Zukunft der Digitalen Transformation durch Industrie 4.0 Auswirkungen auf Kompetenzentwicklung und Qualifikation

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1 Zukunft der Digitalen Transformation durch Industrie 4.0 Auswirkungen auf Kompetenzentwicklung und Qualifikation Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Fachbereich Maschinenbau Technische Universität Darmstadt Otto-Berndt-Straße Darmstadt

2 Zukunft der Digitalen Transformation durch Industrie 4.0 Auswirkungen auf Kompetenzentwicklung und Qualifikation 1. Einführung in Industrie Von Grundlagen zur industriellen Einführung RAMI 4.0 und die Industrie 4.0 Komponente VDMA Implementierungsleitfaden für neue Produkte und Produktion 3. Kompetenzentwicklung und Qualifikation Kompetenzzentrum Mittelstand 4.0 Darmstadt Kompetenzentwicklungsstudie acatech Handlungsempfehlungen zu Ausbildung und Qualifikation 4. Zusammenfassung Folie 2

4 Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik (1) Hypermedia Vernetzte Dokumente Multimedia Vernetzte Medien Socialmedia (1) Vernetzte Menschen (1995) (1985,1997,1998) (1998) (2004) (2005) (1995) World Wide Web (1994) (1999) Java, UML, XML (2006) Web Services Web Web 1.0 Web Quelle: nach Dr. Dais, Bosch Folie 4

5 Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik (2) Socialmedia (2) Vernetzte Unternehmen Cyber-Physical Media Vernetzte Systeme Future Media? App Technologie Industrie 4.0 Komponente Web 3.0 Web A.B Web X.Y Folie 5

6 Die Digitale Agenda der Bundesregierung Digitale Infrastrukturen Digitale Wirtschaft und digitales Arbeiten Innovativer Staat Digitale Lebenswelten in der Gesellschaft gestalten Bildung, Forschung, Wissenschaft, Kultur und Medien Sicherheit, Schutz und Vertrauen für Gesellschaft und Wirtschaft Europäische und internationale Dimension der Digitalen Agenda Die Wirtschaft ist von diesen Veränderungen in ihrem Kern massiv betroffen. Industrie 4.0, die vernetzte Produktion, hat das Potenzial, Wertschöpfungsketten grundlegend neu zu gestalten und die Geschäftsmodelle der deutschen Leitbranchen wie Anlagen-und Maschinenbau, Automobilbau, Elektro-und Medizintechnik erheblich zu beeinflussen. Wir wollen, dass Deutschland digitales Wachstumsland Nr. 1 in Europa wird. Quelle: Digitale Agenda , BMWi Folie 6

7 Digitale Strategie 2025 Zehn Schritte in die Zukunft: Quelle: Digitale Strategie, BMWi, Gigabit-Glasfasernetz für Deutschland bis 2025 aufbauen 2. Eine neue Gründerzeit einleiten: Start-Ups unterstützen und die Kooperation von jungen und etablierten Unternehmen fördern 3. Einen Ordnungsrahmen für mehr Investitionen und Innovationen schaffen 4. Die intelligente Vernetzung in zentralen Infrastrukturbereichen unserer Wirtschaft vorantreiben 5. Die Datensicherheit stärken und die Datensouveränität entwickeln 6. Neue Geschäftsmodelle für KMU, Handwerk und Dienstleistungen ermöglichen 7. Mit Industrie 4.0 den Produktionsstandort Deutschland modernisieren 8. Forschung, Entwicklung und Innovation bei digitalen Technologien auf Spitzenniveau bringen 9. Digitale Bildung in allen Lebensbereichen realisieren 10. Eine Digitalagentur als moderes Kompetenzzentrum ins Leben rufen Folie 7

8 Industrie 4.0 Was ist das? Industrie 4.0 steht für die 4. industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Grundlage sind sogenannte Cyber-Physische Systeme, die bezogen auf moderne Steuerungssysteme, eingebettete Softwaresysteme und eine Internetadresse besitzen. Damit werden zukünftige Produkte und Produktionsmittel kommunikationsfähig und können flexibel vernetzt werden. Folie 8

9 Ansätze für Smarte Systeme Verbesserung der Wertschöpfung durch Funktionsintegration Weitere Verbesserung der Wertschöpfung durch Cyber-physische Systeme Aktor M Sensor Regler Adaptiver Regler Vernetzte und kommunizierende Systeme Smart Plant Smart Factory Smart City Source: TU Darmstadt, Effiziente Fabrik 4.0 Source: TU Darmstadt Smart Grid Smart Products Smart Logistics Smart Home Source: TU Darmstadt, ESE Mechanik Mechatronik Adaptronik Cyber-Physische Systeme unterstützen Vernetzung und Kommunikation Zustandsmonitoring (Condition Monitoring) System- und Strukturüberwachung (Systems and Structural Health Monitoring) Ferndiagnose und steuerung (Remote Diagnosis and Control) Objektverfolgung (Tracking and Tracing) Folie 9

10 Die Plattform Industrie 4.0 Folie 10

11 Aufgabenprofile der Arbeitsgruppen der Plattform Industrie 4.0 Referenzarchitekturen, Standards und Normung Forschung und Innovation Sicherheit vernetzter Systeme Rechtliche Rahmenbedingungen Arbeit, Aus- und Weiterbildung Weiterentwicklung des RAMI 4.0-Models Standardisierung und internationale Kooperationen Anwendungsszenarien der Industrie 4.0 Die Zukunft begreifbar machen FuE-Roadmap und Innovationsstrategien IT-Security für KMU IT-Security in der Aus- und Weiterbildung Handlungsbedarfe zu Zivilrecht und Zivilprozessrecht, IT- und Datenschutzrecht, Produkthaftungsrecht, IP-Recht sowie Arbeitsrecht Arbeit, Aus- und Weiterbildung in der Industrie 4.0, hierzu Handlungsbedarfe und felder, Handlungsempfehlungen im Bereich der Qualifizierung/Bildung Folie 11

13 Wichtige Veröffentlichungen Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Smart Service Welt Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 Folie 13

14 Referenzarchitektur für Industrie 4.0 RAMI 4.0 IPv6 URI Quelle: nach Umsetzungsstrategie Industrie 4.0, BITKOM, VDMA, ZVEI; April 2015 Folie 14

15 Industrie 4.0 Komponente Quelle: Umsetzungsstrategie Industrie 4.0, BITKOM, VDMA, ZVEI; April 2015 Folie 15

16 Umsetzungsempfehlungen zu Industrie 4.0 Stand: 14. April 2015 Geschäftsmodelle Wertschöpfung Use Cases Umsetzungsbeispiele Produkte Produktion Folie 16

17 Quelle: Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA VDMA-Leitfaden Industrie 4.0: Werkzeugkasten Industrie 4.0 Zentrales Element des Leitfadens Industrie 4.0 ist der Werkzeugkasten Industrie 4.0 Dieser dient zur Analyse der unternehmenseigenen Kompetenzen und Generierung von Ideen. Folie 17

18 Quelle: Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA VDMA-Leitfaden Industrie 4.0: Werkzeugkasten Industrie 4.0 Aufbau des Werkzeugkastens: Anwendungsebene: Sechs Anwendungsebenen zur Darstellung von Themenbereichen für Ideen im Umfeld von Industrie 4.0. Die Kombination ergibt die Funktionalität. Entwicklungsstufe: Fünf technologische, aufeinander aufbauende Entwicklungsstufen zur eigenen Einordnung und Ideengenerierung. Die höchste Stufe stellt die Vision Industrie 4.0 dar. Anwendungsebene Entwicklungsstufe Folie 18

19 Quelle: Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA VDMA-Leitfaden Industrie 4.0: Werkzeugkasten Produkte Anwendungsebenen: Integration von Sensoren / Aktoren Kommunikation / Connectivity Funktionalitäten zu Datenspeicherung und Informationsaustausch Monitoring Produktbezogene IT-Services Geschäftsmodelle um das Produkt Folie 19

20 Quelle: Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA VDMA-Leitfaden Industrie 4.0: Werkzeugkasten Produktion Anwendungsebenen: Datenverarbeitung in der Produktion Maschine-zu-Maschine- Kommunikation (M2M) Unternehmensweite Vernetzung mit der Produktion IKT-Infrastruktur in der Produktion Mensch-Maschine-Schnittstellen Effizienz bei kleinen Losgrößen Folie 20

21 Quelle: Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA VDMA-Leitfaden Industrie 4.0: Kompetenzanalyse und Zielprofil Ziele: Identifikation vorhandener Industrie 4.0-Kompetenzen Vorgehen: 1. Analyse aller öffentlich zugänglichen Medien 2. Einordnung in die Entwicklungsschritte des Werkzeugkasten-Industrie Festlegung des Zielprofils im Werkzeugkasten Folie 21

22 Quelle: Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand, VDMA VDMA-Leitfaden Industrie 4.0: Ergebnisse für Produkte und Produktion Vorgehen: 1. Analyse aller öffentlich zugänglichen Medien 2. Einordnung in die Entwicklungsschritte des Werkzeugkasten-Industrie Festlegung des Zielprofils im Werkzeugkasten Folie 22

23 Produkte, Produktion, Geschäftsmodelle: Industrie 4.0 Entwicklungsrichtungen Die Chancen liegen in der Umsetzung neuer Geschäftsmodelle! Neue Ansätze für Internetgestützte Geschäftsmodelle Neue Stufe der Organisation und Steuerung der Wertschöpfungskette Vernetzte und miteinander kommunizierende Systeme Apps Verkaufsplattformen Neue Dienstleistungen Service Verkauf von Produktleistung Connectivity Services / Systeme Sensoren / Aktoren Präventive Wartung Bauteilverfolgung Zustandsmonitoring Energiemanagement System- und Strukturüberwachung Bauteile und Betriebsmittel als Informationsträger Adressierung Lokalisierung Identifizierung Folie 23

25 Arbeitswelt von morgen Fortschreitende Informatisierung der Arbeitswelt - Mobile DV-Geräte in der Produktion (SmartPads, SmartPhones), - App-Technologie für die Produktion, - Informationstechnische Markplätze (z.b. für Werkzeuge, Halbzeuge, Materialien), - Internetbasierte Dienste (Services z.b. für Ferndiagnose). Digitalisierung der Arbeitswelt - Verfügbarkeit und Analyse großer Datenmengen (prozessindividualisierte Analysesoftware), - Datenauswertung zur Fehlerfrüherkennung, - Präventive Wartung und Instandhaltung, Flexibilisierung durch - Dezentralisierung und Vernetzung, - Maschinenzustandsmonitoring, - Ferndiagnose und Fernsteuerung. Folie 25

26 Kompetenzzentren Industrie 4.0 in Deutschland Hamburg Bremen Dortmund Paderborn Aachen Kaiserslautern Hannover Lemgo Dortmund Ilmenau Darmstadt MiT 4.0 Potsdam Brandenburg Berlin Igersheim Berlin- Chemnitz Chemnitz Kaiserslautern Karlsruhe Stuttgart Augsburg Stuttgart München Source: Wissenschaftlicher Beirat Industrie 4.0 Folie 26

27 IT-Sicherheit Mittelstands-Technologiezentrum für Industrie 4.0 (MiT 4.0) Das Leistungsportfolio umfasst die zielgruppengerechte Kompetenz-entwicklung. Hierzu sind verschiedene Handlungsstränge und Instrumente zur mittelstandsgerechten Vermittlung im MiT 4.0 definiert. Validierung und Anpassung Handlungsstränge Sensibilisierung Analyse Befähigung Umsetzung Zielgrößen Effiziente Wertschöpfungsprozesse Arbeit 4.0 Neue Geschäftsmodelle Energiemanagement Use Cases Lernfabriken (CiP und Eta) Use Cases Industrie Fachvorträge Demonstratoren Handlungsorientierte Schulungen zur Identifikation von Industrie 4.0-Potenzialen Training in den Lernfabriken für Regionale KMUs Multiplikatoren Umsetzungspartner Unterstützung vor Ort bei Konzepterstellung Technologieauslegung Anlauf und Betrieb Kosten, Zeit, Qualität, Flexibilität Leistungsfähigkeit und Leistungsbereitschaft Neue Leistungen/ Märkte Energiekosten Start ab Q Folie 27

28 Kompetenzentwicklungsstudie Industrie 4.0 Ziele: Ermittlung von Kompetenz- und Qualifizierungsbedarfen zu Industrie 4.0 Exemplarisches Konzept zur Kompetenzentwicklung Besonderer Fokus auf KMU Handlungsempfehlungen für Politik, Wirtschaft und Bildungseinrichtungen Veröffentlichung erster Ergebnisse und Schlussfolgerungen durch acatech Dossier im April 2016 Ergebnisbericht zum IT-Gipfel 2016 Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Folie 28

29 Erste Ergebnisse der Kompetenzentwicklungsstudie Industrie 4.0 Erste Ergebnisse: Unternehmen sehen Digitalisierung vorwiegend als Chance Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Hoher Entwicklungsbedarf bei der Implementierung, insbesondere bei KMU Entscheidender Erfolgsfaktor für die Gestaltung des digitalen Wandels: Qualifizierung der Mitarbeiter durch Aus- und Weiterbildung Folie 29

30 Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Kompetenzbedarf der Unternehmen Höchster Bedarf besteht zu Datenauswertung und analyse Bereichsübergreifendem Prozess Know-How und -management sowie Interdisziplinärem Denken und Handeln Kundenbeziehungsmanagement und Führungskompetenz Unterschiede große Unternehmen und KMU Große Unternehmen: Fokus liegt auf technologie- und datenorientierten Kompetenzen KMU: Fokus liegt auf prozess- und kundenorientierten Kompetenzen Folie 30

31 Exemplarisches Modell zur Kompetenzentwicklung Industrie 4.0 Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Folie 31

32 Handlungsempfehlungen (1) Handlungsempfehlungen zur Kompetenzentwicklung Industrie Rahmenbedingungen und inhaltliche Ausrichtung von Aus- und Weiterbildungsangeboten - Etablierung eines Weiterbildungssystems - Stärkung des dualen Systems - Aus- und Weiterbildung des Lehrpersonals - Bildungsstanderhebung und Kompetenzniveaus - Integration von Medien- und Digitalisierungsinhalten - Ausrichtung an der betrieblichen Ebene - Wissenschaftliche Begleitung Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Folie 32

33 Handlungsempfehlungen (2) Handlungsempfehlungen zur Kompetenzentwicklung Industrie Ansatzpunkte zur Unterstützung, insbesondere von KMUs - Mittelstand4.0 Kompetenzzentren - Vorwettbewerbliche Kooperation - Integration aller Stakeholder - Change Management - Institutionalisierung der strategischen Vorausschau - IT-Sicherheit und passgenaue IT-Lösungen - Rotation in der Aus- und Weiterbildung Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Folie 33

34 Handlungsempfehlungen (3) Handlungsempfehlungen zur Kompetenzentwicklung Industrie Anforderungen an Bildungsanbieter - Ganzheitliche Dienstleistungen und Beratung - Situationsbezogenes Lernen - Qualifizierung/Produktschulung - Skill- und Gap-Analyse - Vermittlung der digitalen Transformation - Non-formale und informelle Weiterbildung - Aktivierung von Unternehmen - Wissens- und Kompetenztransfer - Flexibles und lebenslanges Lernen - Innovative Lehr- und Lernlösungen (z.b. MOOC, z.b. acatech: Quelle: acatech Dossier: Kompetenzentwicklung Industrie 4.0, 2016 Folie 34

35 Weiterqualifikationen Internettechnologien Internetprotokolle Internetadressnomenklatur Web-Services Identifikationstechnologien Barcode, QR-Code RFID-technologien Sensortechnologien Sensorarten Datenaufnahme und interpretation Smarte Sensoren Vernetzungstechnologien Vernetzungstechnologien Produktdaten Produktionsdaten Cyber-Physische Systeme 29. Juli 2016 Fachbereich 16 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Data Analytics Datenkonsolidierung Datenauswertung Algorithmen zur Datenanalyse Datenintepretation Diagnosetechnologien FMEA (Failure Mode and Defect Analysis) Fehlerbaumanalyse Fernsteuerungsmethoden Steuerungstechnologien Aktuatorsysteme Zeitverhalten Datenmanagement Datenstrukturen Rückverfolgung und Prognose Folie 35

37 Zusammenfassung Industrie 4.0 gibt neue Impulse zur Entwicklung und Anwendung cyber-physischer Systeme auf dem Weg zum Internet der Dinge, der Dienste und der Daten. Impulse für die industrielle Einführung: Individualisierung durch Kunden- und Marktinteraktion Innovative Geschäftsmodelle durch integrierte Produkt- und Dienstleistungsqualität Handlungsempfehlungen für die Kompetenzentwicklung und Qualifikation Aktueller Diskussionsstand: Politik: Die Politik hat die Bedeutung von Industrie 4.0 auf Bundesebene und Landesebene erkannt und ist aktiv geworden (Plattform Industrie 4.0, IT-Gipfel, Europäische Initiativen) Wirtschaft: Die Wirtschaft hat sich über die Plattform Industrie 4.0 organisiert Gesellschaft: Wandel der Arbeitswelt durch zunehmende Digitalisierung und Informatisierung. Industrie 4.0 erfordert Aus- und Weiterbildung sowie Weiterqualifikation der Mitarbeiter Industrie 4.0 bietet für Unternehmen eine ernstzunehmende Vision, die es gilt unternehmensspezifisch zu bewerten und umzusetzen. Folie 37

38 Vielen Dank! Source: Potthast Fachschaftenkonferenz Folie 38