Digitalisierung Industrie 4.0 Stand der Entwicklung, Herausforderungen und Chancen

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1 Fakultät Maschinenwesen, Professur für Arbeitswissenschaft 2. Fachtag der Technischen Bildung Baden-Württemberg 7. April 2016, Schwäbisch Gmünd Digitalisierung Industrie 4.0 Stand der Entwicklung, Herausforderungen und Chancen Prof. Dr.-Ing. Martin Schmauder

2 Digitalisierung Der Begriff der Digitalisierung wird in zwei Interpretationen verwendet. Er bezeichnet sowohl die Überführung von Informationen von einer analogen in eine digitale Speicherung und den Prozess, der durch die Einführung digitaler Technologien bzw. der darauf aufbauenden Anwendungssysteme hervorgerufenen Veränderungen. Quelle: Enzyklopädie der Wirtschaftsinformatik

3 Digitalisierung digitizing Umwandlung von analogen Daten (Text, Bild, Ton) in digitale (diskrete/abgestufte) Daten. Analog gespeicherte Bilder werden in eine Matrix zerlegt, mit jedem Bildpunkt erfasst und dann in einem Format wie z. B. JPEG gespeichert. Töne werden digitalisiert, indem Schallwellen in festgesetzten Abständen in digitaler Form erfasst ( abgetastet ) und in einer Datei z. B. im Format MP3 abgespeichert werden. Liegen die Daten in digitaler Form vor, dann können diese über unterschiedliche Medien transportiert sowie auf unterschiedlichen Endgeräten präsentiert werden. Analoge Inhalte sind an ihr Medium gekoppelt, digitale nicht. Quelle: Enzyklopädie der Wirtschaftsinformatik

4 Digitalisierung Digitalization Die Digitalisierung im Sinne der zweiten Interpretation lässt sich auf der Ebene eines Individuums, einer Organisation oder einer Gesellschaft betrachten. Auf individueller Ebene führt die verstärkte Nutzung von Anwendungssystemen zu einer Veränderung von Arbeits- und Handlungsweisen. Früher betrafen diese Veränderungen primär den beruflichen Kontext, heute ist zunehmend auch der private Kontext tangiert. Organisationen haben in den letzten Jahrzehnten viel in die Nutzung von Informationstechnologien investiert. Lag zunächst der Fokus auf Effizienzsteigerung im administrativen Bereich, so liegt er heute auf der Vernetzung von Unternehmen untereinander und mit Kunden und Lieferanten. Damit hat das Informationsmanagement in Unternehmen zunehmende Bedeutung erlangt. Auf gesellschaftlicher Ebene führt die Digitalisierung zu strukturellen Veränderungen (Dienstleistungen, Bildungssystem, Verwaltung, volkswirtschaftliche Bedeutung der IT-Industrien, Social Media, )

5 Beispiel: der intelligente Kühlschrank Die Küche der Zukunft hat es in sich: Ein intelligenter Kühlschrank, der seinen Lebensmittelvorrat kennt und ein Küchencomputer, der mit dem Kühlschrank in Verbindung steht. Beide zusammen tauschen Daten aus und liefern Rezeptvorschläge. Und auf Wunsch liest der Computer das Ganze auch vor: "100 ml Bieressig, 10 Lorbeerblätter, 10g Mehl, 2 Möhren... Quelle: SerCHo-Projekt Problem: Übertragung von Funktionalitäten und Planungsabläufen aus der Bürowelt in die Privatwelt jeder Bereich hat seine eigene Charakteristik.

6 Digitalisierung Digitalization Die Digitalisierung im Sinne der zweiten Interpretation lässt sich auf der Ebene eines Individuums, einer Organisation oder einer Gesellschaft betrachten. Auf individueller Ebene führt die verstärkte Nutzung von Anwendungssystemen zu einer Veränderung von Arbeits- und Handlungsweisen. Früher betrafen diese Veränderungen primär den beruflichen Kontext, heute ist zunehmend auch der private Kontext tangiert. Organisationen haben in den letzten Jahrzehnten viel in die Nutzung von Informationstechnologien investiert. Lag zunächst der Fokus auf Effizienzsteigerung im administrativen Bereich, so liegt er heute auf der Vernetzung von Unternehmen untereinander und mit Kunden und Lieferanten. Damit hat das Informationsmanagement in Unternehmen zunehmende Bedeutung erlangt. Auf gesellschaftlicher Ebene führt die Digitalisierung zu strukturellen Veränderungen (Dienstleistungen, Bildungssystem, Verwaltung, volkswirtschaftliche Bedeutung der IT-Industrien, Social Media, )

7 Daten in digitaler Form am Arbeitsplatz 82,6 % Quelle:

8 Entgrenzung der Arbeit Trennung zwischen auf Arbeit und Feierabend verschwimmt. Bezüglich Zeit und Ort ( Arbeite mit wem, wann und wo du willst, Mittags an die Sonne, nachts an den Schreibtisch ) Arbeit zu unüblichen Zeiten Just in time (Wenn alles erledigt ist, ist Schluss) Möglichkeit der privaten Nutzung des Internets während der Arbeit

9 Cyber-Physische Systeme Cyber-Physisches System (CPS) CPS sind Systeme mit eingebetteter Software, die über Sensoren und Aktoren verfügen, erfasste Daten auswerten und speichern, mit Kommunikationseinrichtungen untereinander sowie in globalen Netzen verbunden sind, weltweit verfügbare Daten und Dienste nutzen und über Mensch-Maschine-Schnittstellen verfügen. Cyber-Physisches Produktionssystem (CPPS) CPPS beinhalten intelligente Produkte und intelligente Betriebsmittel. CPPS ermöglichen eine dezentrale, reaktionsfähige, kontextadaptive Produktions- und Logistiksteuerung; situationsbedingte, lokale Regelkreise, die Entscheidungsalternativen absichern Quelle: acatech Position "Cyber-Physical Systems" 2011

10 Auflösung der hierarchischen Automatisierungspyramide durch CPS mit verteilten Diensten Quelle: VDI / VDE Cyber-Physical-Systems, Chancen und Nutzen aus Sicht der Automation

11 Quelle: FhG-IAO

12 Industrie 3.0 Traditionelles Arbeitssystem Technologie als Hilfsmittel Menschliche Entscheidungen Sonderform: Taktbindung, Standardisierung Industrie 4.0 Hybrides System (Autonome) technologische Entscheidungen Menschliche Entscheidungen

13 VDI-Nachrichten, 9. Januar 2015

14 Vergleich Mensch - Maschine

15 Industrie 4.0: Was ändert sich im Arbeitssystem? Arbeitsaufgabe Mensch Material Information Energie Arbeitsmittel Arbeitsablauf Arbeitsplatz Arbeitsstätte Produkt Abfall Information Arbeitsumgebung Folie 15

16 Industrie 4.0: Was ändert sich im Arbeitssystem? Arbeitsaufgabe Mensch Material Information Energie Arbeitsmittel Arbeitsablauf Arbeitsplatz Arbeitsstätte Produkt Abfall Information + Weniger Routineaufgaben durch automatisierten Informationsfluss Arbeitsumgebung - Transparenter Mensch als Teil des Informationsflusses

17 Industrie 4.0: Was ändert sich im Arbeitssystem? Arbeitsaufgabe Material Information Energie Mensch + Erweiterte Handlungsspielräume durch Informationsunterstützung - Kognitive Überforderung Produkt durch hohe Arbeitsablauf Komplexität und Abfall Geschwindigkeit - Abnahme persönlicher Information Nähe und Kontakthäufigkeit 0 Zunahme Arbeitsplatz Problemlösungs- und Arbeitsmittel Überwachungsaufgaben Arbeitsstätte 0 Häufige Produktwechsel Arbeitsumgebung

18 Industrie 4.0: Was ändert sich im Arbeitssystem? Arbeitsaufgabe Mensch Material Information Energie Arbeitsmittel Arbeitsablauf Arbeitsplatz Arbeitsstätte Produkt Abfall Information + Bessere Vereinbarkeit Arbeitsumgebung von Familie und Beruf durch flexible Arbeitsorganisation - Verlust an Zeitsouveränität (Die Technik bestimmt die Flexibilität)

19 Industrie 4.0: Was ändert sich im Arbeitssystem? Arbeitsaufgabe Mensch Material Information Energie Arbeitsablauf Produkt Abfall Information - Verlust Arbeitsplatz Arbeitsmittel an Steuerungskompetenz durch Verlust an Erfahrungswissen Arbeitsstätte ( Ironie der Automatisierung ) Arbeitsumgebung

20 Industrie 4.0: Was ändert sich im Arbeitssystem? Arbeitsaufgabe Mensch Material Information Energie Arbeitsmittel Arbeitsablauf Arbeitsplatz Arbeitsstätte Produkt Abfall Information + Vorteile für gering qualifiziertes Personal durch erleichtertes Anlernen Arbeitsumgebung mittels Assistenzsystemen - Entfremdete Arbeit durch autonome Entscheidungen der technologischen Systeme

21 Industrie 4.0 Der Anfang der menschenleeren Fabrik? 1. Werkzeugszenario: Industrie 4.0 wird als Assistenzsystem genutzt. Der Mensch bleibt der Prozessgestalter. 2. Automatisierungsszenario: menschliche Gestaltungsspielräume werden eingeengt, vom System generierte Vorgaben müssen umgesetzt werden. Hoch qualifizierte Arbeit ist in der Planung und Programmierung vorhanden.

22 Digitalisierung Digitalization Die Digitalisierung im Sinne der zweiten Interpretation lässt sich auf der Ebene eines Individuums, einer Organisation oder einer Gesellschaft betrachten. Auf individueller Ebene führt die verstärkte Nutzung von Anwendungssystemen zu einer Veränderung von Arbeits- und Handlungsweisen. Früher betrafen diese Veränderungen primär den beruflichen Kontext, heute ist zunehmend auch der private Kontext tangiert. Organisationen haben in den letzten Jahrzehnten viel in die Nutzung von Informationstechnologien investiert. Lag zunächst der Fokus auf Effizienzsteigerung im administrativen Bereich, so liegt er heute auf der Vernetzung von Unternehmen untereinander und mit Kunden und Lieferanten. Damit hat das Informationsmanagement in Unternehmen zunehmende Bedeutung erlangt. Auf gesellschaftlicher Ebene führt die Digitalisierung zu strukturellen Veränderungen (Dienstleistungen, Bildungssystem, Verwaltung, volkswirtschaftliche Bedeutung der IT-Industrien, Social Media, )

23 Quelle: Einfluss der Digitalisierung auf die Gesellschaft

24 Digitalisierung - Lernen Lerntechnologien E-learning-Plattformen Webinar Virtual classroom Game based learning Interaktion im Hörsaal

25 Digitalisierung - Fazit Verknüpfung von Produkt und Information Geschwindigkeit der Informationsübermittlung, unbegrenzte Speichermöglichkeiten Informationsfülle, Informationsparallelität Privatwelt und Arbeitswelt vermischen sich Zunahme der Online-Dienste (Alles immer verfügbar - alles sofort auf Knopfdruck ) Netzwerke / Plattformen - Ressourcen können gemeinsam genutzt werden Ergänzung und/oder Ersetzung menschlicher Arbeit?

26 Digitalisierung und Beton? Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Martin Schmauder Professur Arbeitswissenschaft Institut für Technische Logistik und Arbeitssysteme TU Dresden Dresden