Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie

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1 Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Industrie 4.0 in der Praxis: Herausforderungen und Lösungsansätze Essen, Prof. Dr. Harald Peters

2 Was bedeutet Industrie 4.0? Quelle: DFKI, Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 2

3 Was ist ein Cyber Physisches System (CPS)? Verschmelzung der Informationsverarbeitung mit dem physikalischen Prozess verstärkte Nutzung von Informationssystemen, die in den physikalischen Prozess eingebettet sind intensive Vernetzung aller physikalischen Prozesse untereinander durch Informationsflüsse vermehrte Interaktion der physikalischen Prozesse mit der Umwelt (Sensor/Aktor) Anpassung von Prozess und Informationssystem an die sich verändernde Umwelt durch Lernfunktionen Big Data : intelligente Ausnutzung der riesigen und unstrukturierten Datenmengen nach J. Jasperneite physischer Prozess + digitales Modell Mechanik Elektrik Automatisierung IT + Software Instandhaltung HMI Identität Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 3

4 Beipiele von Cyber Physischen Systemen Anlagenkomponente Produkt Produktionsanlage Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 4

5 Die 3 Dimensionen von Industrie 4.0 Horizontale Integration Durchgängigkeit des Engineering Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme Quelle: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 5

6 Industrie 4.0 ist kein reines IT-Thema Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 6

7 Ein kleiner Ausflug in die Stahlindustrie Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 7

8 Prozessketten der Stahlherstellung Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 8

9 und wie sie in Realität aussehen Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 9

10 und ihre Komplexität mischen fest -> flüssig -> fest kühlen gießen kontinuierlich -> semi Batch -> Batch -> Stück schmieden walzen Schmelze -> Bramme -> kurzes Band -> langes Band verzinnen/verzinken glühen schweißen linear, nicht-linear statisch, hoch dynamisch, transient erhitzen schneiden farbbeschichten schmelzen langsam (8h) -> mittel (min) -> sehr schnell (msec) säubern aufwickeln Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 10

11 Interpretation von Industrie 4.0 für die Stahlindustrie? Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 11

12 Horizontale Integration in der Stahlindustrie (außerhalb des Stahlunternehmens) Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 12

13 Beispiele einer horizontalen Integration Quelle: D Quelle: ESTAD 2014, abstracts Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 13

14 Durchgängigkeit des Engineering Anlage digitales Modell der Anlage Produktdesign Produktionsplanung Produktionsengineering Produktion Services digitales Modell des Produkts Produkt Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 14

15 Durchgängigkeit des Engineerings Produktion Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 15

16 Vertikale Integration und vernetzte Produktion (= vertikale Integration + horizontale Integration innerhalb des Unternehmens) Einzelanlage als Cyber Physisches Produktionssystem (CPPS) Vernetzung und intensive Kommunikation aller Anlagen Intelligentes Produkt mit Kenntnis seiner Qualität und Produktionshistorie Selbstorganisation anstelle von zentralen, vorgeplanten Lösungen Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 16

17 Vertikale Integration Vertikale Integration und Systemwandel in der Automatisierung Automatisierungspyramide Internet of things Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 17

18 Cyber Physisches Produktionssystem Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 18

19 Big Data, die vier V s Big Data bezeichnet die Analyse großer Datenmengen aus vielfältigen Quellen in hoher Geschwindigkeit mit dem Ziel, wirtschaftlichen Nutzen zu erzeugen. (BITKOM) Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 19

20 Big Data in der Stahlindustrie hochaufgelöste, synchronisierte Daten Übergang zu mehr-dimensionalen Daten ( räumlich ) anstatt nur 1D Einbeziehung von Textdaten, Video-/Audio-Streams, Daten mit Lücken (unstrukturiert) Schnelle Verarbeitung und online -Nutzung der Ergebnisse Big Data Analytics Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 20

21 Arbeiten des Instituts Identifizierung / Temperaturmessung von Pfannen mit SAW Sensoren IT-Lösungen für komplette Genealogie der Produkte Qualitätsentscheidungen basierend auf Regeln und Ontologien Semantische Modellierung der Prozesskette Big Data Techniken für die schnelle Visualisierung und Analyse von Oberflächenfehlern Big Data: Erkennung von Prozesssituationen Sensorik für Produktqualität und Prozessüberwachung Prozessstufenübergreifende Automatisierung Dezentrale Planung mit Multi-Agenten Systemen und SOA Selbst organisierende Produktion Elektronische Ablage von Arbeitsvorschriften Einzelanlage als Cyber Physisches Produktionssystem (CPPS) Vernetzung und intensive Kommunikation aller Anlagen Intelligentes Produkt mit Kenntnis seiner Qualität und Produktionshistorie Selbstorganisation anstelle von zentralen, vorgeplanten Lösungen Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 21

22 Elektronische Arbeitsvorschriften Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 22

23 Identifizierung mittels SAW-Sensoren Quelle: ex.php/acoustic_sens or + Temperaturmessung Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 23

24 Beispiel: TKS Rasselstein, 24 Anlagen, 1137 Messgrößen Materialverfolgung, Materialgenealogie ohne eine geeignete Materialverfolgung (stückbezogen, längen- und lagerichtig) aller Zwischen- und Endprodukte sind Industrie 4.0 und Big Data in der Stahlindustrie nur wenig effektiv einsetzbar Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 24

25 Semantische Modellierung der Produktionskette Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 25

26 Innen- und Oberflächenfehlerprüfung Bramme EMAT s Lorentz-Effekt Pole shoes Magnetostriktionseffekt Phased-Array Prüfkopf industrietauglich, Kühlung für Einsatz bei hohen Temperaturen Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 26

27 Entscheidungsunterstützungssystem Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 27

28 Ontologie basierte Materialfreigabe Freigabe?? Erfahrungswissen Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 28

29 Prozessstufenübergreifende Temperaturführung Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 29

30 Prozessstufenübergreifende Eigenschaftsregelung Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 30

31 Big Data als Basis für die Ursachenanalyse von Qualitätsfehlern Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 31

32 Dezentrale Produktionsplanung? Das Produkt bewegt sich selbst-organisiert entlang der Prozesskette Suche nach der optimalen Lösung mit Hilfe von Softwareagenten Ereignis gesteuert anstatt zentral voraus geplant Größere Flexibilität im Ralle unplanmäßiger Abweichungen Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 32

33 Selbstorganisierende Produktion Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 33

34 Agentenbasierte Umplanung von Produkten Ein Produkt verfehlt seine Spezifikation nutzt Modelle um seinen zukünftigen Zustand vorherzusagen und verhandelt an einem virtuellen Marktplatz um eine neue, alternative Bestellung Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 34

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Anwendungsbeispiele von Industrie 4.0 in der Stahlindustrie Prof. Dr. Harald Peters Seite 35