Produktionsarbeit 4.0 Prozesse und Arbeitsgestaltung neu denken

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1 Produktionsarbeit 4.0 Prozesse und Arbeitsgestaltung neu denken Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart Kieler Prozessmanagementforum 2014 Kiel, 19. Dezember 2014 F1

2 Profile des Fraunhofer IAO und IAT, Universität Stuttgart Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO Kooperationsvertrag Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT, Universität Stuttgart Gründung: IAO 1981 IAT 1991 Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr.-Ing. h.c. mult. Hans-Jörg Bullinger ( ) Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dieter Spath ( /2013) Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer (seit 10/2013 kommissarisch) Finanzvolumen und Mitarbeiter (2013): IAO: 25 Mio., 377 Mitarbeiter (inkl. Studenten) IAT: 8 Mio., 133 Mitarbeiter (inkl. Studenten) F2

3 Fraunhofer IAO Mit Ideen zum Erfolg F3

4 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F4

5 F5

6 Wie die Digitalisierung unsere Welt verändert E-Banking E-Health Mobile Devices Tablet E-Commerce VoIP-Software Kommunikation Social Media Smartphone s Industrie 4.0 Car2X Open Innovation Cloud Computing Smart Energy Cybercrime Digital Identity IT-Sicherheit Data Analytics Edutainment Webinare Newsletter Suchmaschinen Wikis Websites, Blogs 3D-Simulationen E-Collaboration RSS-Feeds Augmented Reality Big / Smart Data F6

7 Beispiel 1: Good Night Lamp Internet der Dinge Close family Distant Lovers Off to college Colleagues around the world Quelle: goodnightlamp.com F7

8 Beispiel 2: Sleep Sensor»Beddit«Internet der Dinge Zur Verbesserung der Schlafqualität Erfasst Atmung, Herzschlag, Bewegung, Licht und Geräuschpegel In Zusammenarbeit mit einer Schlafklinik wird ein Schlafprofil erstellt Quelle: postscapes.com F8

9 Digitalisierung und Vernetzung Das Wachstum der Datenmengen im Zeitverlauf Datenvolumen [in byte] Zetta Datenvolumen 2012: 2,8 Zettabyte Byte Prognosen für Datenvolumen 2015: 12 Zettabyte Datenvolumen 2020: 40 Zettabyte die erzeugten Datenmengen steigen exponentiell mit dem Ausmaß der Vernetzung. IoT Industrie 4.0 Cloud Computing Big Data / Datability Mobile Exa Datenmengen verdoppeln sich alle 2 Jahre Zum Vergleich: 40 Zettabytes x 57 Menge an Sandkörnern aller Strände dieser Welt Peta Tera Giga Mega Buchdruck Erster Computer Transistor Internet www Quellen: BITKOM, EMC, F9

10 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F10

11 Kurze Einführung in Industrie 4.0 Was ist Industrie 4.0? Unter dem Überbegriff»Industrie 4.0«wird die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung erwartet. Industrie 4.0 bezeichnet die echtzeitfähige, intelligente Vernetzung von Menschen, Maschinen und Objekten zum Management von Systemen. [in Anlehnung an Plattform Industrie 4.0; DB Research] Über IP-Adressen vernetzte Objekte mit eingebetteter Hard- und Software (Cyber-Physical Systems) interagieren mit ihrer Umwelt. Die sich selbst organisierende Smart Factory bildet Vision und Gegenstandsbereich; ähnlich wie Smart Mobility, Smart Logistics, Smart Grid, Smart Building, Smart Health. Nach Mechanisierung, Industrialisierung und Automatisierung wird der intelligenten Vernetzung der Industrie das Potenzial einer vierten industrielle Revolution zugetraut. F11

12 Industrie 4.0 Technologische, politische und gesellschaftliche Treiber Stärkung der internationalen Wettbew erbsfähigkeit Industrietauglicher Einsatz von CPS (und des Internets der Dinge) I4.0 Suche nach Anwendungen und neuen Geschäftsmodellen Digitalisierung der Wirtschaft, des Wissens, des Miteinanders F12

13 Industrie 4.0 als internationaler Wettbewerbsvorteil Deutsche Industrie in guter Ausgangsposition Entwicklung Anteils am globalen industriellen Wertbeitrag (MVA) einzelner Staaten [United Nations Accounts Main Database, 2014] Deutschlands Industriewertschöpfung steigt absolut, die relative Bedeutung national und international sinkt jedoch. Die deutsche Industrie ist im internationalen Vergleich sehr gut aufgestellt für die Digitalisierung industrieller Wertschöpfung. [Roland Berger, 2014] F13

14 Industrie 4.0 schürt hohe Erwartungen Hohe Effizienzsteigerungen und Investitionen werden erwartet [ingenics, 2014] Durchgängig hohe Erwartungen an Effizienzsteigerung durch Industrie 4.0 in der eigenen Produktion und über die gesamte Wertschöpfungskette. [PWC, 2014] Deutsche Unternehmen erwarten Effizienz- und Umsatzsteigerungen und planen für Industrie 4.0- Lösungen Investitionen von 40 Mrd. EUR jährlich. F14

15 Industrie 4.0 Technologische, politische und gesellschaftliche Treiber Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit Industrietauglicher Einsatz von CPS (Internet der Dinge- Technologien) I4.0 Suche nach Anwendungen und neuen Geschäftsmodellen Digitalisierung der Wirtschaft, des Wissens, des Miteinanders F15

16 Das Internet of Things (IoT) wird Realität Das Internet der Dinge ist die technische Vision, Objekte beliebiger Art in ein universales digitales Netz zu integrieren. Dabei haben die Objekte eine eindeutige Identität (smart objects) und befinden/bewegen sich in einem intelligenten Umfeld. Federal Ministry of Economics and Technology 2007 Wer kommuniziert mit wem? und warum? Machine2Machine (M2M) Person2Machine (P2M) Thing2Machine (T2M) Zur bestmöglichen Vernetzung von physischer und digitaler Welt Mehrwerte: Vereinfachung, Rationalisierung und Verbesserung des menschlichen Lebens- und Arbeitsalltags durch eingebettete Systeme. Technologische Voraussetzungen RFID-Chips = Intelligente Lokalisierungstechnik Sensoren & Aktoren Cloud Technology IPv6 Erweiterter Adressraum für smart objects Data Analytics Internetfähigkeit aller Objekte Kommunikationstechnologien: gemeinsame Standards & Schnittstellen F16

17 Duale Strategie Industrie 4.0 Positionierung der heimischen Industrie als Leitmarkt und Leitanbieter Deutschland als Leitmarkt Treiber: Internet of Things (CPS) Ziel: Steigerung der Prozesseffizienz durch Umsetzung von IoT-Anwendungsfällen Deutschland als Leitanbieter Treiber: Internet of Services Ziel: Realisierung neuer Marktchancen durch innovative Geschäftsmodelle Mobilgeräte MES Embeddeds Mobile Robotik Reifegrade digitaler Geschäftsmodelle [Accenture, 2014] Steuerungstechnik Automatisierung Momentan liegt der Schwerpunkt im Bereich Prozesseffizienz der Wettbewerb um innovative Geschäftsmodelle beginnt gerade. [Bildquellen: itizzimo, DFKI, Kuka, kiva, DHL, Uber, GE] F17

18 Industrie 4.0 Technologische, politische und gesellschaftliche Treiber Stärkung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit Industrietauglicher Einsatz von CPS (Internet der Dinge- Technologien) I4.0 Suche nach Anwendungen und neuen Geschäftsmodellen Digitalisierung der Wirtschaft, des Wissens, des Miteinanders F18

19 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Smart Factory (DFKI) F19

20 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Leichtbauroboter ohne Schutzumhausungen F20

21 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Logistikaufgaben und Störungsbehebung mit Datenbrille (Itizzimo) Video F21

22 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0»Intelligenter«Behälter (ibin, Firma Würth) F22

23 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F23

24 Der Mensch steht weiter im Mittelpunkt Erweiterte Entscheidungs- und Beteiligungsspielräume für die Beschäftigten sowie Möglichkeiten zur Belastungsregulation Physische Assistenz durch Fähigkeitsverstärker Wartungs- und Planungsassistenz: Lokationsbasiert, kontextadaptiv Menschliche Fähigkeiten: Kreativität, Intuition, Lernfähigkeit, Erfahrungswissen, Umgang mit Komplexität, Zusammenhänge erkennen Innovative Lernformen: Mobil, personalisiert, situationsadaptiv Vernetztes Arbeiten durch multimodale Mensch-Maschineund Mensch-Mensch- Interaktion F24

25 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Mitarbeiter bekommen Einsatzanfragen auf ihre mobilen Endgeräte Samstag geht leider nicht. Ich kann diesen Samstag arbeiten. Kundenauftrag: 50 Getriebe bis Montag Einsatzanfrage auf Smartphone Zusatzschicht am Samstag durchführen»meistercockpit«für Einsatzanfragen F25

26 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Ich kann diesen Samstag arbeiten. Zusagen Absagen Samstag geht leider nicht. Status der Anfragen und Rückmeldungen und entscheiden kooperativ und dezentral! F26

27 KapaflexCy-Partner BorgWarner gewinnt den Industrie 4.0- Award: Sonderpreis für innovative Arbeitsorganisation F27

28 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Anpassung der Montageinformationen an Auftrag, Produkt und Werker Umsetzungsstand: Assistenz: Auftrag steuert Anzeige des individuellen Arbeitsplans (durch RFID-Tag am Werkstückträger) Eskalation: Automatische Störungsbenachrichtigung an Line-Manager Ausblick: Individualisierung: individualisierte Anpassung der Informationsbereitstellung an Erfahrungs- und Qualifikationsstand der Mitarbeiter papierlos Check-In Produkt Check-Out Produkt Kontextbasierte Informationsbereitstellung am Arbeitsplatz und darüber hinaus durch Interaktion von Werkstückträgern, Arbeitsplatz und Mitarbeiter. F28

29 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Aktivitätsbasierte und individualisierte Beleuchtungsanpassung Exemplarischer Montageablauf: 1 2 Check-In Individuelle Einstellungen Einlegen von Material Gleichmäßige Lichtverteilung LF1+2, warmweiß, 50% LF1+2, kaltweiß, 100% Aktivitätsbasierte Beleuchtungssteuerung in Abhängigkeit von Arbeitsaufgabe, Arbeitsort und individuellen Präferenzen. F29

30 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Aktivitätsbasierte und individualisierte Beleuchtungsanpassung Exemplarischer Montageablauf: Check-In Individuelle Einstellungen Einlegen von Material Gleichmäßige Lichtverteilung Verdrahtung Konzentriertes Arbeitslicht LF1+2, warmweiß, 50% LF1+2, kaltweiß, 100% LF1, kaltweiß, 100%; LF2, kaltweiß, 30% 4 Verpackung Lichtschwerpunkt wechselt LF1+2, kaltweiß, 20%; LF4, kaltweiß, 60% Aktivitätsbasierte Beleuchtungssteuerung in Abhängigkeit von Arbeitsaufgabe, Arbeitsort und individuellen Präferenzen. F30

31 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Aktivitätsbasierte und individualisierte Beleuchtungsanpassung Exemplarischer Montageablauf: Check-In Individuelle Einstellungen Einlegen von Material Gleichmäßige Lichtverteilung Verdrahtung Konzentriertes Arbeitslicht LF1+2, warmweiß, 50% LF1+2, kaltweiß, 100% LF1, kaltweiß, 100%; LF2, kaltweiß, 30% Verpackung Lichtschwerpunkt wechselt LF1+2, kaltweiß, 20%; LF4, kaltweiß, 60% Sichtprüfung seitliches, entblendetes Licht LF1+2, kaltweiß, 20%; LF4, kaltweiß, 20%, LF3, kaltweiß,100% Zeitbezogene Änderungen Pause, Schichtwechsel, Rüsten LF1+2, kaltweiß, 20%; LF4, kaltweiß, 20%, LF3, kaltweiß,100% Aktivitätsbasierte Beleuchtungssteuerung in Abhängigkeit von Arbeitsaufgabe, Arbeitsort und individuellen Präferenzen. F31

32 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F32

33 Faktencheck Wo stehen wir heute? Zusammenfassung der wesentlichen Aussagen Die Digitalisierung der industriellen Wertschöpfung ist bereits in vollem Gang und wird immer weiter unser Leben und unsere Arbeit durchdringen. Industrie 4.0 schürt hohe Erwartungen. Die öffentliche Wahrnehmung des Themas hat sich von der Umsetzung entkoppelt. Industrie 4.0 setzt sich langsam top-down und bottom-up in den Unternehmen durch. Es gibt bereits viele gute Einzelbeispiele. Momentan liegt der Schwerpunkt auf der Umsetzung von Anwendungsfällen der Wettbewerb um innovative Geschäftsmodelle beginnt gerade. Vor allem unklarer wirtschaftlicher Nutzen und organisatorische Hemmnisse stehen heute einer flächendeckenden Realisierung von Industrie 4.0 entgegen. F33

34 Was sollten Sie heute schon tun? Empfehlungen für die Realisierung von Industrie Lernen Sie von den Erfahrungen anderer. 2. Entscheiden Sie, wann Sie das Thema»Industrie 4.0«angehen wollen. 3. Definieren Sie Handlungsfelder anhand heutiger und künftiger Probleme und Erwartungen. 4. Beteiligen und qualifizieren Sie Ihre (Produktions-)Mitarbeiter. 5. Schaffen Sie die notwendigen Voraussetzungen in den Bereichen Datenqualität und Infrastruktur. 6. Setzen Sie erste Anwendungsfälle um, an denen Sie lernen können. und fangen Sie mit 1. heute an. F34

35 »Die Fabrik der Zukunft ist genauso menschenleer wie heutige Büros papierlos sind.«[bernhard Diegner, ZVEI aus IAO-Studie»Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0«] James Thew F35

36 Innovationsnetzwerk»Produktionsarbeit 4.0«F36

37 Kontakt Dr.-Ing. Sebastian Schlund Leiter Competence Center Produktionsmanagement Fraunhofer IAO 0711 / blog.iao.fraunhofer.de F37