Profile des Fraunhofer IAO und IAT, Universität Stuttgart. Kooperationsvertrag. Gründung: IAO 1981 IAT Hans-Jörg Bullinger ( )

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1 Industrie 4.0 Vision trifft Produktionsrealität Dr.-Ing. Sebastian Schlund Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, Stuttgart Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement der Universität Stuttgart IHK Stuttgart; Schritt für Schritt in Richtung Industrie 4.0 Stuttgart, 25. Juni 2015 F1 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

2 Industrie 4.0 am Fraunhofer IAO Studien Forschung Umsetzung F3 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F4

3 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 F5 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Vernetzung - Internet of Everything - Cloud - Sensoren - Wireless and Mobile Beispiele - Soziale Netze - Industrie Connected Devices/Cars - Smart Home/Smart City/Smart Grids - Smart Mobility/Smart Services Bildquelle: Werner Sobek F6

4 Beispiel IoT: Insulin Angel Bildquelle: insulinangel.com F7 Die treibenden Kräfte der Entwicklung Data Based Systems - Autonomik - Simulation - Big Data Analytics - Bio-Informatik (extreme learning machines) - Selbstlernende Algorithmen - Sensordatenintelligenz Beispiele - Automatisiertes Fahren - Selbstlernende Roboter - Leichtbauroboter - Sprach-/Gesichtserkennung - Lab-on-Chip - Drohnen Schwarmintelligenz: 500 Roboter formen»schraubenschlüssel«el«mensch-maschine-kooperation: Robo-Assistenten stürmen Fabriken Automatisierte Luftfracht: Dronenprototypen zu Lieferzwecken M. Rubestein Harvard University F8

5 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F9 Rahmenbedingungen der Produktion Ergebnisse der IAO-Studie»Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0«Markt verlangt stärker individualisierte und kostengünstige Produkte an. Montagewirksame Varianten nehmen tendenziell zu. Ansprüche an die Flexibilität der Anlagen, der Mitarbeiter und der Materialbereitstellung nehmen zu. Akzeptierte Lieferzeiten und Bestellmengen nehmen weiter ab. Qualitätsansprüche bleiben mindestens gleich. = Komplexität Die Belegschaft wird im Durchschnitt älter. Neue Technologien und mehr»intelligenz«halten Einzug in die Fabrik. t Quellen: Fraunhofer IAO: Produktionsarbeit der Zukunft Industrie 4.0; 2013 F10

6 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) Æ Zur bestmöglichen Vernetzung von physischer und digitaler Welt Æ 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 Æ Internetfähigkeit aller Objekte Æ Kommunikationstechnologien: gemeinsame Standards & Schnittstellen F11 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 industriellen Revolution zugetraut. F12

7 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] F13 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

8 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Vernetzung von Erntemaschinen (Claas, Telekom) F15 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Vernetzung von Erntemaschinen (Claas, Telekom) F16 16

9 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Smart Factory (DFKI) F17 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0»Intelligenter«Behälter (ibin, Firma Würth) F18

10 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Leichtbauroboter ohne Schutzumhausungen F19 Mensch-Leichtbauroboter (LBR) Kollaboration gestalten Wo können LBR effizient und sinnvoll eingesetzt werden? Wo und wie können LBR effizient eingesetzt werden? Wo können mich LBR entlasten? Nimmt mir der Roboter meinen Arbeitsplatz weg? Wie kann der LBR flexibel und systemübergreifend genutzt werden? Wie sind LBR in die Arbeitsorganisation eingebunden? Wie sicher ist die Kollaboration? Wer gibt den Takt vor? Ich oder der Leichtbauroboter? Wie verändert sich mein Arbeitsplatz langfristig? Welche Möglichkeiten zur Kommunikation bleiben mir? Ist der LBR besser und/oder schneller, als ich? F20

11 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F21 Arbeitsorganisation in der Fabrik 4.0 Ganzheitliche Gestaltung von Arbeit Physische Assistenz durch Fähigkeitsverstärker Gesunde und demografiefeste Arbeitsplätze ergonomisch, sicher und alter(n)sgerecht Wartungs- und Planungsassistenz lokationsbasiert, kontextadaptiv Vernetztes Arbeiten durch multimodale Mensch-Maschine- und Mensch-Mensch-Interaktion Innovative Lernformen mobil, personalisiert, situationsadaptiv Produktionssteuerung dezentral, flexible Kapazitäten, vollständiges Produktionsbild in Echtzeit F22

12 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Smart Pick Kommissionierung mit Datenbrille Datenbrille Vuzix M100 Anwendungstest: Neue Mobile Devices im Produktionsumfeld (Datenbrille Vuzix M100 und Smart Pick Applikation) Unterstützung des Mitarbeiters durch kontextsensitive und im Blickfeld digital visualisierte Informationen (Auftragsliste, Richtungsinformationen, etc.) Hands-Free-Lösung Teile Identifikation und Buchungsvorgänge durch integrierten QR Scanner F23 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Intelligentes Arbeitsumfeld am Beispiel Licht Arbeitsort: Licht nur an Arbeitsplatz 2 Arbeitsplan: Sichtprüfen Individuum und Arbeitszeit: - Älterer Mitarbeiter in der Frühschicht - Jüngerer Mitarbeiter in der Nachtschicht Lichtintensität, Lichtfarbe und Lichtrichtung werden kontextsensitiv gesteuert: Über RFID Karten wird das individuelle Lichtprofil des Werkers geladen Über einen RFID Chip wird die Anwesenheit des Montagewagens erfasst und die Arbeitsplatzbeleuchtung gesteuert Über eine Lichtschranke wird die Entnahme des letzten Verbauteils erfasst und in die nächste Beleuchtungssituation im Arbeitsplan gewechselt (Sichtprüfung) F24

13 Umsetzungsbeispiele Industrie 4.0 Steuerung der Personalflexibilität in der Produktion Ich kann diesen Samstag arbeiten. Samstag geht leider nicht. Kundenauftrag: 50 Getriebe bis Montag Regeln des intelligenten Assistenten: wer kann, wer darf, wer soll, wer möchte arbeiten Einsatzanfrage auf Smartphone Zusatzschicht am Samstag durchführen»meistercockpit«für Einsatzanfragen F25 INHALTE Vernetzung und Digitalisierung Auswirkungen auf die Produktion und Industrie 4.0 Auswirkungen auf die Produktionsarbeit Fazit und Ausblick F26

14 Gedanken und Impulse zum Schluss 1.»Volatilität beherrschen Flexibilität gewährleisten«: Potenziale neuer Formen der Kollaboration von Menschen und Maschinen für optimierte Produktionsprozesse und effiziente Ressourcenplanung ausschöpfen. 2.»Diversität und individuelle Bedürfnisse nutzen«: Beschäftigte als zentrales Kapital industrieller Wertschöpfung zeitgemäß qualifizieren und Kompetenzen stetig ausbauen. 3.»Gestalten statt verwalten«: Tragfähige Anwendungen und Geschäftsmodelle entwickeln und deren Mehrwert herausarbeiten. 4.»Speed-up Erster sein«: Dynamik der IuK-Branche aufgreifen und auf die Produktion übertragen, um Leitmarkt und -anbieter zu sein. 5.»Die Vision von Industrie 4.0 leben«: Pionierarbeit durch Vorreiter-Unternehmen leisten und deutsche Ingenieurskunst und Gründlichkeit um zielgerichtete Umsetzungsstärke anreichern. F27 Kontakt Dr.-Ing. Sebastian Schlund Leiter Competence Center Produktionsmanagement Fraunhofer IAO 0711 / blog.iao.fraunhofer.de F28