovationsmanagement, Verwertungsrechte Verkauf von Leistung statt von Produkten, Data Analytics App-Software Marktplätze Individualisierung durch Variantenvielfalt A BC Individualisierung durch Kundeninteraktion Kundenbindung durch Kooperation Lagerhaltung Differenzierung durch Produktqualität Produktion nach Bedarf Differenzierung durch Produkt- und Dienstleistungsqualität Individualisierte Produktion neue Dienstleistungsprofile Folie 20

21 Industrie 4.0 Internetbasierte Dienstleistungen Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) Folie 21

22 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Bauteile als Informationsträger Sicherheitskultur 3. Wandel durch Industrie Stand der Umsetzung Plattform Industrie 4.0 BMBF und BMWi Projekte Internationaler Wettbewerb 5. Zusammenfassung Folie 22

23 Plattform Industrie 4.0 Quelle: Plattform Industrie 4.0 ( Folie 23

24 17 Thesen des Wissenschaftlichen Beirats June 10, 2014 Faculty of Mechanical Engineering Department of Computer Integrated Design Prof. Dr.-Ing. R. Anderl 24 Folie 24

25 Forschungsroadmap der Plattform Industrie 4.0 Folie 25

26 Förderprogramme im Kontext Industrie Projekte, davon 26 Einzelprojekte 33 Projete im Spitzencluster It s OWL 4 Projekte im ERANET-MANUNET Verbund 14 Projekte 4 Querschnittsthemen Recht IT-Sicherheit Zukunft der Arbeit Normung Folie 26

27 Effiziente Fabrik 4.0 Projektaufbau und -ziele Projektphase: Vorstudie Inhalt: Identifikation und Analyse von bereits umgesetzten Good Practice-Beispielen in der Industrie Ziel: Darstellung des Potenzials und des jeweiligen Nutzen Konzeptentwicklung Erarbeitung von Implementierungskonzepten für ausgewählte Beispiele Implementierungskonzepte für Experimentierfeld aufbauend auf CiP Aufbau Demonstrator Hard- und Softwareseitiger Aufbau der konzeptionierten Beispiele und Validierung des Nutzens Experimentierfeld in realer Produktionsumgebung Wissenstransfer Didaktische Aufbereitung der Ergebnisse. Aufbau von Kompetenzen für industrielle Partner. Durchführung einer Workshopreihe Aufbau der Fach- und Methoden-kompetenz hessischer Unternehmen Folie 27

28 Industrie Modellfabriken in Deutschland Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) Integration moderner Informations- und Kommunikationstechnik mit leistungsfähiger Automatisierungstechnik zu effizienter Produktionstechnik Erschließen der Industrie Potentiale bildet den zentralen Mehrwert für Unternehmen Folie 28

29 Der internationale Wettbewerb Folie 29

30 Industrie 4.0 Revolution oder Evolution? 1. Einführung 2. Ansätze der Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Internettechnologien Bauteile als Informationsträger Sicherheitskultur 3. Wandel durch Industrie Stand der Umsetzung Plattform Industrie 4.0 BMBF und BMWi Projekte Internationaler Wettbewerb 5. Zusammenfassung Folie 30

31 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. Industrie 4.0 erfordert noch Forschungs- und Entwicklungsinitiativen, gleichwohl sind bereits anwendbare Lösungen sichtbar. Impulse für die Industrie: Individualisierung durch Kunden- und Marktinteraktion Produktion nach Bedarf Innovative Geschäftsmodelle durch neue Produkt- und Dienstleistungsqualität Forschungsstrategie: Sicherheit und Wissensschutz für Industrie 4.0 (CASED, BMBF) Bauteile sind Informationsträger -> Smart Factory IT Industrie 4.0 -> Big Data Integration SOA mit Automation ICT Industrie 4.0 bietet für Unternehmen eine ernstzunehmende Vision, die es gilt unternehmensspezifisch zu bewerten und umzusetzen. Folie 31

32 Vielen Dank! Source: Potthast Fachschaftenkonferenz Folie 32