2. Juli 2014 Auf dem Weg zu 3D-Druck und intelligenter Fabrik? Trends von Industrie 4.0 in Sachsen

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1 Herzlich Willkommen am Fraunhofer Institutszentrum Dresden Ihr Gastgeber: Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS 2. Juli 2014 Auf dem Weg zu 3D-Druck und intelligenter Fabrik? Trends von Industrie 4.0 in Sachsen Fraunhofer IWS TEC: IWS-allg

2 Fraunhofer-Institutszentrum Dresden Fraunhofer FEP Institut für Elektronenstrahlund Plasmatechnik Fraunhofer IKTS Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS IFAM FEP Fraunhofer IWS Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Fraunhofer IFAM Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Material-forschung, Institutsteil Dresden Fraunhofer IWS TEC: IWS-allg

3 Fraunhofer-Institutszentrum Dresden Mitarbeiter: 700 insgesamt (davon 452 Stammpersonal) Haushalt gesamt: Gesamt 61,1 Mio. Erträge extern: Wirtschaft 23,5 Mio. Öffentlich 19,0 Mio. Nutzfläche: m² Fraunhofer IWS TEC: IWS-allg

4 Fraunhofer IWS Institut für Werkstoff- und Strahltechnik Kurzcharakteristik Leiter: Prof. Dr. Beyer Stammpersonal: 196 Auszubildende: 9 Student. Hilfskräfte: 210 Betriebshaushalt: 23,3 Mio. Investitionen: 3,3 Mio. Industrieerträge: 45,9 % Öffentliche Erträge: 30,1 % Grundfinanzierung: 24,0 % Stand Februar Fraunhofer IWS TEC: IWS-allg

5 Geschäftsfelder des Fraunhofer IWS Dresden Lasermaterialbearbeitung Oberflächen- und Schichttechnik Trennen / Abtragen Randschichttechnik PVD- und Nanotechnologie Fügen Thermisches Beschichten und Generieren Chemische Oberflächenund Reaktionstechnik Werkstoff-, Bauteil- und Prozesscharakterisierung Fraunhofer IWS

6 Fraunhofer IWS Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS»Für uns sind die Problemstellungen unserer Kunden erst dann gelöst, wenn sie mit der erarbeiteten Lösung Geld verdienen.«(prof. E. Beyer, Institutsleiter) Kontakt: Fraunhofer IWS Winterbergstraße Dresden, Germany Telefon Fax Fraunhofer IWS

7 IWS-Highlights in der Lasermaterialbearbeitung Fügen sowie Randschicht- und Beschichtungstechnik Fügen Randschichttechnik 17 Anlagen zum Laserstrahl-härten und/oder -auftrag-schweißen wurden an industrielle Auftraggeber übergeben. 15 Anlagen mit IWS-Technologie zum Remote-Schweißen sowie zum Laserstrahlschweißen bzw. -induktionsschweißen wurden bereits erfolgreich in die industrielle Praxis überführt. Therm. Beschichtungstechnik 39 mal haben die im IWS Dresden entwickelten Systemkomponenten zum Laserstrahlhärten ihren Weg in die industrielle Praxis gefunden. Mehr als 70 Bearbeitungsköpfe zum Laserauftragschweißen haben die Mitarbeiter des IWS Dresden in die industrielle Fertigung und Forschung überführt, weltweit sind die Systeme im Einsatz. Unsere Mission: Komplettlösungen aus einer Hand Fraunhofer IWS

8 IWS-Highlights in der Lasermaterialbearbeitung Strukturieren und Laserstrahlschneiden 3 Anlagen mit IWS-Technologie sowie System- und Steuerungstechnik zum Strukturieren von Elektroblech wurden erfolgreich in die industrielle Fertigung überführt. Abtragen / Trennen Industrieeinführung des Remote-Laserstrahlschneidens von Nichtmetallen am Formschnitt der Luftsackteile für Airbags, 3 Anlagen in Serienfertigung, Produktivitätssteigerung 50 90% Remote- Laserstrahlschneiden breiter Textilbahnen in der Airbagfertigung Formgenauer Zuschnitt textiler Airbag-Komponenten Einzelschnitt mit hoher Schnittqualität Wirtschaftliche Alternative zum Mehrlagenschnitt Unsere Mission: Komplettlösungen aus einer Hand Fraunhofer IWS

9 Fraunhofer IWS Partner im DRESDEN-concept Netzwerk DRESDEN-concept der Technischen Universität auf einen Dresden Blick mit 23 Partner aus Wissenschaft und Kultur in Dresden Netzwerk der Technischen Universität Dresden Ausbau von 15 Synergien Partner aus Wissenschaft zwischen und der Kultur TU in Dresden und den außeruniversitären Dresdner Forschungsinstitutionen in Dresdener Forschungsinstitutionen in Forschung, Lehre, Forschung, Lehre, Infrastruktur, Verwaltung Synergien zwischen der TU Dresden und den außeruniversitären Infrastruktur: gemeinsame gemeinsame Identifizierung und Koordination von von Forschungsschwerpunkten Forschungsschwerpunkten gemeinsame Berufungen / Recruitment von Spitzenkräften gemeinsame SharedBerufungen Resources / One-Campus-Model / Anwerbung von Spitzenkräften Kernelement in der Bewerbung der TU Dresden zur Exzellenz-Universität Shared Ressources / Campus-Model Fraunhofer IWS

10 Fraunhofer IWS und Industrie 4.0 Zukunftsprojekt in der Hightech-Strategie der Bundesregierung, mit dem die Informatisierung der klassischen Industrien, wie z.b. der Produktionstechnik, vorangetrieben werden soll. Ziel ist die intelligente Fabrik, die sich durch Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz und Ergonomie sowie die Integration von Kunden und Geschäftspartnern in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse auszeichnet. Technologische Grund-lage sind Cyber-physische Systeme und das Internet der Dinge. Fraunhofer IWS

11 ENTWICKLUNGSSTAND UND ZIELE IN DER ADDITIV-GENERATIVEN FERTIGUNG Koordination: Prof. Dr. C. Leyens Fraunhofer IWS, Dresden Technische Universität Dresden

12 DIE 3D-REVOLUTION ZUR PRODUKTHERSTELLUNG IM DIGITALZEITALTER Kunststoffe Metalle Keramiken Verbundwerkstoffe

13 DIE 3D-REVOLUTION ZUR PRODUKTHERSTELLUNG IM DIGITALZEITALTER Unmöglich? Kunststoffe Metalle Keramiken Verbundwerkstoffe

14 DIE 3D-REVOLUTION ZUR PRODUKTHERSTELLUNG IM DIGITALZEITALTER Micheal Idelchik, GE Advanced Technologies Research One day we will print an engine

15 ADDITIV-GENERATIVE FERTIGUNG WIRD ZUR SCHLÜSSELTECHNOLOGIE FÜR INDUSTRIE 4.0 Charakteristika von Industrie 4.0 Reale und virtuelle Welt wachsen zu einem Internet der Dinge zusammen Grundprinzip Additiv-generative Fertigung Digitale Durchgängigkeit des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette Industrie 4.0 Quelle: US Department of Energy

16 ADDITIV-GENERATIVE FERTIGUNG - POTENTIALE Individualteile Industriekleinserien Komplexteile

17 DIE VISION REVOLUTIONIERUNG DER PRODUKTHERSTELLUNG Individualisierte Einzelstücke und Serienprodukte werden in virtualisierten Prozessketten hergestellt. Multi-Material-Systeme mit integrierter Intelligenz ermöglichen Produkte mit radikal neuen Funktionalitäten und Eigenschaftsprofilen. Der richtige Werkstoff wird an die richtige Stelle gebracht, mit hoher Präzision, Flexibilität, Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit. Deutschland wird zum Leitanbieter für die additiv-generative Fertigung. Unternehmen aus den Neuen Ländern sind Schrittmacher der Entwicklung zur Schlüsseltechnologie entlang der gesamten Wertschöpfungskette.

18 ADDITIV-GENERATIVE FERTIGUNG DIE 3D REVOLUTION ZUR PRODUKTHERSTELLUNG IM DIGITALZEITALTER Förderung: 45 Mio. Industriebeiträge: 45 Mio. Dauer 6 Jahre 40 Partner aus Industrie und Forschung Initiiert und koordiniert vom FRAUNHOFER IWS

19 DAS KONSORTIUM

20 ÜBERSICHT DER GENERATIVEN FERTIGUNGSVERFAHREN Substrat Laser-Pulver-Auftragschweißen LPA Laser-Draht-Auftragschweißen LDA Systemtechnik Selective Laser Melting SLM Prozess Werkstoff Dispenser-Drucken Fused Deposition Modeling Electron Beam Melting EBM Maskless Masoscale Material Deposition M3D

21 LPA - GENERATIVES LASER-PULVER-AUFTRAGSCHWEIßEN Prozessprinzip 1-stufiges Multilagen-Auftragschweißen Schichtweiser Volumenaufbau direkt aus 3D-CAD-Daten mittels bauteil- und eigenschaftsoptimierter Schweißstrategie Primärquelle Abschirmung Target

22 ANWENDUNGSBEREICHE Beschichten 100 µm 2 mm Schichtdicke 30 µm 25 mm Spurbreite 250 µm² > 1 m² Flächengröße Reparieren 30 µm 8 mm Spurbreite Variable Freiformvolumen Nacharbeitsarme Endkonturnähe Generieren 2.5D- und 3D-Materialaufbau 30 µm 1 mm laterale Auflösung Keine generelle Baugrößenlimitierung e.g. 250x250x650 mm

23 MIKRO-GENERIEREN anwendungsgerechte Systemtechniklösungen der COAXn-Familie Schlanke, kompakte Bauformen für hohe Zugänglichkeit geringe Pulverfördermengen bis minimal 0,5 g/min kleinste Pulver-Korngrößen bis minimal 5 µm Mikro- LPA

24 GENERIEREN VON STRUKTURBAUTEILEN Verzugfreies Generieren großer Strukturbauteile Verarbeitung von Ti-, Al-, Ni- und Fe-Basis- Legierungen Einsatz variable Schutzgasumhausungen Beispiel Metal leading edge aus TiAl6V4 [GE]

25 PROZESS- UND SYSTEMTECHNIKENTWICKLUNG Laserintegriertes Fräszentrum zur generativen Bauteil-Komplettfertigung Integration LPA in Fräsmaschine 2 kw Diodenlaser, GTV-Pulverförderer Technologieüberführung Demonstrator Turbinengehäuse Auftraggeber: SAUER Lasertec GmbH DMG MORI SEIKI Konzern

26 LDA BESCHICHTEN UND GENERIEREN MIT DRAHT 100% Materialausnutzung Saubere Prozessbedingungen Aufbaurate mit 3 kw Laserleistung 1 kg/h Stahl (cold wire) 2 kg/h Stahl (hot wire) bis zu 250 cm 3 /h Hohe Oberflächengüte R Z 64 µm Keine Größenlimitierung Aufbau auf bestehend 3D-Strukturen Drahtdurchmesser: 400 µm 1,0 mm Minimale Strukurauflösung: 600 µm Prozessprinzip Abschirmung Prozessablauf Target

27 GENERIEREN VON TURBINENSCHAUFELN AUS INCONEL718 Drahtwerkstoff: Nickel IN718! Reales aerodynamisches Profil Hohlschaufel-Struktur Wandstärke 2 mm Höhe120 mm Gefüge mit feinkörniger Gußstruktur Keine Heißrisse durch optimierte Generierungsstrategie

28 GENERIEREN EINER TURBINENSCHAUFEL AUS IN718

29 ANWENDUNGSBEISPIELE FÜR LDA Flugtriebwerkskomponenten Werkstoffgerechte Verarbeitung hochreiner teurer Materialien Generieren von Leichtbaustrukturen Erzeugung und Reparatur von Werkzeugteilen Beschichten mit höchster Oberflächengüte

30 FAZIT Die additiv-generative Fertigung überwindet Grenzen der klassischen Fertigungstechnik (»design for function«anstelle»design for manufacturing«). Sie wird sich in der nächsten Dekade von einer Schrittmachertechnologie zur Schlüsseltechnologie entwickeln. Eine Vielzahl von Fragestellungen (technischer, sozio-okonomischer, juristischer Art) muss gelöst werden. Dresden entwickelt sich zum Zentrum für additiv-generative Fertigung in den Neuen Bundesländern.

31 Mass Customization _Wie die Individualisierung von Kundenanforderungen Unternehmen beeinflusst Dr. Hagen Habicht Center for Leading Innovation & Cooperation (CLIC)

32 Agenda HHLs Center for Leading Innovation & Cooperation Was ist Mass Customization? Was bedeutet MC für Unternehmen? Ist MC auf B2B-Märkte übertragbar? 2 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

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34 4 Mass Customization April 4, 2014

35 Agenda HHLs Center for Leading Innovation & Cooperation Was ist Mass Customization? Was bedeutet MC für Unternehmen? Ist MC auf B2B-Märkte übertragbar? 5 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

36 Was ist Mass Customization? 6 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization Juli 2, 2014

37 7 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization Juli 2, 2014

38 8 Mass Customization Juli 2, 2014

39 9 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization Juli 2, 2014

40 10 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

41 11 Mass Customization Juli 2, 2014

42 Thallmaier, Habicht & Möslein (2014) 12 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

43 Mass Customization Auf einem (relativ) großen Markt werden die individuellen Bedürfnisse jedes einzelnen Kunden befriedigt. Im Rahmen eines interaktiven Co-Design-Prozesses wird das Produkt / die Dienstleistung gestaltet. Die Herstellung erfolgt zu einem für ein Standardprodukt vergleichbaren Preis. Reichwald, Piller, and Ihl (2009) 13 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

44 Vier Prinzipien der Mass Customization Strategie _ Differenzierungsvorteil durch Individualisierung erhält Kunde bessere Qualität _ Kostenposition durch Standardisierung von Komponenten: Effizienz der Massenproduktion _ Stabiler Lösungsraum Festlegung eines Rahmens zur Individualisierung, der dem Kunde angemessene Anpassungsmöglichkeiten bietet auf Produktionsebene alle Optionen zulässt, ohne hohe Kosten zu verursachen _ Kundenintegration gemeinsam mit dem Kunden werden Bedürfnisse in ein Produkt übersetzt Müller (2007): Interaktionskompetenz von Kunden bei individuellen Leistungen 14 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

45 Agenda HHLs Center for Leading Innovation & Cooperation Was ist Mass Customization? Was bedeutet MC für Unternehmen? Ist MC auf B2B-Märkte übertragbar? 15 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

46 Mass Customization Formen Ergänzung des Standardprodukts um individuellen Service Soft Customization außerhalb des Unternehmens Selbstindividualisierung (bespielbare Glückwunschkarte) Individualisierung von vorgefertigtem Produkt vor Ort (Skischuhe) Mass Customization Anpassung auf Basis von Baukastensystem (Automobile) Hard Customization Individualisierung innerhalb Fertigung Piller (1998): Kundenindividuelle Massenproduktion Massenfertigung von Unikaten Kundenspezifische End- oder Vorproduktion bei ansonsten standardisierter Fertigung (T-Shirts, Muesli, Schokolade) 16 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

47 Wertentstehung durch MC Kommunikation Exploration Konfiguration Wartezeit / Lieferung Erstkontakt Lösungsraum erforschen Unterstützung beim Erstellen des Produktdesigns Betreuung während dem Warten; Auslieferung des Produkts Nachkauf / Feedback Wiederkauf Kundenfeedback für weitergehende Services einholen Mit gesammelten Daten Wiederkauf anregen Quelle: eigene Darstellung, nach Reichwald / Piller (2006, S. 273) Feedback: Nutzung der gesammelten Kundeninformationen 17 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

48 Wertentstehung durch MC _ Kundennutzen durch das individuelle Ergebnis +Passgenaue Bedürfnisbefriedigung +Stolz auf das Unikat _ Kundennutzen durch den Individualisierungsprozess (Co-Design) +Spaß +Stimulierung der Kreativität - Qual der Wahl - Hoher Lernaufwand - Hoher Zeitaufwand _ Ökonomische Ergebnisse +Erhöhte Zahlungsbereitschaft +Erhöhte Loyalität +Erhöhte Weiterempfehlungsbereitschaft 18 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

49 Wie findet die Individualisierung statt? Komplexes Produkt komplett selbst online konfigurieren Offline im Ladengeschäft mit Beratung & Visualisierung via ipad Mittels Online-Konfigurator Hilfestellung durch Live-Chat Anhand von Persönlichkeitsfragebogen designen lassen im Online-Konfigurator mit vielfältigen Visualisierungsmöglichkeiten von Zuhause aus im Online-Konfigurator mithilfe eines Beraters in der Live-Help-Funktion Produkte, die von Anderen konfiguriert wurden, können eingesehen, rekonfiguriert oder direkt gekauft werden. 19 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

50 Interaktionskompetenzen des Unternehmens im Co-Design-Prozess Kundenwissen & -wünsche aufnehmen durch Interaktionsförderliche Kommunikation Zweiseitige Kommunikation notwendig Kommunikative Fähigkeit des Mitarbeiters wesentlich, da er maßgeblich am Erstellungsprozess beteiligt ist. Interaktionsförderliche Abläufe Berücksichtigung des Prozesses beim Kunden Dem Kunde müssen seine Aufgaben mitgeteilt werden Klare Vermittlung gegenüber dem Kunden, was und wie individualisiert werden kann, vermeidet Mass Confusion. Interaktionsförderliche Anreizstrukturen Befähigung und Motivation der Mitarbeiter, die im Kundenkontakt stehen, spielt wesentliche Rolle Auch die Weitergabe des Kundenwissens im Unternehmen muss belohnt werden Müller (2007): Interaktionskompetenz von Kunden bei individuellen Leistungen 20 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

51 Agenda HHLs Center for Leading Innovation & Cooperation Was ist Mass Customization? Was bedeutet MC für Unternehmen? Ist MC auf B2B-Märkte übertragbar? 21 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

52 MC auf B2B Märkten? 22 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 3, 2014

53 MC auf B2B Märkten? MC-basierter Kundennutzen auf B2B-Märkten _ Kundennutzen durch das individuelle Ergebnis Passgenaue Bedürfnisbefriedigung Stolz auf das Unikat Nutzwert eines Investitionsguts _ Kundennutzen durch den Individualisierungsprozess (Co-Design) Spaß Stimulierung der Kreativität Qual der Wahl Hoher Lernaufwand Hoher Zeitaufwand Prozesskontrolle Rot: für Geschäftskunden kaum relevant Blau: für Geschäftskunden relevant, aber aus Endkundenmärkten nicht bekannt 23 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

54 MC auf B2B Märkten? Exemplarische Fragen _ Standardisierungspotenzial von MC im Vergleich zur individuellen Auftragsproduktion auf B2B-Märkten? Industrie 4.0 und Additive Manufacturing sind Enabler _ Rolle des Konfigurators in bestehenden Vertriebsprozessen? _ Kann MC zur Servitization auf B2B-Märkten beitragen? Z.B. Dolzer bietet Berufsbekleidung als Abonnement 24 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization July 2, 2014

55 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Hagen Habicht Center for Leading Innovation & Cooperation (CLIC) HHL Leipzig Graduate School of Management Jahnallee Leipzig / Germany Tel.: Fax: Web: hagen.habicht@hhl.de 25 Dr. Habicht, HHL Leipzig Graduate School of Management, clicresearch.org, Mass Customization

56 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 1 Industrie 4.0: Wenn neue Technologie auf bewährte Mitarbeiter trifft Prof. Dr. Angelika C. Bullinger-Hoffmann Auf dem Weg zu 3D-Druck und intelligenter Fabrik? Trends von Industrie 4.0 in Sachsen Dresden, 02. Juli 2014 A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 2 Technische Universität Chemnitz Technische Universität Chemnitz Fakultät für Maschinenbau Institut für Betriebswissenschaften und Fabriksysteme Professur Arbeitswissenschaftund Innovationsmanagement A. C. Bullinger-Hoffmann

57 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 3 Professur Arbeitswissenschaft und Innovationsmanagement Innovation Engineering Produktergonomie Industrial Engineering technologieorientiertes Innovationsmanagement methodenbasierte Erhöhung des Innovationserfolges Stellhebel zur Steigerung der Innovationsfähigkeit nutzerzentrierte Produktentwicklung Usability Engineering zur Erhöhung der Gebrauchstauglichkeit systematische Reduzierung von Benutzerfehlern menschzentrierter Produktentstehungsprozess Qualifikationskonzepte für Führungskräfte und Mitarbeiter Arbeitsorganisation im demografischen Wandel und in cyberphysischen Systemen Arbeits- und Gesundheitsschutz A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 4 Es ist nicht gesagt, dass es besser wird, wenn es anderswird. Wenn es aber besserwerden soll, muss es anders werden. Georg Christoph Lichtenberg ( ) Deutscher Physiker und Schriftsteller A. C. Bullinger-Hoffmann

58 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 5 1 Von Industrie 1.0 zu 4.0 A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 6 Vier industrielle Revolutionen Industrie 1.0 Industrie 3.0 Grad der Komplexität Mechanisierung (ca. 1780) Automatisierung (ca. 1970) Beschäftigung Bestimmung Mitbestimmung Abstimmung/Kooperation Prozesse starr flexibel adaptiv in Echtzeit Ressourcen nach Prognose nach Verbrauch auftragsbezogen Industrie 2.0 Industrie 4.0 Industrialisierung (ca. 1870) Vernetzung (ca. 2010) A. C. Bullinger-Hoffmann

59 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 7 Industrie 4.0 und Internet der Dinge Internet der Dinge Welt intelligenter Alltagsgegenstände Industrie 4.0 Vernetzte intelligente Produktion Vernetzte Konsumelektronik Soziale Netzwerke Smart Factory Industrie 4.0 Cyber-physische Systeme Robuste Netze Vernetzte Mobilität Vernetzte Produktion Cloud Computing Industrie 4.0 hat viele Väter Vernetzte Gesundheitsversorgung Vernetztes Wohnen Prof. Wahlster (DFKI) Prof. Kagermann (acatech) Prof. Lukas (BMBF) A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 8 Treiber für Industrie 4.0 Technische Treiber Sensoren und Aktoren Leistungsfähige Hardund Software Datennetze Gesellschaftliche Treiber Demografischer Wandel Fachkräftemangel Laien zu Experten/Prosumer Umwelt- und Ressourcenbewusstsein Industrie 4.0 Wirtschaftliche Treiber Individualisierung und Losgröße 1 Kürzere Produktlebenszyklen bei steigender Produktvarianz Smart Services Steigende Bedeutung von Wertschöpfungsnetzwerken Volatile Märkte und Kostendruck Quelle: DFKI (2013) A. C. Bullinger-Hoffmann

60 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 10 Mensch-Mensch- vs. Mensch-Maschine-Interaktion heute... Visuell Auditiv Taktil Visuell Auditiv Taktil Biofeedback Biofeedback Mensch-Mensch-Interaktion Mensch-Maschine-Interaktion Gestik, Mimik und Körpersprache, räumliche & Bewegungsinformation kognitive Verarbeitung fast grenzenlose Interaktion Unnatürliche Nutzung von Ein-und Ausgabemedien Interaktion auf wohldefinierte Umgebungsszenarien beschränkt Quelle:,aw&I TU Chemnitz, Fraunhofer IOF A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie und in Industrie 4.0: Mensch-Maschine-Umwelt-Interaktion Maschine Mensch Umwelt Quelle: BMW Group, AMPERE, das ZVEI-Magazin (2013) A. C. Bullinger-Hoffmann

61 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 15 Intelligente Objekte interagieren Interaktion Senden/empfangenvon Daten (Identifikation, Ort, Zustand etc.) Objekt ist noch nicht intelligent Vision: Selbststeuerung statt zentraler Steuerung Fähigkeit zur Interaktion macht Objekte intelligent A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 16 Netzwerk von intelligenten Objekten Erfassung von Kontextinformationen Verknüpfung von Produkten/Maschinen mit Informationen im Internet Vernetzung von Maschinen und Produkten im Fabrik- Intranet Industrie 4.0 Situationsbezogenes Anbieten von Diensten und Geschäftsmodellen Quelle: DFKI (2013), Fraunhofer IAO A. C. Bullinger-Hoffmann

62 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 17 2 Herausforderung Sicherheit A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 18 Hacker-Angriffe auf Industriesektoren in 2012 Produktion und Fertigung Finanzwesen, Versicherung und Immobilien Dienstleistung (Non-Traditional*) % Regierung 12 Energie(-versorger) 10 Dienstleistungen (Professional**) 8 Luft- und Raumfahrt 2 Großhandel Einzelhandel Transport und Verkehr % Quelle: Symantec Corporation Jahresbericht 2013 A. C. Bullinger-Hoffmann

63 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 19 Herausforderungen der IT Extranet Schadprogramme Hackerangriffe Herausforderung IT Intranet Industrie 4.0 Infizierte Privatgeräte in der Fabrik Datensicherheit Systemsicherheit Quelle: DFKI (2013); AMPERE, das ZVEI-Magazin (2013) A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 20 IT-Sicherheitsforschung Extranet Schadprogramme Hackerangriffe Sicherheitsforschung 1) Software: sichere Informationstechnologie und kompatible Standards Industrie 4.0 2) Hardware: robuste und störsichere Elektronik, Sensorik und Robotik Intranet Infizierte Privatgeräte in der Fabrik 3) Physischer Schutz technischer Komponenten: neue Werkstoffe und Schutzsysteme Quelle: Fraunhofer IAO (2013) A. C. Bullinger-Hoffmann

64 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 21 3 Herausforderung Geschäftsmodelle A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 22 Erwartete Effekte durch Industrie 4.0 Wirtschaftsbereiche Bruttowertschöpfung [Mrd. ] Potenzial durch Industrie 4.0 Jährliche Steigerung Steigerung [Mrd. ] * Chemische Industrie 40,08 52,10 +30% 2,21% 12,02 Kraftwagen und Kraftwagenteile 74,00 88,80 +20% 1,53% 14,80 Maschinen- und Anlagenbau 76,79 99,83 +30% 2,21% 23,04 Elektrische Ausrüstung 40,27 52,35 +30% 2,21% 12,08 Land- und Forstwirtschaft 18,55 21,33 +15% 1,17% 2,78 Informations- und Kommunikationstechnik Potenzial der sechs ausgewählten Branchen Bsp. Hochrechnung für Gesamtbruttowertschöpfung in D 93,65 107,70 +15% 1,17% 14,05 343,34 422,11 +23% 1,74% 78, , ,06** +11,5%** 1,27%** 267,45** A. C. Bullinger-Hoffmann Quelle: Bitkom

65 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 23 Auch andere Länder, wie die USAund China, haben die Chancen von Industrie 4.0 erkannt und ihre Aktivitäten auf die technischen Veränderungenausgerichtet. Deutschlands Position im internationalen Wettbewerb ist jedoch noch weitgehend unbekannt. Thomas Sattelberger (*1949) Deutscher Manager und Vorstandsvorsitzender von MINT Zukunft schaffen" A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 24 Wir entwickeln und verdienen? Mercedes-Benz w123 Hybrid Verkaufte Fahrzeuge: 0 Audi 100 Avant duo Hybrid Verkaufte Fahrzeuge: Volkswagen Chico Hybrid Verkaufte Fahrzeuge: Toyota Prius Verkaufte Fahrzeuge bis 2013: über 3 Millionen 2013 Tesla Model S Verkaufte Fahrzeuge in 2013: Tesla ist Marktführer im Luxussegment in USA (2013) 1) Tesla S ) Mercedes S-Klasse ) BMW 7er ) Audi A ) Porsche Panamera Quelle: Manager Magazin online A. C. Bullinger-Hoffmann

66 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 25 Potential liegt in neuen Kompetenzen, Branchen und Ländern bewährt Technologie neu Neue Anlagen/ Produkte/ Verfahren einführen Aufbau Industrie 4.0 Fertigungslinie bei deutschem OEM Nutzung neuerkompetenzen und Technologien im bekannten Markt Etablierte Anlagen/Produkte/Verfahren abschöpfen Verkauf Fräsmaschine an deutschen Mittelständler Abschöpfung vorhandener Kompetenzen und Technologien im bekannten Markt bewährt Industrie 4.0 Industrie 3.0 Markt Neue Anlagen/ Produkte/ Verfahren in anderen Branchen oder Ländern nutzen Nutzung Industrie 4.0 Prinzip der Echtzeitfähigkeit für Mobilitätsangebote Nutzung neuer Kompetenzen und Technologien im neuen Markt Etablierte Anlagen/ Produkte/ Verfahren in anderen Branchen oder Ländern abschöpfen Verkauf Fräsmaschine nach Südafrika Abschöpfung vorhandener Kompetenzen und Technologien im neuen Markt neu A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 26 Apple IOS 8: HealthKit und Health als Anfang von Gesundheit 4.0 Apple Health Zentralisierung persönlicher Gesundheitsdaten anderer Apps in einer Anwendung A. C. Bullinger-Hoffmann

67 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 27 Kundennutzen ist B2B und B2C Wir müssen in Geschäftsmodellen denken! [R]Ich habe die Sorge, dass wir tolle Technologien entwickeln und andere den Geschäftserfolg haben werden. Dr. Siegfried Dais, Gesellschafter der Robert Bosch Industrietreuhand KG, Co-Vorsitzender des Arbeitskreises Industrie 4.0 Wertschöpfung entsteht durch hybride Produktbündel Produkt:Installation Fertigungsanlage 4.0 Dienstleistung: Präzises Auslasten von Produktionsanlagen Dienstleistung: Datenverwaltung, - sicherung und -aufbereitung Dienstleistung: Ferndiagnosen, antizipierter Reparaturbedarf Ansätze für neuen Kundennutzen durch Industrie 4.0 Modularisierung erlaubt Skalierbarkeit B2B und B2C: Produktdiversifikation bei Anlagen und Konsumprodukten B2B: Modularisierung von Anlagen für KMU und GU B2C: Individuelle Produkte zum Preis des Massenprodukts Bildquelle: Bosch Software Innovations GmbH A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 28 4 Herausforderung Mensch A. C. Bullinger-Hoffmann

68 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 29 Rollen des Menschen im Produktionsprozess Beherrscher Kapitän Dirigent Zukunft Aufgaben von Produktions- und Wissensarbeitern wachsen weiter zusammen Indirekte Tätigkeiten wachsen überproportional an im Verhältnis zu direkten Kurzfristige und weniger planbare Arbeitstätigkeiten nehmen zu Einfache Tätigkeiten nehmen weiter ab Quelle: DFKI (2013), IAO Fraunhofer Produktionsarbeit der Zukunft (2013), Gina Sanders Fotolia A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 30 Auf dem Weg zur menschenleeren Fabrik? Studie des Fraunhofer IAO Produktionsarbeit der Zukunft (2013) Sehr wichtig 60,2% Stimme voll/eher zu 80,1% Stimme voll/eher zu 58,1% 1. Wie wichtigwird menschliche Arbeit 2. Die Anforderungen flexiblen Arbeitseinsatzes 3. Industrie 4.0 erfordert eine systematischere in fünf Jahren für Ihre Produktion sein? erfordern in fünf Jahren zusätzliche Kompetenzentwicklung der Mitarbeiter. Qualifizierung der Produktionsmitarbeiter. Wir werden weiter an direkten Mitarbeitern in der Produktion verlieren, aber gleichzeitig viele indirekte Stellen um die Produktion herum aufbauen. Prof. Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer IPA Quelle: Fraunhofer IAO (2013) A. C. Bullinger-Hoffmann

69 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 31 Mögliche Entwicklungen der Arbeitswelt durch Industrie 4.0 interessante Arbeitszusammenhänge standardisierte und entfremdete Tätigkeit wachsende Eigenverantwortung Entfaltungsmöglichkeiten für kreatives Arbeitshandeln mehr Arbeits-, Kooperationsund Beteiligungsqualität Differenzen innerhalb der Arbeiterschaft steigen geistlose Niedriglohnjobs ohne Handlungskompetenzen Dematerialisierung und Virtualisierung von Arbeitsvorgängen Quelle: Fraunhofer IAO (2013), AMPERE, das ZVEI-Magazin (2013) A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 32 Der Mensch in der Industrie 4.0 Fritz Kahn Der Mensch als Industriepalast (1926) Quelle: A. C. Bullinger-Hoffmann

70 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 34 Kompetenzen 4.0: Was zukünftig benötigt wird Selbstlernkompetenz Selbst- statt fremdreguliertes Lernen Metakognition und Selbstreflexion Motivation Lernstrategien Lernkompetenz Berufliche Handlungskompetenz Fachkompetenz Humankompetenz Medienkompetenz Nutzung und Akzeptanz neuer Medien Umgang mit mobilen Endgeräten Suche und Bewertung von Informationen Sozialkompetenz Quelle: Dehnbostel(2013) A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 35 Kompetenzen 4.0: Was zukünftig benötigt wird Formale Weiterbildung (Zertifizierte) Präsenzseminare Lernberatung und -begleitung Lernprozessberatung und -begleitung Coaching Mentoring Lern- und kompetenzförderliche Arbeitsgestaltung Handlungsspielraum Problemhaltigkeit Vollständigkeit der Handlung (Selbst-) Reflexivität formal 27 % Berufliche Handlungskompetenz informell 73 % Neue (digitale) Lernformen E-Learning Mobile und Mirco Learning Augmented Reality Echtzeit-Instruktion Wachsende Bedeutung informellen Lernens für Entwicklung beruflicher Handlungskompetenz A. C. Bullinger-Hoffmann Quelle: Dehnbostel(2013)

71 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 36 Mobile Kommunikationstechniken werden im Arbeitskontext wichtiger Steuerung von Maschinen und Prozessen Wissensmanagement & formales/informelles Lernen Anforderung an Mensch und Technik Subjekt Mensch Medienkompetenz Selbstlernkompetenz Objekt Technik Gestaltung von Oberfläche/Software Aufbereitung von Wissen und Informationen A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 37 Personalführung: Paradigmenwechsel durch Industrie 4.0 Schwer planbare Prozesse Heterogene Belegschaften Neue Lebensphasenmodelle Demokratisierung der Produktion und Kommunikation auf Augenhöhe Autoritärer Führungsstil Entscheidungsspielraum des Vorgesetzten Entscheidungsspielraum der Mitarbeiter Kooperativer Führungsstil geringe Trennung zwischen Führungskraft und Mitarbeiter kooperativ bestimmte Arbeitsabläufe Unterstützung der Mitarbeiter zu selbstregulierter Arbeit A. C. Bullinger-Hoffmann

72 Industrie 4.0: Mensch und Technologie 38 Wenn du schnellgehen willst, geh allein. Wenn du weitgehen willst, geh mit anderen. Afrikanisches Sprichwort Industrie 4.0 A. C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Mensch und Technologie 39 Univ.-Prof. Dr. habil. Angelika C. Bullinger-Hoffmann Industrie 4.0: Wenn neue Technologie auf bewährte Mitarbeiter trifft Erfenschlager Straße 73 D Chemnitz Tel.: Kontakt Institut Internet mb/arbeitswiss A. C. Bullinger-Hoffmann

73 Plattform Industrie 4.0 Gesamtüberblick Stand Dr. Bernhard Diegner

74 Gliederung 1. Begriff Industrie Zukunftsprojekt Industrie Plattform Industrie 4.0 Ziele Aufbau, Aufgaben und Arbeitsweise der Gremien und der Geschäftsstelle Vernetzung Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 2

75 1. Begriff Industrie 4.0 Quelle: Ampere ZVEI Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v.

76 Die industriellen Revolutionen und ihre Treiber Industrielle Revolutionen waren immer auch Revolutionen der Arbeitsorganisation! Industrie 4.0 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 4

77 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 5

78 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 2013 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 6

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

80 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 2013 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 8

81 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 9

82 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v.

83 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 11

84 Zusätzliches Wertschöpfungspotenzial ausgewählter Branchen durch Industrie 4.0 bis ,7 % zusätzliches Wachstum p.a. Quelle: Fraunhofer IAO / BITKOM 2014 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 12

85 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 13

86 Wettbewerbsposition Deutschlands in Industrie-Technologien Quelle: McKinsey/WirtschaftsWoche Nr Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 14

87 Wettbewerbsposition Deutschlands in ITK-Technologien Quelle: McKinsey/WirtschaftsWoche Nr Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 15

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

89 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. Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 17

90 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 4.0 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 18

91 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 2013 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 19

92 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 20

93 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 21

94 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 22

95 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 23

96 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 24

97 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. Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 25

98 2. Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v.

99 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 4.0 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 27

100 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! Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 28

101 BITKOM, VDMA, ZVEI = Ausrüster der Industrie 4.0 Industrial IT Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 29

102 3. Plattform Industrie Ziele Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v.

103 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 31

104 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 32

105 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 33

106 4. Plattform Industrie Aufbau, Aufgaben und Arbeitsweise der Gremien und der Geschäftsstelle Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v.

107 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 35

108 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 36

109 Trägerverbände und Industriepartner in den Steuerungsgremien VK und LK Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 37

110 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. Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 38

111 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 ( Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 39

112 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) Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 40

113 Whitepaper 4/2014 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 41

114 5. Plattform Industrie 4.0 Vernetzung Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v.

115 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 43

116 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 44

117 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 Dr. Bernhard Diegner, ZVEI e.v. 45