Industrie 4.0 Medienhype oder Chance?

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1 PROJEKTGRUPPE RESSOURCENEFFIZIENTE MECHATRONISCHE VERARBEITUNGSMASCHINEN Industrie 4.0 Medienhype oder Chance? Messe München, AUTOMATICA, Forum Industrie 4.0, Juni 2014 Projektgruppe RMV des Fraunhofer IWU

2 Industrie 4.0 Medienhype oder Chance? Agenda Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Industrie die vierte industrielle Revolution? Cyber-Physische Produktionssysteme Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Zusammenfassung 2

3 Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Jahrgang 1956 Promotion am iwb bis 1993 leitender Angestellter bei der BMW AG Seit 1993 bis heute Inhaber des Lehrstuhls für Betriebs-wissenschaften und Montagetechnik Von 2002 bis 2007 Vorstand für Technik und Markt der IWKA AG Seit 2007 Sprecher des Bayerischen Clusters Mechatronik & Automation e.v. Seit 2009 Leiter der Fraunhofer IWU- Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen (RMV) 3

4 Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Forschungsausrichtung: Senkung des Ressourcenverbrauchs bei Verarbeitungsmaschinen 4

5 Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU, Projektgruppe RMV Abteilungen und Gruppen 5

6 Industrie 4.0 Medienhype oder Chance? Agenda Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Industrie die vierte industrielle Revolution? Cyber-Physische Produktionssysteme Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Zusammenfassung 6

7 Quelle: Industrie Die vierte industrielle Revolution? Medienhype um Industrie 4.0 Quelle: Quelle: NDR1 Quelle: Quelle: Quelle: 7

8 Industrie Die vierte industrielle Revolution? Auf dem Weg zur 4. Industriellen Revolution 1. Einführung mechanischer Produktionsanlagen im 18. Jahrhundert 2. Arbeitsteilige Massenfertigung und Automatisierung (Taylorismus) ab Einsatz von Elektronik und IT zur weiteren Automatisierung der Produktion ab Intelligente Objekte und Internet der Dinge bis

9 Stefanie Fi scher Auftra g: Folge auftra g: Zahnrad m80 i07, xxxxxxxxxxxxx Auftrag Industrie Die vierte industrielle Revolution? Charakteristika von Industrie 4.0 Big Data Vernetzung Leistungsfähige Prozessoren, kostengünstige Massenspeicher, Eingebettete Systeme - CPS Mechatronische Systeme Industrie 4.0 Intelligente Produkte Sensoren & Aktoren Mensch-Maschine- Kollaboration Vernetzung von Virtualität und Realität Externes Rüsten Internes Rüsten Bildquellen: BMW Group, Intel 9

10 Industrie Die vierte industrielle Revolution? Entwicklungen im Rahmen von Industrie 4.0 Kommunikationsstandards auf Basis von TCP/IP für ad-hoc Vernetzung, Plug & Produce und eine schnelle Integration neuer Maschinen. Industrie 4.0 Big Data steht für Knowledge Discovery in Databases, Smart Data, Data Mining, Analytics und Mustererkennung. Intelligente Assistenzsysteme zur Unterstützung des Menschen bei der Visualisierung von Zuständen und Informationen, der Gezielte Reduktion von Informationen, der Erhöhung der menschlichen Zuverlässigkeit und der Mensch-Roboter-Kollaboration. 10

11 Industrie 4.0 Medienhype oder Chance? Agenda Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Industrie die vierte industrielle Revolution? Cyber-Physische Produktionssysteme Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Zusammenfassung 11

12 Cyber-Physische Produktionssysteme Definitionen Cyber-Physisches System (CPS) Illustration Sitzeinstellung, Temperatur, Radiosender, 12 Bildquellen: BMW, Apple

13 Cyber-Physische Produktionssysteme Definitionen Cyber-Physisches Produktionssystem (CPPS) CPPS dominieren zukünftige Produktions- und Logistikszenarien als intelligente Produkte und intelligente Betriebsmittel. CPPS in der Produktion vernetzen sich ad-hoc und ermöglichen so dezentrale, reaktionsfähige Steuerungssysteme, die verstärkte Nutzung dezentraler Intelligenz, die kontinuierliche Planung und Überwachung von Ressourcen-effektivität und -effizienz sowie die wirkungsvolle Integration des Mitarbeiters in die Produktion. 13 Bildquellen: iwb, DMG

14 Cyber-Physische Produktionssysteme Anwendungen von CPPS in Produktion und Logistik Simulationsservices Planung und Steuerung von Produktionsabläufen Management-Cockpit CPS-Produktionsinsel 1 CPS-Produktionsinsel 2 CPS-Produktionsinsel n CPS-Werkstückträger CPS- Werkzeugmaschine Produktionslogistik CPS- Handhabungseinrichtung Legende: CPS-Fähigkeit Assistenzsystem Handhabungseinrichtung Werkzeugmaschine Werkstückträger Produkt 14

15 Industrie 4.0 Medienhype oder Chance? Agenda Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Industrie die vierte industrielle Revolution? Cyber-Physische Produktionssysteme Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Zusammenfassung 15

16 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Potenziale von CPPS in Produktion und Logistik Nutzenpotenziale Modularisierung Funktionsorientierung Autonome Entscheidungen Kontextadaptive Automatisierung Integration offener Netze 16

17 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Inlinekompensation von Werkzeugverformungen Prozessdaten Ist-Werte für z. B. Schnitttiefe, Spanweg Zielgrößen (z. B. Oberflächengüte) Prozessdaten Optimale Prozessdaten für stabilen Bearbeitungsprozess Werkzeugzustand Bewertet den Prozess (Kräfte, Rattern, Drehzahlen) Regelt die Steuerungsparameter für stabilen Betrieb Bewertet den Verschleißzustand Bricht Bearbeitung bei Grenzwertüberschrei-tung ab Werkzeugintelligenz: Nimmt den Zustand über Vibrations-sensoren und DMS auf 17

18 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Intelligentes Rüstteilemanagement Motivation Häufige organisatorische Verluste bei Ein- und Umrüstungsvorgängen Bearbeitungsmaschine mit Lesegeräten Mobiles Bediengerät Rüstteilemanagement ID-fähige Rüstteile Intransparenz der Verfügbarkeit von Rüstteilen in Planungsprozessen Zielsetzung Datenaustausch Erhöhung der Maschinenverfügbarkeit durch Sicher-stellung der richtigen Rüstung Datenbank Optimierte Feinplanung durch transparente Verfügbarkeit Bediener Quelle: Wittenstein AG 18

19 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Intelligente Vernetzung in der Robotik Motivation Häufiger Austausch von Werkstücken & Werkzeugen Wechsel von Produktionsprozessen Angepasster Einsatz von Sensorik Ext. Achse Roboter Sensor Spannelement Veränderungen in der Peripherie und Konfiguration Sensor Sensor Zielsetzung Automatische Integration von Peripheriekomponenten in Mikromontagesysteme Sensor Greifer Sensor Erhöhung der Flexibilität von Robotersystemen Reduktion des erforderlichen Expertenwissens Berücksichtigung der Heterogenität Beherrschung dynamischer Funktionalität 19

20 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Mensch-Maschine-Kollaboration Motivation Manuelle und aufwändige Fixierung der Türdichtung Hohe körperliche Belastung der Mitarbeiter Steigende Anforderungen an die Qualität in der Montage Zielsetzung Kollaboration Mensch-Roboter ohne Schutzeinrich-tungen Reduzierung der ergonomischen Belastung Quelle: BMW Group 20

21 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Situative Produktionsplanung und -steuerung unter Einsatz eines CPS-Spannzeugs Referenzarchitektur für Cyber-Physische Produktionssysteme Das Produkt kommuniziert seine Anforderungen an ein selbstregelndes CPS-Spannzeug. Situative und serviceorientierte PPS unter Einsatz aktueller Ressourcen- und Auftragsinformationen. Mitarbeiter erhalten intuitive Entscheidungsinformationen auf dem ipad ( Operator- Cockpit ). Erarbeitung von Sicherheitskonzepten und Risikobewertungen für CPS. 21

22 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Gestaltung kundeninnovierter Produkte Motivation Steigende Kundenindividualität an Lifestyle-Produkte Freie Gestaltung des Produkts durch den Kunden Intuitive Nutzung interaktiver Technologien des Web 2.0 Zielsetzung Einbindung des Kunden in den Produktentstehungsprozess Erstellung eines eigenen Designs für einzelne Komponenten Inspiration und Bewertung der Entwürfe über soziale Netzwerke Online-Kommunikation zwischen Kunde und Produktionsplanung Kunde Demoobjekt Gestaltung Kunden-Community Open-Innovation-Plattform Herstellung Design-Bewertung, Adaption von Designs Realisierbarkeit, Liefertermin und Preis 22

23 Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Vorgehensweise Herstellung kundeninnovierter Produkte Entwicklung neuartiger Methoden zur Produktionsplanung und -steuerung Umsetzung kurzfristiger Kundenwünsche Autonome, effiziente Steuerung mittels bionischer Kommunikationsstruktur Flexibles automatisiertes Fertigungssystem für die dezentrale Produktion mittels Smart Objects Produktionsplanung und -steuerung Arbeits- und Prozessplanung Termin- und Kapazitätsplanung Herstellkostenermittlung Produktionsauftrag Hochflexibles Fertigungssystem Open-Innovation-Plattform Produktmodell Bionische Kommunikationsstruktur Kundeninnoviertes Demoobjekt 23

24 Industrie 4.0 Medienhype oder Chance? Agenda Kurzvorstellung der Fraunhofer IWU Projektgruppe RMV Industrie die vierte industrielle Revolution? Cyber-Physische Produktionssysteme Chancen und Potenziale von Industrie 4.0 Zusammenfassung 24

25 Zusammenfassung Thesen der acatech Plattform Industrie 4.0 Mensch 1.Vielfältige Möglichkeiten für eine human-orientierte Gestaltung der Arbeitsorganisation werden entstehen, auch im Sinne von Selbst-organisation und Autonomie. Insbesondere eröffnen sich die Chancen für eine alternsund altersregerechte Arbeitsgestaltung. 2.Das Aufgabenspektrum der Mitarbeiter wird breiter, ihre Qualifikationen und Handlungsspielräume höher, ihr Zugang zu Wissen deutlich besser. 3.Lernförderliche Arbeitsmittel (Learnstruments) und kommunizierbare Arbeitsformen (Community of Practice) erhöhen die Lehr- und Lernproduktivität, neue Ausbildungsinhalte mit einem zunehmend hohen Anteil an IT-Kompetenzen entstehen. Organisation 14.Neue und etablierte Wertschöpfungsnetze mit Mehrwert integrieren Produkt und Service und ermöglichen die dynamische Variation der Arbeitsteilung. 15.Zusammenarbeit und Wettbewerb (Coopetition) führt betriebswirtschaftlich und rechtlich zu neuen Strukturen. 16.Systemstrukturen und Geschäftsprozesse werden auf dem jeweils gültigen Rechtsrahmen abbildbar; neue rechtliche Lösungen ermöglichen neue Vertragsmodelle. 17.Es entstehen Chancen für die Vermittlung regionaler Wertschöpfung auch in sich entwickelnden Märkten. 4.Lernzeuge gebrauchstaugliche, lernförderliche Artefakte vermitteln dem Nutzer ihre Funktionalität automatisch. Quelle: Presse/Presseinfos News/ab_2014/Industrie_4.0_Broschuere.pdf 25

26 Zusammenfassung Thesen der acatech Plattform Industrie 4.0 Technik 5.Industrie 4.0-Systeme sind für den Anwender einfach zu verstehen, intuitiv zu bedienen, sie sind lernförderlich und reagieren verlässlich. 6.Allgemein zugängliche Lösungsmuster erlauben es vielen Akteuren, Industrie 4.0-Systeme zu entwerfen, zu realisieren und zu betreiben (Industrie 4.0 by Design). 7.Die Vernetzung und Individualisierung der Produkte und Geschäftsprozesse erzeugt Komplexität, die z. B. durch Modellierung, Simulation und Selbstorganisation bewirtschaftet wird. Ein größerer Lösungsraum kann schneller analysiert und Lösungen können schneller gefunden werden. 8.Die Ressourceneffektivität und -effizienz kann kontinuierlich geplant, umgesetzt, überwacht und autonom optimiert werden. 9.Produkte sind aktive Informationsträger und über alle Lebenszyklusphasen adressier- und identifizierbar. 10.Systemkomponenten sind auch innerhalb von Produktionsmitteln adressier- und identifizierbar. Sie unterstützen die virtuelle Planung von Produktionssystemen und -prozessen. 11.Neue Systemkomponenten verfügen mindestens über die Fähigkeiten der zu ersetzenden und können deren Funktion kompatibel übernehmen. 12.Sie bieten ihre Funktionalitäten als Dienste an, auf die andere zugreifen können. 13.Eine neue Sicherheitskultur führt zu vertrauenswürdigen, resilienten und gesellschaftlich akzeptierten Industrie 4.0- Systemen Quelle: Presse/Presseinfos News/ab_2014/Industrie_4.0_Broschuere.pdf 26

27 Zusammenfassung Arbeitsgemeinschaft Industrie 4.0 Arbeitsgemeinschaft fokussiert den Beitrag von Industrie 4.0 zur Ressourceneffektivität Partner der ARGE definieren gemeinsame Themen Vorstellung der Ergebnisse bei den Quartalstreffen Aufnahme eines neuen Partners nach Einverständniserklärung jedes Partners Rahmenvertrag reguliert die Beteiligungssumme (z. B. 3 MM) Arbeitsgemeinschaft Industrie 4.0 Anwender 1 Komponenten Hersteller OEM Anwender 2 27

28 Zusammenfassung Cyber-Physische Systeme und Produktionssysteme verfügen über multimodale Sensoren und Aktoren. ermöglichen die intelligente Vernetzung von Mensch, Produkt und Produktionsmittel. sind in der Lage, die steigende Komplexität in Produktionstechnik zu beherrschen. der ermöglichen eine kostengünstige Produktion. vereinen hohe Flexibilität mit einem großen Maß an Produktivität. 28

29 Ihr Weg zu uns Kontaktdaten Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Institutsleiter TUM iwb und Hauptabteilungsleiter FhG IWU RMV Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen Beim Glaspalast 5 I Augsburg Telefon I Fax -50 gunther.reinhart@iwu.fraunhofer.de