Plattform Industrie 4.0

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1 Plattform Industrie 4.0 Gesamtüberblick Stand Dr. Bernhard Diegner

2 Gliederung 1. Begriff Industrie Zukunftsprojekt Industrie Plattform Industrie 4.0 Ziele Aufbau, Aufgaben und Arbeitsweise der Gremien und der Geschäftsstelle Vernetzung 2

3 1. Begriff Industrie 4.0 Quelle: Ampere ZVEI

4 Die industriellen Revolutionen und ihre Treiber Industrielle Revolutionen waren immer auch Revolutionen der Arbeitsorganisation! Industrie 4.0 4

5 Innovationstreiber sind zwei konvergente Technologieentwicklungen Internet der Dienste und Daten + Internet der Dinge Big Data, Cloud Computing, Smart Devices 1 Benutzer, viele Computer Internet, PC, Data Warehouses 1 Benutzer, 1 Computer Zentralrechner viele Benutzer, 1 Computer Cyber-Physical Systems (CPS) + Vernetzung mit Internet + Vernetzung untereinander (M2M) + semantische Beschreibung Embedded Systems (ES) + Sensorik, Aktorik + Integration hochleistungsfähiger Kleinstcomputer Physikalische Objekte, Geräte, Quelle: Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft 5

6 Definition Cyber-Physical Systems (FU/acatech) CYBER-PHYSICAL SYSTEMS (CPS) umfassen eingebettete Systeme, Produktions-, Logistik-, Engineering-, Koordinations- und Managementprozesse sowie Internetdienste, die mittels Sensoren unmittelbar physikalische Daten erfassen und mittels Aktoren auf physikalische Vorgänge einwirken, mittels digitaler Netze untereinander verbunden sind, weltweit verfügbare Daten und Dienste nutzen und über multimodale Mensch-Maschine- Schnittstellen verfügen. Cyber-Physical Systems sind offene soziotechnische Systeme und ermöglichen eine Reihe von neuartigen Funktionen, Diensten und Eigenschaften. Quelle: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Forschungsunion, acatech

7 Darstellung angelehnt an: Promotorengruppe Kommunikation der Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft Physische Welt und Internet verschmelzen durch / in Cyber-Physical Systems (CPS) INTERNET DER DIENSTE Business Kultur CPS Querschnittsthemen des IoS, die für alle Bedarfsfelder gelten: Sicherheit, Semantische Technologien, Cloud Computing, Betreiberplattformen, Intelligente Dinge und Lösungen: SmartX Industrie Energie Smart Factory Smart Grid INDUSTRIE 4.0 Mobilität Smart Mobility Gesundheit Smart Health Wohnen Smart Home CPS Querschnittsthemen des IoT, die für alle Bedarfsfelder gelten: Sicherheit, Standards & Normen, Systems Engineering, Mikroelektronik & Embedded Software, INTERNET DER DINGE 7

8 Definition Industrie 4.0 (FU/acatech) Industrie 4.0 meint im Kern die technische Integration von Cyber-Physical Systems in die Produktion und die Logistik sowie die Anwendung des Internets der Dinge und Dienste in industriellen Prozessen einschließlich der sich daraus ergebenden Konsequenzen für die Wertschöpfung, die Geschäftsmodelle sowie die nachgelagerten Dienstleistungen und die Arbeitsorganisation. Quelle: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Forschungsunion, acatech

9 Definition Industrie 4.0 (Plattform I40) 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 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: Lenkungskreis der Plattform I40 9

10 Paradigmenwechsel kennzeichnen die Produktion in Industrie 4.0 zentrale Steuerung starr, komplex Entscheidungen deterministisch etablierte Wertschöpfungsketten vorgeplant betriebene Produktionssysteme Erweiterung durch Upscaling 3.0 Werkstücke/Produkte sind passive Objekte der Bearbeitung starre Anwesenheit der Mitarbeiter dezentrale Selbstorganisation durch Ad-hoc-Vernetzung 4.0 Entscheidungen kontextabhängig, auf Basis von Echtzeitsimulationen virtuelle Ad-hoc-Organisationen, Wertschöpfungsnetze autonome, sich selbst organisierende Produktionseinheiten Erweiterung durch Upnumbering (Modularisierung) intelligente Werkstücke/Produkte unterstützen aktiv den Produktionsprozess flexibler Einsatz der Mitarbeiter (Verfügbarkeitskalender, Expertisenkataloge) Auflösung der klassischen Branchengrenzen

11 Chancen im Internet der Dinge, Dienste und Daten Internet der Dienste und Daten wird zum Interaktion zwischen Menschen Domänenspezifische Wertschöpfungsketten Produkte hardwarebestimmt Proprietäre Standards 3.0 Reine Produktanbieter Geschlossene Systeme und Geschäftsmodelle Hohe Eintrittsbarrieren für neue Unternehmen Internet der Dinge, Dienste und Daten 4.0 Interaktion zwischen autonom handelnden Maschinen Domänenübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke Produkte und Lösungen softwaregetrieben Offene Schnittstellen Lösungs- und (Mehrwert)Dienstanbieter Offene Plattformen mit transparenten Architekturen Niedrige Eintrittsbarrieren und neue Andockpunkte, neue innovative Geschäftsmodelle 11

12 Zusätzliches Wertschöpfungspotenzial ausgewählter Branchen durch Industrie 4.0 bis ,7 % zusätzliches Wachstum p.a. Quelle: Fraunhofer IAO / BITKOM

13 Industrie 4.0 Warum Deutschland? Deutschland ist führend in Embedded Systems führend in Industrial IT / Automatisierungstechnik führend im Maschinen- und Anlagenbau Fabrikausrüster der Welt gut in der Entwicklung und Einführung hochkomplexer Systeme und Infrastrukturen Deutschland hat hochqualifizierte Arbeitskräfte und leistungsfähige Forschungseinrichtungen vor Ort (fast) komplette Wertschöpfungsketten und deren Know-how, und Tradition in unternehmensübergreifender Zusammenarbeit Wenn wir es nicht tun, tun es andere 13

14 Wettbewerbsposition Deutschlands in Industrie-Technologien Quelle: McKinsey/WirtschaftsWoche Nr

15 Wettbewerbsposition Deutschlands in ITK-Technologien Quelle: McKinsey/WirtschaftsWoche Nr

16 Quelle: Computer Sciences Corporation 2012 Industrie 4.0 erzeugt Big Data Riesige Mengen wenig strukturierter, nicht direkt zusammenhängender, nicht im selben Format vorliegender, oft in Clouds interagierender Daten > 1/3 davon..in der Cloud 1 ZB = 1 Mrd. TB Wem gehören die gelieferten und wem die abgeleiteten Daten? Wer macht das Geschäft? Analyse und Fusion der Daten führt zu neuen Erkenntnissen (und Geschäften!) 16

17 Industrie 4.0 bedeutet eine Evolution in der Technik bedeutet eine Revolution in den Geschäftsprozessen und Geschäftsmodellen Vorstandskreis der Plattform Industrie 4.0: Denkweise etablieren, bei der nicht primär die Frage nach neuen Produkten, sondern die nach innovativen Geschäftsmodellen im Vordergrund steht. Intellektuelle Infrastruktur schaffen, damit Ideen entstehen. Mit I40-Häusern Kollaborationszentren schaffen, wo Unternehmen zusammen kommen und lernen können, in Geschäftsmodellen und Wertschöpfungsnetzwerken zu denken. 17

18 Industrie Merkmale Horizontale Integration über Firmengrenzen hinweg zu (global verteilten) Wertschöpfungsnetzwerken Vertikale Integration flexibler, rekonfigurierbarer Produktionssysteme im Unternehmen Digital durchgängiges Engineering über das Produktionssystem und die gesamte Wertschöpfungskette des Produkts hinweg Zeitliche Integration in vorhandene Systeme ZP Industrie

19 Herausforderung für die Automation: Paradigmenwechsel ERP verteiltes ERP? verteiltes MES? MES SCADA SPS HMI Ablösung der klassischen Automatisierungspyramide durch vernetzte, dezentral organisierte bzw. (teilweise) selbstorganisierende Dienste. Quelle: GMA

20 Herausforderungen für die Sicherheit Integrierte Sicherheitskonzepte, -architekturen und standards (security by design) Angriffs- und Betriebssicherheit in prinzipiell offenen und kooperierenden Teilsystemen verschiedener Hersteller, Betreiber, Dienstleister und Kunden Eindeutige und sichere Identitätsnachweise für Produkte, Prozesse und Maschinen Knowhow-Schutz, Datenschutz Bewertung von Sicherheit aus betriebswirtschaftlicher Perspektive (Kosten/Nutzen) Benutzerfreundliche Sicherheitslösungen Aus- und Weiterbildung, Mitarbeiterverhalten Migrationsstrategien von Industrie 3.0 zu Industrie 4.0 sichere Verbindung zwischen Anwendungen über möglicherweise unsichere Netze 20

21 Herausforderungen für die Hardware der Cyber Physical Systems Sensoren/Aktoren mit hoher Leistung und minimaler Leistungsaufnahme Prozessoren und Speicher mit hoher Leistung und minimaler Leistungsaufnahme Low Power Communication Embedded Security Im Internet der Dinge sollten die Dinge möglichst sicher sein, denn das Internet wird es wohl nicht Energy Harvesting mit höchstmöglicher Ausbeute Energiespeicher mit geringstmöglicher Selbstentladung Leistungsarme Displays klein energieautark sicher robust kostengünstig 21

22 Herausforderungen einer Referenzarchitektur Standards zur Festlegung der Mechanismen der Zusammenarbeit und der auszutauschenden Informationen Referenzarchitektur: technische Beschreibung und Umsetzung solcher Festlegungen in Form von Software-Applikationen und Software-Services Integration verschiedener Perspektiven des Herstellungsprozesses (Bearbeitungsschritte und Transportfunktionen) der vernetzten Geräte eines Produktionssystems (Feldgeräte, SPS, Bediengeräte, ) der Software-Anwendungen (Produktionssoftware, Managementsoftware ) des Engineerings des Produktionssystems (PLM) Einordnung vorhandener Standards, Werterhalt der installierten Basis 22

23 Zusammenführen verschiedener Sichtenweisen und Paradigmen Elektronik, Maschinenbau Business IT, Bürosoftware ITK-Wirtschaft Architektursicht, SOA Top-down-Standardisierung, Konsortialstandards Große Hersteller, Weltmarktführer in USA ITK-Wirtschaft Industrial IT, Steuerungssoftware Industrieautomation Hardwaresicht, Embedded Software, Echtzeit, funktionale Sicherheit Bottom-up-Standardisierung, konsensbasierte Standards & Normen Große Hersteller und Mittelständler, Weltmarktführer in DE 23

24 Herausforderungen für das Internet der Dinge, Dienste und Daten Aufbau von Wertschöpfungsnetzen und Wirtschaftsplattformen Vielfalt in Kompetenzen, Größen und Rollen KMU als Intermediäre, Innovatoren und Integratoren mit Nähe zum Nutzer Integrierte Produkt- und Lebenszyklusmodelle von CPS-Komponenten mit unterschiedlicher Dynamik Vielgestaltige integrierte Geschäftsmodelle Data to Business Nutzenversprechen neue Ausrichtung an vielfältigen Werten der Kunden (z.b. QoS) Fragen der Ertragsaufteilung und des Return on Investment in verteilten Investitions- und Ertragsmodellen Rechtsrahmen Haftungsfragen, Zertifizierung, IPR ZP Smart Service Welt - Internetbasierte Dienste für die Wirtschaft 24

25 Herausforderungen für Aus- und Weiterbildung und Studium Ziel: Erwerb und Erhalt beruflicher Handlungskompetenz Fokus: Fach- und Methodenkompetenz mit Schwerpunkten auf IT, Systemorientierung und Beherrschung von Komplexität Thesen: Ausbildungsberufe und Studiengänge, Weiterbildungsprofile und -methoden sind vorhanden. Es fehlen teilweise noch Inhalte, Vermittlungstools und die realen Einsatzgebiete. Weiterbildung als Königsweg - permanent, in Arbeitsprozessen, selbstgesteuert, unterstützt durch kontextsensitive Assistenzsysteme und Expertennetzwerke Ingenieurstudium: Herausforderung Systems Engineering. Fachliche Grundlagen: interdisziplinäre Verknüpfung von Elektro- und Informationstechnik, Mechatronik, Informatik, Maschinenbau. 25

26 2. Zukunftsprojekt Industrie 4.0

27 Vorgeschichte des ZP Industrie 4.0 Technische Vorarbeiten: Nationale Roadmap Embedded Systems (ZVEI 2009) Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems (acatech 2012) Arbeitskreis Industrie 4.0 der Forschungsunion (01/ /2013) Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 (Forschungsunion / acatech 2013) Politische Aktionen: BReg: Industrie 4.0 als Zukunftsprojekt der Hightech-Strategie mit max. 200 M Förderung bis 2015 BMBF: mehrere Förderbekanntmachungen, Spitzencluster it s OWL BMWi: Förderprogramme Autonomik und Autonomik für Industrie

28 Abschlussbericht AK Industrie 4.0 der Forschungsunion: Handlungsbedarf in 8 Feldern Standardisierung und Referenzarchitektur Beherrschung komplexer Systeme Flächendeckende Breitbandinfrastruktur für die Industrie Sicherheit Arbeitsorganisation und gestaltung Aus- und Weiterbildung Rechtliche Rahmenbedingungen Ressourceneffizienz Empfehlung: Weiterführung der Arbeiten auf Verbändeplattform! 28

29 BITKOM, VDMA, ZVEI = Ausrüster der Industrie 4.0 Industrial IT 29

30 3. Plattform Industrie Ziele

31 Ziele der Plattform Industrie 4.0 Fortführung der bisherigen Aktivitäten des AK Industrie 4.0 der Forschungsunion Förderung industrieweit branchenübergreifender Zusammenarbeit Schaffung der vorwettbewerblichen Voraussetzungen für die wirtschaftliche Umsetzung und die Verwirklichung der Vision 31

32 Aufgaben auf dem Weg zu I40 in einzelnen Arbeitsfeldern (1) Forschung und Entwicklung Identifizierung und Koordination neuer Handlungsfelder / Forschungsthemen Anschub und Monitoring von FuE-Aktivitäten, Benennung von Förderbedarfs gegenüber der Politik Normung und Standardisierung Ermittlung des Normungs- und Standardisierungsbedarfs und der erforderlichen Strategien Sicherheit vernetzter Systeme IT-Sicherheit für Prozessabläufe und Wertschöpfungsnetzwerke Arbeitsorganisation, Aus- und Weiterbildung Empfehlungen für Aus- und Weiterbildung, Studiengänge neue Arbeitsformen, neue Arbeitsorganisation, Einführungsstrategien 32

33 Aufgaben auf dem Weg zu I40 in einzelnen Arbeitsfeldern (2) Gestaltung von Rahmenbedingungen rechtlich sicherheitstechnisch infrastrukturell Wissenstransfer Vernetzung intern und mit verwandten Initiativen, Community Building Informationsveranstaltungen über laufende Aktivitäten, Forschungsprojekte Öffentlichkeitsarbeit Messen, Kongresse, Publikationen, Filme, Seminare Pressekonferenzen, Firmenbesichtigungen, Fallbeispiele, Internetportale 33

34 4. Plattform Industrie Aufbau, Aufgaben und Arbeitsweise der Gremien und der Geschäftsstelle

35 Nachfolger des AK Industrie 4.0: Die Plattform Industrie 4.0 Gemeinsames Projekt der Verbände - ideelle thematische Zusammenarbeit Geschäftsstelle (GS) Vorstandskreis (VK) Lenkungskreis (LK) AG 1 AG 2 AG 3 AG 4 Wissenschaftlicher Beirat 35

36 Steuerungsgremien Vorstandskreis (VK) Anstoß und Unterstützung strategischer und politischer Aktivitäten, Bestätigung von Grundsatzentscheidungen Außenrepräsentanz der Plattform ggü. Politik, Presse und Öffentlichkeit nach Bedarf: Gespräche mit der Politik, Interviewpartner für die Presse, Statement-Geber Lenkungskreis (LK) Erarbeitung von Vorlagen zu Grundsatzentscheidungen, Entscheidungsgremium für operative Umsetzung Aufträge für Arbeitsgruppen, Einsatz, Monitoring und Lenkung der Arbeitsgruppen Kontrolle der Geschäftsstelle 36

37 Trägerverbände und Industriepartner in den Steuerungsgremien VK und LK 37

38 Arbeitsgruppen (AG) Aufbau Empfehlung: Kern von maximal 12 permanenten Mitgliedern (Kriterium Arbeitsfähigkeit). Themenabhängig Aufnahme weiterer Mitglieder oder Bildung fachspezifischer Task Forces Leitung durch Vertreter von Industrieunternehmen AG 1 AG 2 AG 3 AG 4 Arbeitsweise Strategie und Framework (Gesamtkonzept und Arbeitsplan der Plattform) Referenzarchitektur, Standardisierung, Normung Forschung und Innovation Sicherheit vernetzter Systeme Hohe Sitzungsfrequenz, ergänzende Telefon- und Webkonferenzen, ad hoc UAG n Nutzung von Kooperationsmöglichkeiten mit externen Gremien / Organisationen. Nicht jedes Thema kann oder muss federführend in der Plattform bearbeitet werden. 38

39 Geschäftsstelle (GS) Aufbau 4,5 Mitarbeiter (je 1,5 aus ZVEI, VDMA, BITKOM) Leitung: VDMA, realer Sitz: ZVEI, virtueller Sitz (Webseite): BITKOM Aufgaben Gremienmanagement - organisatorische und administrative Unterstützung aller Plattformgremien Anlaufstelle für interessierte Unternehmen, Institutionen, Politik und Öffentlichkeit Presse- und Öffentlichkeitsarbeit: Messen, Konferenzen, Publikationen Transfer: Vernetzung intern und mit verwandten Initiativen, Community Building, Informationsveranstaltungen zu laufenden Forschungsprojekten Information: Aufbau und Pflege eines gemeinsamen Infoportals ( 39

40 Wissenschaftlicher Beirat (WB) Aufbau Professorinnen und Professoren relevanter Fachdisziplinen organisiert durch acatech Aufgaben Meinungsbildung in der Science Community / Roadmap der Wissenschaft Beratung der Plattform Zusammenarbeit mit / Mitarbeit in Plattform-Gremien Stand 17 Thesen zu Industrie 4.0 formuliert (= Ansprüche an Mensch / Technik / Organisation) 40

41 Whitepaper 4/

42 5. Plattform Industrie 4.0 Vernetzung

43 Die Plattform Industrie 4.0 und ihr Umfeld Spitzencluster 45 Projekte ZP Internetbasierte Dienste für die Wirtschaft - 5 AG n BDI/BDA-AK Zukunft der Industrie FA 7.20 CPS / FA 7.21 I40 Horizon 2020, JTI ECSEL, PPP Factories of the Future Plattform Fraunhofer IAO: Innovationsnetzwerk Wissenschaft licher Beirat Steuerkreis Normung I40 und viele weitere 14 Projekte 43

44 Netzwerk der Themenplattform Industrie 4.0 im ZVEI (im Aufbau) Politik und Gesellschaft VK LK AG 1 AG 2 AG 3 AG 4 Geschäftsstelle der Plattform GMA Führungskreis I40 SG 1 SG 2 SG 3 SG 4 Anwender IKT Institute FV Automation TA Automation AK Cybersicherheit LA Security in Automation Einbindung über Use Cases 44

45 Veröffentlichungen anderer Initiativen 12/ DKE: Die deutsche Normungsroadmap Industrie 4.0 V1.0 04/2014 VDI/VDE-GMA FA 7.21: 3 Statusreports zu Industrie 4.0 Wertschöpfungsketten Auf dem Weg zu einem Referenzmodell Gegenstände, Entitäten, Komponenten 45

46 Darstellung angelehnt an: Gartner Research 2012 Gartner Hype Cycle of Emerging Technologies Position Internet of Things ERWARTUNGEN / AUFMERKSAMKEIT IoT > 10 Jahre! ZEIT / REIFEGRAD 46

47 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Ihre Ansprechpartner: Rainer Glatz Projektleiter Dr. Bernhard Diegner Wolfgang Dorst Jörn Lehmann Dr. Christian Kellermann Die Plattform Industrie 4.0 ist ein gemeinsames Projekt des BITKOM Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.v., des VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.v. und des ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.v.