Industrie 4.0 in der Produktion Chancen und Risiken für den Mittelstand

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Julian Richter
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1 in der Produktion Chancen und Risiken für den Mittelstand Prof. Dr.-Ing. Walter Wincheringer Tel.: Praxistag KMU 4.0 Wirtschaftsförderungsgesellschaft Westerwaldkreis mbh WesterWaldCampus, Höhr-Grenzhausen 4. Nov Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Entwicklung der Produktion Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 1

2 Migration der Wertschöpfung Menge vs Vielfalt / Scale vs Scope Fertigungsaufwand pro Stück Ziel: um Wettbewerbsvorteile zu sichern und auszubauen Quelle: E. Westkämper, Digitale Produktion Quelle: H.J. Warnecke, Die Fraktale Fabrik Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Lean Production, Toyota Produktionssystem Quelle: Quelle: leansixsigmainfo.com Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 2

3 GPS Abgrenzung Ganzheitliches Produktionssystem: methodisches Regelwerk, Unternehmensprozesse kundenfokusiert, zur stetigen Unternehmenszielerreichung Standardisierung, Vermeidung von Verschwendung und kontinuierliche Verbesserung Anwendung einzelner Methoden (5S, PDCA) führt nicht zum notw. Optimum Gestaltungsprinzipien, Methoden synchronisiert, auf allen Unternehmensebenen etabliert, von allen Mitarbeitern gelebt werden Steigerung und Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit Kulturwandel bei Mitarbeitern auf allen Ebenen Quelle: VDI 2870 Juli 2012 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Bildquelle: Fa. Beckhoff Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 3

4 Interaktion und Vernetzung Mensch und Maschine Produkt und Maschine Maschine und Maschine Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Interaktion und Vernetzung Produktion und Nutzung Unternehmen und Unternehmen Daten und Realität Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 4

5 Verständnis Im Mittelpunkt von steht die echtzeitfähige IKT-Systemen intelligente horizontale und vertikale Vernetzung von Menschen Maschinen und Objekten zum dynamischen Management von komplexen Systemen, und zur Erzeugung neuer Produkte und Dienstleistungen. Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Vernetzung IoT, Potentiale in Deutschland kommulierte Produktivitätssteigerung bis 2025 = 23% +2,21% jährlich vgl. BITKOM, FhG-IAO Studie, 2014 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 5

6 Internet der Dinge und Dienste Quelle: Abschlussbericht AK Ind 4.0, Forschungsunion 2012 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Die nächste Dezentralisierung Von Lean-Management / GPS zum Cyber-physischen Produktionssystem Kennzeichen: Erfassung unmittelbar physikalische Daten, Effekte mit Sensoren Verwendung weltweit verfügbarer Daten und Dienste Daten auswerten und speichern Vernetzung über digitale Kommunikationstechnologien Einwirken auf physikalische Welt mit Aktoren Verwendung multimodaler Mensch- Maschine-Schnittstellen vgl. GSaME, Jahrestagung 2015 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 6

7 Interaktionen in der Smart Factory Autonome Prod.- steuerung, je nach Kapa.angebot Auf Störungen wird autonom reagiert. Lernfähige Maschinen (opt. Parameter). Quelle: Abschlussbericht AK Ind 4.0, Forschungsunion 2012 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, verteiltes Kontext-Management In der Smarte Factory wird operative Planung durch dezentrales Kontext-Management ersetzt, dezentrale Selbstorganisation in Echtzeit! Cyber-physische Systeme (z.b. Maschinen, Anlagen) haben eine Identität kommunizieren untereinander und mit der Umgebung konfigurieren sich selbst (Plug and Produce) speichern Informationen vgl. GSaME, Jahrestagung 2015 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 7

8 Additive Manufacturing Drucken von personalisierten Produkten in Losgröße 1! 3D-Druck auf dem Höhepunkt für Consumer- Anwendungen (Gartner Marktforschung) Der industrielle Bereich erreicht die optimalen Produktivität in 2 5 Jahren. Neuentwicklungen im Bereich: => Materialauswahl und -entwicklung => Geschwindigkeit => zunehmende Präzision => zunehmende mechanische Belastbarkeit der Bauteile vgl. GSaME, Jahrestagung 2015 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, IT-Pyramide wird zum Netz Bisher: Historisch klar hierarchisch strukturiertes Modell Zukünftig: Serviceorientierung Weitergehende Serviceorientierung (XaaS) der SW Serviceorientierte IT-Architekturen De-Hierarchisierung Auflösung der hierarchischen Gliederung Neue Funktionen basierend auf Services App-isierung App-Entwicklung durch Endanwender Simulationen in Echtzeit Offene Standardisierung Effizienzvorteile von IT-Clouds Fokus auf Information / Semantik vgl. GSaME, Jahrestagung 2015 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 8

9 : Umsetzung 4.0-Technologie in der Praxis Extrem heterogene Unternehmens-, Produktionslandschaft. Keine Patentrezepte zur Umsetzung von Ind40 Technologien. Unternehmensspezifische Nutzen-Sicht und Implementierungsschritte sind notwendig. Vier-Phasen-Modell: I. Initiierung, Standpunkt analysieren II. Nutzenpotentiale erkennen und mit vorh. 4.0-Technologie abgleichen III. tragfähige Geschäftsmodelle (use-cases) erstellen und IV. Realisierbare Entwicklungsschritte bestimmen und umsetzen Der Nutzen von Ind40 entfaltet sich durch eine smarte Verknüpfung vorhandener Technologien! Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, : Umsetzung 4.0-Technologie in der Praxis Management Initiative Fokusbereich definieren Projektteam bilden Kompetenzen bündeln Know-howabgleich Probleme, Potentiale im Fokusbereich identifizieren Lösungsideen generieren Mit möglichen Technologien abgleichen Grobkonzepte Detaillierte Beschreib. d. tech. Lösung, Anwendungsszenarios Kosten-, Nutzenbetrachtung Geschäftsmodell Zieldefinition Umsetzungsprojektplan Budgetfreigabe Umsetzungsschritte Reviews Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 9

10 : Umsetzung 4.0-Technologie in der Praxis Beispiel Checkliste für Produktion IST SOLL IST SOLL Bildquelle: VDMA Leitfaden Ind40, 2015 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Anwendungsportfolio Bsp. für Anwendungen und Position im Anwendungsportfolio hoch Identifikationstechnologie Digitale QS-Unterstützung Maschine-Werkstück-Kommunikation Selbststeuernde Produktion Simulation, VR Augmented Reality Wirtschaftliche Chancen Anwendungsrisiko gering Umsetzungsaufwand hoch Reifegrad Quelle: agiplan Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 10

11 Digitales Produktions-Labor (DPL) Digitales Produktions-Labor Gestaltung und Optimierung von bestehenden und neuen Produktions- und Montageprozessen SMART FACTORY Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Fragen vor der Simulation Welche Einsparungen kann ich durch eine Wertstromoptimierung in der Produktion erschließen? Wie sieht dann meine Produktion aus? Wie stark sinkt meine Produktivität bei 30% mehr Varianten? Führt eine Aufgabenintegration in die Fertigungslinie zu einem Produktionsverlust? Welche Anlage in der Produktion muss wie weit optimiert werden, wenn ich meine Gesamtausbringung um 20% erhöhen möchte? Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 11

12 Bsp. Hallenlayout Ist-Situation Materialtransport in der Produktion ist Verschwendung, da der Kunden dadurch keinen Mehrwehrt hat und dafür nichts bezahlt. Analyseergebnis: Betriebsmittelanordnung und Materialfluss ungünstig Kreuzende Materialflüsse Lange Wege, hoher Transportaufwand Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Bsp. neues Hallenlayout (wertstromoptimiert) Optimierung: Virtuelle Darstellung der Betriebsmittel Bestimmung der Wertstrom-ZDF Neuplanung und Optimierung der Abläufe nach Wertstromgesichtspunkten. Simulation- und Animation der Neuplanung Transportaufwand um 30% reduziert Taktzeitharmonisierung wird fortgeführt Videolink: Wertstromoptimierte Betriebsmittelanordnung.mp4 Prof. Dr.-Ing. W. Wincheringer Praxistag KMU 4.0, WesterWaldCampus, Seite 12

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