Industrie 4.0 und cyberphysische Systeme: Kurzlebiger Trend oder Arbeitswelt von morgen?

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1 Industrie 4.0 und cyberphysische Systeme: Kurzlebiger Trend oder Arbeitswelt von morgen? Fachtagung Sicherheit und Gesundheitsschutz in der Warenlogistik 2015, BGHW, 14. September 2015, Dresden Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme, Prof. Dr.-Ing. Kai Furmans KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

3 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

4 Was sind cyberphysische Systeme? cyberphysische Systeme Mechatronische Systeme Mechanische Systeme Anteil Informations- und Kommunikationstechnik

5 cyberphysische Systeme: Hintergrund Initiative der National Science Foundation (USA) 2006 Cyber: Computerbasierte, digitale Steuerung und Kommunikation Physisch: Natürliche oder künstliche Systeme, die den Gesetzen der Physik unterliegen und in kontinuierlicher Echtzeit arbeiten cyberphysische Systeme: Kontrolle und autonome Steuerung von physischen Systemen mit Hilfe eines digitalen, autonomen "Weltverständnisses"

6 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

7 Industrie 4.0 ist ein Forschungsprogramm, um die Zukunft des Industriestandortes Deutschland (aber nicht nur den) zu gestalten basiert auf der engeren Verknüpfung von realer und virtueller Welt ist das, was wir (Industrie, Verbände, Forscher, ) daraus machen Aus den Umsetzungsempfehlungen (Forschungsunion/Acatech) A 1 Wo liegt der Forschungsbedarf? Konsolidierte Forschungsempfehlungen A 1.1 Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke A 1.2 Durchgängigkeit des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette A 1.3 Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme A 1.4 Neue soziale Infrastrukturen der Arbeit A 1.5 Technologie Cyber-Physical Production Systems (CPPS)

8 Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in Produktion und Logistik? Reduzierung der Automatisierung aufgrund mangelnder Flexibilität* in Prozent (der Befragten) geplant umgesetzt Autom. Bearbeit.- maschinen Aut. Werkzeughandhabung Aut. MFS in der Fertigung Aut. Fertigungsstationen Aut. MFS in der Montage * Laut Umfrage bei Nutzern hoch automatisierter Anlagen, Fraunhofer ISI, VDI-Nachrichten Nr. 35,

9 Herausforderung beim Umbau heutiger Automatisierungstechnik Logik Sensorik Aktorik Physikalische Integration

10 Anforderungen an Automatisierungssysteme Eigenschaften WYSIWYG Plug and Work Fähigkeit Skalierbarkeit Rekonfigurierbarkeit Zuverlässigkeit durch einfache Austauschbarkeit Inhärente Sicherheit Ressourceneffizienz Selbstanpassungsfähigkeit Entwurfsmuster Modularität Funktionsintegration Dezentrale Steuerung Interaktion Standardisierte und leistungsstarke physische und Informations- Schnittstellen

11 Warum Autonomie? Geisteswissenschaften: Selbst auferlegte Gesetze und Grenzen des Handelns Kant scher Imperativ) Beispiel Autonome Staaten Ingenieurssicht: Selbständiges Handeln in einem vorgegebenen Handlungsrahmen Ziele: Selbstbestimmtheit Dieser vom Menschen vorgegebene Ziel: Handlungsrahmen wird sukzessive Bequemlichkeit, immer größer Sicherheit, Produktivität Beispiel Autonomes Fahren

12 Was kennzeichnet autonome Systeme? Aus: Bruno Gransche, Erduana Shala, Christoph Hubig et al.: Wandel von Autonomie und Kontrolle durch neue Mensch-Technik-Interaktionen, Grundsatzfragen autonomieorientierter Mensch-Technik-Verhältnisse, Fraunhofer Verlag,

13 Welche Komponenten sind dabei kritisch? Kommunikation (eingehend) Logik Kommunikation (ausgehend) Sensorik Aktorik Physikalische Integration

14 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

15 Anforderungen an moderne Intralogistiksysteme Eigenschaften WYSIWYG Plug and Work Fähigkeit Skalierbarkeit Rekonfigurierbarkeit Zuverlässigkeit durch einfache Austauschbarkeit Inhärente Sicherheit Ressourceneffizienz Selbstanpassungsfähigkeit Entwurfsmuster Modularität Funktionsintegration Dezentrale Steuerung Interaktion Standardisierte und leistungsstarke physische und Informations- Schnittstellen

16 Anforderungen an moderne Intralogistiksysteme Eigenschaften o o o o WYSIWYG Plug and Work Fähigkeit Skalierbarkeit Rekonfigurierbarkeit Zuverlässigkeit durch einfache Austauschbarkeit Inhärente Sicherheit Ressourceneffizienz Selbstanpassungsfähigkeit Entwurfsmuster o Modularität Funktionsintegration Dezentrale Steuerung Interaktion Standardisierte und leistungsstarke physische und Informations- Schnittstellen

17 Bestandsführendes Regal - SmartRack Lieferschein, Rechnung Warenlieferung SmartRack Standort A Service Provider Lieferant Jederzeitig Überprüfung des Bestandes (VMI) WWW SmartRack Standort B Entnahmemeldung (e-kanban)

18 Anforderungen an moderne Intralogistiksysteme Eigenschaften o WYSIWYG Plug and Work Fähigkeit Skalierbarkeit Rekonfigurierbarkeit Zuverlässigkeit durch einfache Austauschbarkeit Inhärente Sicherheit Ressourceneffizienz Selbstanpassungsfähigkeit Entwurfsmuster o Modularität Funktionsintegration Dezentrale Steuerung Interaktion Standardisierte und leistungsstarke physische und Informations- Schnittstellen 19

19 FlexConveyor: Auf- und Umbau wie Lego

20 Flexconveyor: Beispiel für Umbau Kosten: Wettbewerbsfähig zu Standardtechnik

21 GridSorter

22 Grid Sorter

23 GridsStore

24 Grid Pick, Grid Sequence Source: Kevin Gue, University of Loiusville, LoDI

25 Noch dezentraler ITA Hannover

26 Anforderungen an moderne Intralogistiksysteme Eigenschaften WYSIWYG Plug and Work Fähigkeit Skalierbarkeit Rekonfigurierbarkeit Zuverlässigkeit durch einfache Austauschbarkeit Inhärente Sicherheit Ressourceneffizienz Selbstanpassungsfähigkeit Entwurfsmuster Modularität Funktionsintegration Dezentrale Steuerung Interaktion Standardisierte und leistungsstarke physische und Informations- Schnittstellen 27

27 KARIS PRO adapts according to its transportation task Single Transport Mobile Cluster Stationary Cluster

28 KARIS PRO erledigt mehrere Intralogistikaufgaben

29 KARIS Video

30 FiFi kombiniert automatisierte Prozesse mit manueller Bedienung Linienfolgemodus Clustermodus safety Feinpositionierung Lift Follow-Me-Modus

31 Assistenzsysteme auch CPS?

32 Person-Following und Line-Following Demonstration mit FiFi Kosten: Vergleichbar mit Standard FTS

33 Packassistent zusehen und helfen

34 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

35 Hype oder realer Bedarf? Beispiel für realen Bedarf aus dem persönlichen Umfeld Staubsaugroboter, Rasenmähroboter Autonomes Fahren Beispiele aus dem professionellen Umfeld Fly-by-wire Flugzeuge, Autonom landende Flugzeuge mit Autopiloten Elektronische Handlessysteme im Hochgeschwindigkeitshandel an der Börse (allerdings wenig physisch, dennoch starke Auswirkungen auf die reale Welt...)

36 Warum möglicherweise Hype? Es gibt Forschungsgelder... Es ist nicht ganz einfach... Herausforderungen Interaktion mit dem Menschen (Beherrschung der Autonomie) Autonomie vs. Vorhersehbarkeit Ausbildung der Mitarbeiter für Entwicklung, Bau und Einsatz von CPS

37 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

38 Herausforderung für Hersteller und Anwender Mindset Struktur der Systeme Mechatronik Mechanik Elektro nik Mechanik Elektronik Informatik

39 Inhalt Was sind cyberphysische Systeme? Warum brauchen wir cyberphysische Systeme in der Logistik? Einige Beispiele aus der Forschung Hype oder realer Bedarf? Wo liegen die Herausforderungen für die Hersteller und Anwender?

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