Willkommen in der Zukunft der neuen industriellen Produktion - Industrie

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1 Willkommen in der Zukunft der neuen industriellen Produktion - Industrie

2 Die vier Unternehmensplattformen von BELDEN Broadcast Solutions Enterprise Connectivity Solutions Industrial Connectivity Solutions Industrial IT Solutions Broadcast Kameras Rundfunkübertragung Live-Produktionssysteme Broadcast Steckverbinder Breitband Verbindungstechnik Playout-Systeme Schaltschränke und Gehäuse Rechenzentren Kupfer- und LWL- Verkabelung Ethernet-, LWL- und Koaxialverkabelung Steckverbinder Industriekabel Patchkabel Verteilerboxen Maßgeschneiderte Verkabelungslösungen Ethernet-Switches und Router Wireless Access Points Netzwerksicherheit Netzwerkmanagement- Software 2015 Belden Inc. 2

3 1. Die Entwicklung des Internets Im Jahr % der Bevölkerung der Welt nutzen die Internet 1 1 Mio. Nutzer auf Facebook 2 Es gibt keine Smartphones, Tablets usw. Papst Wahl 2005 Source: Spiegel Sources: 1 Statista 2 Yahoo 2015 Belden Inc. 3

4 2. Die Entwicklung des Internets Heute 15 40% der Weltbevölkerung nutzen das Internet derzeit 1 1 Mio. 18 Milliarden vernetzte Geräte 2 30 Milliarden Nachrichten pro Tag auf Whatsapp 3 1,4 Milliarden Nutzer auf Facebook 4 Papstwahl 2013 Source: Spiegel Sources: 1 Internetlivestats 2 Siemens 3 CHIP 4 Yahoo 2015 Belden Inc. 4

5 3. Die Entwicklung des Internets Vorhersagen für % der Weltbevölkerung werden das Internet verwenden 1 18 Mrd. Mehr als 50 Milliarden verbundene & interaktive Geräte 2 Intelligente Lösungen im Bereich von: Medicine Industry Living Energy Source: 1 statista.com 2 Microsoft 2015 Belden Inc. 5

6 Was ist Industrie 4.0? Industry 4.0 = 4. Industrielle Revolution Deutsche Initiative von Branchenverbände wie Bitkom, VDMA, ZVEI und SmartFactory KL Vernetzung aller Maschinen, Produkten, Prozessen und IT-Systeme in einer intelligenten Fabrik (Smart Factory) Industrielle Vernetzung im produzierenden Gewerbe Individualisierung, hoch-flexibel, hoch-produktiv (bis zu +50%), ressourcenschonend (bis zu -50%), bedarfsorientiert in Echtzeit, intelligente Produktion & Produkt Source: Stgt.-Zeitung Es kommen Techniken zum Einsatz, die auch bei Internet der Dinge zu finden sind 2015 Belden Inc. 6

7 Koalitionsvertrag Belden Inc. 7

8 Was ist: Internet der Dinge / Internet of Things (IoT)? In den USA geprägter Begriff Vernetzung jedweder Systeme, Geräte und Dinge auch außerhalb der Industrie Neue Systeme und Produkte die es zuvor nicht gab (Bsp. Google Glass) Synonym zu Ind. 4.0: Industrial Internet of Things (IIoT) Der Begriff Internet of Everything geprägt durch CISCO (Kommunikation: jeder-mit-jedem / immer-und-jederzeit) 2015 Belden Inc. 8

9 Daten in der Fertigung 99% Sammeln Daten während des Fertigungsprozesses 30% Nutzen diese für Diagnose- und Analysezwecke 13% Nutzen diese für bevorstehende Wartungen 3% Nutzen diese als Feedbackparameter zur prozessbasierten Fertigungssteuerung! Quelle: Gartner, Belden Inc. 9

10 Welche Aktivitäten sind erforderlich, um Industrie 4.0 schnellst möglichst zum Erfolg zu führen? Pilot Applikationen von Industrie 4.0 Technologien in realer Industrieumgebung Anpassung von Ausbildung und Studieninhalten Standardisierung Stärkeres Bewusstsein für IT Sicherheit Ausbau der IT Infrastruktur in Unternehmen Source: VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) 2015 Belden Inc. 10

11 Welche Vor- und Nachteile hat der Produktionsstandort Deutschland? Vorteil (+2) bis Nachteil (-2) Qualität der Ausbildung Hoher Automatisierungsgrad Stabile Sozialsysteme Funktionierende Logistikketten Vorhandende Infrastruktur Verfügbarkeit von Fachkräften Source: VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) 2015 Belden Inc. 11

12 Aktuelle Trends in der Feldebene Echtzeitkommunikation Ausfallsicher Plug & Play Gewichts- und Verteilte Redundanz Flexibler Größenreduzierung Steuerungsaufgaben Kommunikations- Einsatz Hybrid Funktionen Ind. Ethernet zellen Mehr Geräte Kostenreduzierung Modularität Feldebene 2015 Belden Inc. 12

13 Aktuelle Trends in den höheren Ebenen Managementfunktionen 1000 Gbit/s Zeitsynchronisierung Vertraulichkeit Analysemöglichkeit WAN Echtzeitkommunikation Integrität Netzmanagement Wire / Wireless Neue IEEE Standards Verbindlichkeit Redundanz Kommunikationszellen Verschlüsselung Intelligenz Effizienz 0 Höhere Ebenen Steuerungs- Prozess- Unternehmensebene Modularität Verfügbarkeit Feldebene 2015 Belden Inc. 13

14 Industrie 4.0 Industrie 4.0 Zusammenführung von intelligenter Produktionstechnik und modernster Informations- und Kommunikationstechnik Leistungsfähige Kommunikationstechnik und hohe Datensicherheit (Security) ist Voraussetzung für Industrie 4.0 Kommunikationstechnik wird benötigt Innerhalb der Fabrik (LAN & WLAN) / Aus der Fabrik nach außen (WAN) Anforderungen an die Kommunikationstechnik - Datensicherheit Große Anzahl vernetzten Geräten Große Datenmengen Echtzeit-Verhalten Höchste Zuverlässigkeit Standardisierung Modularisierung Quelle: DFKI 2011 Ende 19. Jh. Ende 20. Jh. Beginn 1970 heute &morgen Prozesse 2015 Belden Inc. belden.com 14 flexibel in Echtzeit Ressourcen nach Prognosen nach Verbrauch auftragsbezogen

15 Industrie Die Automatisierungspyramide ändert sich! Heute Morgen Neue Services sec Überwachung, Planung & Diagnose Starre Struktur Enterprise Level (ERP) Process Management Level (MES, SCADA) Control Level (PLC, HMI) 20 % Flexible Struktur ms PLC Field Level (Sensors, Actors) IP 67 Sensor Actuator 80 % Field Level (Sensors, Actors) Verteile Steuerungen µs THS 2015Jul Belden Inc. 15

16 Industrie 4.0 Netzwerk Topologie Remote Locations Intern Rechenzentrum Extern Wide Area Network WAN (Internet, Provider Netz, Privates WAN) Server- Cloud High Speed Echtzeit Netzwerk LAN Firewall Feldebene Router WLAN AP Fertigungszelle Sternförmig verkabelt Fertigungszelle Linienförmig verkabelt Fertigungszelle Ringförmig verkabelt Switch 2015 Belden Inc. 16

17 Vorteile von Industrie 4.0 Hochflexible Fertigung kleiner Losgrößen, ohne Steigerung des manuellen Arbeitsaufwands oder der Durchlaufzeit Größere Individualisierbarkeit der Produkte Beherrschung verkürzter Produktlebenszyklen Größere Freiheit bei Maschinenwahl bezogen auf die Hersteller und flexible Orchestrierung der Maschinen Dynamisierung der Wertschöpfungskette Signifikante Kosten- und Zeitersparnisse bei Wartungs- und Instandhaltungsvorgängen Bessere Unterstützung des Werkers und flexiblerer Personaleinsatz Hohe Flexibilität und Effizienz Hohe Qualität und Günstiger Preis Höhere Verfügbarkeit Bessere Ausnutzung von Ressourcen Erhöhen ihre Wettbewerbschancen & -vorteile 2015 Belden Inc. 17

18 Datensicherheit: Situation in der Prozess- und Fabrikautomation Ehemals separierte Netze sollen in das Gesamtnetzwerk integriert werden, um die Vernetzung von Planung und Produktion zu verbessern Die Produktionsnetze sind flach aufgebaut oder die Subnetzadressen passen nicht ins IP-Konzept Wartungspersonal von Fremdfirmen stöpselt sich ungehindert auf die Maschinen bzw. in die Netze (Remote Zugriffe) Es bestehen Garantie-/Gewährleistungsansprüche bzgl. der Verfügbarkeit der Anlage. Das bedeutet, Eingriffe des Kunden in die Anlage sollten möglichst unterbunden werden Software Updates und Patchen sind schwer oder gar nicht umsetzbar (siehe XP- Problematik) Netzwerk basiert auf betagte und bewährten Standard-Produkte (Hardware, Betriebssysteme und Protokolle) Wartungsfenster sind nur eingeschränkt verfügbar Die Umsetzung von Industrial IT Security ist meist unterentwickelt 2015 Belden Inc. 18

19 House of Security 2015 Belden Inc. 19

20 Security Hardware Spezielles Design der elektr. Komponenten und PCB für raue Umgebungsbedingungen Redundantes Design Hohe MTBF-Werte (Mean Time Between Failures): >30 Jahre Kein Ausfall während der Betriebsdauer & Garantierten Langzeit- Verfügbarkeit Vollständiges Metallgehäuse Äußerst zuverlässig gegen äußeren mechanischen Einfluss DIN-Hutschienenmontage oder Wandmontage Frei in der Auswahl des Einsatzortes /schneller Tausch / Kompakt Hohe Vibrationsanforderung und Zulassungen erfüllen Lüfter los Kein mechanisches, bewegliches Bauteil -> hohe Funktionssicherheit Wo keine Lüfter sind, können auch keine Ausfallen Relaiskontakte / I/O Ein-/Ausgänge -> Low cost Firewall für 30??? 2015 Belden Inc. 20

21 Projekte: Industrie Belden Inc. 21

22 Industrie 4.0: Vernetzte Fertigung Schrauben M8 bestellen Kundenauftrag: 500 Stück bis Mittwoch Magazin leer, auffüllen Geänderte Takt Zahl Keine Kapazität bis Mittwoch Kapazität frei bis Mittwoch Inspektion diese Woche durchführen 2015 Belden Inc. 22

23 Partner der Industrie 4.0 Demoanlage der Quelle: SmartFactory KL 2015 Belden Inc. 23

24 Die Industrie 4.0 Demoanlage der mit einem Beitrag von Belden/Hirschman Quelle: SmartFactory KL 2015 Belden Inc. 24

25 Die Industrie 4.0 Demoanlage der mit einem Beitrag von BELDEN Hot Swap ping Quelle: SmartFactory KL 2015 Belden Inc. 25

26 Szenario der Produktionsanlage (I) Quelle: SmartFactory KL 2015 Belden Inc. 26

27 Szenario der Produktionsanlage (II) I I I I Produkt: Dringender Auftrag: Nr.: 27653! Quelle: SmartFactory KL 2015 Belden Inc. 27

28 Die Industrie 4.0 Demoanlage der mit einem Beitrag von BELDEN Quelle: SmartFactory KL 2015 Belden Inc. 28

29 Funktionen der Infrastrukturbox Industrielle Vernetzung mit Ethernet Firewall Kabellösungen Management OPC-UA Server Energieversorgung Druckluft Energiedatenerfassung Safety Not-Aus Überspannungsschutz Topologie Erkennung 2015 Belden Inc. 29

30 Infrastrukturbox Belden / Weidmüller Stand 2015 Vier neue Boxen von: Belden/Weidmüller Cisco/TE Harting Phoenix Belden/Weidmüller 2015 Belden Inc. 30

31 Anforderungen an die Fertigung von Hirschmann Durch die vers. Applikationen im industriellen Umfeld gibt es einen großen Bedarf an individuelle HW- & SW-Lösungen Forderung nach maßgeschneiderte Lösung: Offene Software- & Hardware-Plattform Mehrere 1000 vers. Varianten (Switch / Security / WLAN / I/O Module / Kabel / Stecker etc.) Auswahl: Einfach zu bedienende Konfiguratoren Stückzahl: 1 bis mehrere 1000 Lieferbar innerhalb weniger Arbeitstage (kein Lagerbestand) Keine Mindestbestellmenge Fertigung nach den Prinzipien von Industrie Belden Inc. 31

32 Lösung: Industrie 4.0 in der Fertigung von Hirschmann Kundenspezifische Aufträge Variable Losgrößen: 1 bis xxxx Hohe Qualität Einsparung von Kosten Schnelle Reaktion auf Kundenbedürfnisse Durchgängige Daten Flexible Wartung und Instanthaltung Flexibler Personaleinsatz Prozess- und Datentransparenz Neue Geschäftsfelder Flexible, individuelle und schnelle Produktion Bessere Ausnutzung der Ressourcen & Planung 100% Funktionskontrolle und Burn-in Tests Permanenter Verbesserungsprozess Hoher Vernetzungsgrad Hoher Vernetzungsgrad Dynamischer Fertigungsprozess Dynamischer Prozesssteuerung Standardisierung und Vernetzung Einfache Integration unterschiedlicher Features 2015 Belden Inc. 32

33 Weitere Projekte Industrie 4.0 (I) Individuelle Möbel, Maßanzüge, Müsli oder Sportschuhe die im Fachgeschäft produziert werden Selbstlernende Feldgeräte die aus den Fehlern anderer Feldgeräte lernen, und diesen Fehler zeitnah an allen Geräten des gleichen Typs weitergeben, um ihn automatisch zu beheben Montage zweier völlig unterschiedliche Produkte (eine Fernbedienung sowie Elektronikkomponenten für Smart Meter mit bis zu 16 verschiedenen Varianten) HMI plant Google das modulare Smartphone Ara. Der Kunde soll sich sein Smartphone mit Hardwaremodulen vers. Features und Personalisierungsmöglichkeiten selbst zusammenstellen können 2015 Belden Inc. 33

34 Weitere Projekte Industrie 4.0 (II) Local Motors zeigte im Rahmen der North American International Auto Show 2015, dass ein fahrtüchtiges Elektroauto zu großen Teilen aus einem 3D-Drucker kommen kann Der Druckvorgang dauerte 44 Stunden, und soll laut Hersteller auf einen Tag reduziert werden 2015 Belden Inc. 34

35 Zusammenfassung Mit der zunehmenden Vernetzung und dem Austausch großer Datenmengen in der Industrie 4.0 steigen auch die Sicherheitsanforderungen Industrie 4.0 wird die horizontale und vertikale Vernetzung weiter über Abteilungsgrenzen, Organisations-, Firmen- und Ländergrenzen hinweg forcieren und dadurch neue ganzheitliche Securitykonzepte erfordern Hirschmann / Belden beteiligt sich in aktiver Mitarbeit in den führenden Gremien u.a. zu Industrie 4.0 Der Erfolg der Industrie 4.0 Konzepte hängt auch von der Leistungsfähigkeit der Kommunikationstechnik ab. Kann die Kommunikationsinfrastruktur die anspruchsvollen Anforderungen nicht erfüllen, dann sind viele Anwendungen nicht so umsetzbar wie geplant Die noch offenen Lücken können geschlossen werden Viele neue Kommunikationstechnologien sind bereits in der Definition bzw. in der Entwicklung 2015 Belden Inc. 35

36 2015 Belden Inc. 36 Thomas Schramm Senior Consultant Belden Electronics GmbH Stuttgarter Straße 45 & Neckartenzlingen Tel.: +49 (7127)