Industrie 4.0 wie die Digitalisierung die Produktionskette revolutioniert

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1 Industrie 4.0 wie die Digitalisierung die Produktionskette revolutioniert Prof. Dr. Dieter Wegener Head of External Cooperation, Siemens Corporate Technology Sprecher ZVEI Führungskreis Industrie 4.0 IAS-Festkolloqium 27, Universität Stuttgart, 14. Juli 27 ZVEI Deutscher Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie

2 Übersicht 1 Digitalisierung der Wirtschaft 2 Industrie 4.0 wirkt in 3 Dimensionen 3 Security & Safety bei Industrie Fazit Folie 2

3 Industrie 4.0 ist die industrielle Applikation bei Digitalisierung der Wirtschaft Business DAS INTERNET DER DIENSTE Kultur Consumer IoS: Internet of Services Querschnittsthemen, die für alle Bedarfsfelder gelten Semantische Technologien, Betreibermodelle, Cloud Computing, Betreiberplattform für Dienste Industrie 4.0 CPS-Szenario Smart Factory Smart Plant Energie CPS-Szenario Smart Grid Mobilität CPS-Szenario Smart Mobility Gesundheit CPS-Szenario Smart Health Querschnittsthemen Cyber Physical Systems, die für alle Bedarfsfelder gelten Sicherheit, Standards & Normen, Engineering, Mikroelektronik & Embedded Software, Aus- und Weiterbildung Wohnen Wohnen CPS Szenario CPS-Szenario Smart Home Smart Home IoT: Internet of Things Quelle: Acatech / ZVEI DAS INTERNET DER DINGE Folie 3

4 Cyber-Physisches System (CPS) Cyber-Physisches System (CPS) Enthält alle Informationen über Physische Produktionseinrichtung + Digitales Modell Software / Informatik Mechanik Elektrik, Elektronik Automatisierung, HMI Safety, Security Maintenance Ortsangabe, Identität Zustand SW-Version Schnittstellen Das digitale Modell ist immer aktuell und wird über den gesamten Lebenszyklus erweitert Produktionsausführung Produktionsplanung Produktdesign Produktions- Engineering Services Quelle: Siemens AG Folie 4

5 Vision Industrie 4.0 Markt Dynamische Anforderungen Markt Zufriedene Kunden Information Aktuell Design Ganzheitliche Modellierung Produktion Selbstoptimierung Selbstheilung Engineering Autonome Komponenten Inbetriebnahme Selbstkonfiguration Quelle: Siemens AG Folie 5

6 Führungskreis Industrie 4.0 Austausch mit der politischen Plattform Industrie 4.0 Geschäftsstelle (GS) (Ifok, VDI Technologiezentrum) Strategiekreis (SK) AG 1 Referenzarchitektur, Standards und Normung AG 2 Forschung und Innovation Lenkungskreis (LK) AG 3 Sicherheit vernetzter Systeme AG 4 Rechtliche Rahmenbedingungen AG 5 Arbeit, Aus- /Weiterbildung SG Strategie & Use Cases SG Modelle & Standards SG Forschung SG Sicherheit Ausschüsse Vertragsrecht/ Gewerblicher Rechtsschutz Ausschuss Berufsbildung Führungskreis Industrie 4.0 (FK I4.0) AG: Arbeitsgruppe SG: Spiegelgremium Folie 6

7 ZVEI-Führungskreis Industrie 4.0 ist zentraler Akteur bei Industrie 4.0 in Deutschland Folie 7

8 Industrie 4.0 bedeutet die Verschmelzung von Office Floor mit Shop Floor Produktentwicklung Produktion Interoperabilität Interoperabilität Service Wertschöpfungskette "Office Floor" (Machine-to- Business) ERP PLM MES Logistics "Shop Floor" (Machine-to- Machine) Control Quelle: Siemens AG Folie 8

9 ZVEI-Führungskreis definiert Industrie 4.0-Komponente für verschiedene Branchen Produkt Development Production Value-added Chain Interoperability Interoperability Service Auf Shop Floor Level ist zu beachten: hohe Branchenabhängigkeit, 1 detailliert in Normen/Standards "Office Floor" (Machine-to- Business) ERP Referenzarchitekturen 2 abhängig vom Use Case "Shop Floor" (Machine-to- Machine) PLM MES Control Logistics Process Hybrid Discrete Industrie 4.0-Komponente = CPS (Cyber-physical system) Energy Water & wastewater Chemicals Oil & gas Pulp & paper Metals & mining Pharmaceutical Glass Solar & solar Food & beverage Consumer products Marine Automotive Aerospace Machinery Electronics Quelle: Siemens AG Verschiedene Use Cases Folie 9

10 Jede Industrie 4.0-Komponente wird auf Basis des RAMI 4.0 konzipiert Industrie 4.0-Komponente RAMI 4.0 Referenzarchitektur-Modell Industrie 4.0 Verwaltungsschale ± z.b. Maschine± Industrie 4.0-konforme Kommunikation± Folie 10

11 Communication Layer Mögliche Standards Communication OSI Schichten OPC-UA DDS, LWM2M, 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link UDP, TCP IP, IPsec Ethernet, WiFi, GSM/4G 1 Physical TSN, 5G Wired & Wireless Develop. Usage Production Usage Connected World Enterprise Work Center Station Control Device Field Device Product openaas-projekt: Implementierung der Verwaltungsschale mittels OPC UA Folie 11

12 Verteilung entlang Lebenszyklus: Die Verwaltungsschalen können zentral gehostet werden Lebenszyklus der Fabrik Entwicklung Typ Nutzung/ Wartung Produktion Instanz Nutzung/ Wartung Engineering-Phasen/-Tools beim Betreiber Repository Zugriff auf Daten und Funktionen Verwaltungsschale ² Verwaltungsschale ² Verwaltungsschale ² IT-Serverlandschaft beim Betreiber Shopfloor Identifizierbarkeit Gegenstand, z.b. Maschine 1 ² Gegenstand, z.b. Klemmenblock Gegenstand, z.b. Positionssensor Komponenten von einzelnen Komponentenherstellern, Systemintegrator(en) Folie 12

13 Digitalisierung der Wirtschaft führt zu einer Connected World Standardisierung ist zwingend erforderlich! Folie 13

14 Gemeinsame Umsetzung der Use Cases in LNI4.0 und der Standardisierung mittels SCI4.0 Hannover, 24. April 27 Folie 14 Folie 14

15 Close Cooperation between Plattform I4.0 and Industrial Internet Consortium (IIC) has been started Quelle: Bosch Rexroth AG Folie 15

16 Normungslandschaft bitkom VDMA ZVEI Quelle: DIN und eigene Grafik Folie 16

17 Digitalisierung der Wirtschaft: Der Standardisierungs-Zoo DAS INTERNET DER DIENSTE IoS: Internet of Services Business Kultur Consumer Industrie 4.0 Querschnittsthemen, die für alle Bedarfsfelder gelten Semantische Technologien, Betreibermodelle, Cloud Computing, Betreiberplattform für Dienste Energie Mobilität Gesundheit Wohnen Industrie CPS-Szenario Smart Factory Energie CPS-Szenario Smart Grid Mobilität CPS-Szenario Smart Mobility Gesundheit CPS-Szenario Smart Health Wohnen CPS Wohnen Szenario Smart Home CPS-Szenario Smart Home Losgröße 1 Das Windrad Das E-Auto Der Patient Der Bewohner Quelle: Acatech / ZVEI Querschnittsthemen Cyber Physical Systems, die für alle Bedarfsfelder gelten Sicherheit, Standards & Normen, Engineering, Mikroelektronik & Embedded Software, Aus- und Weiterbildung DAS INTERNET DER DINGE IoT: Internet of Things Folie 17

18 Weichenstellung im SCI4.0 für Konsortiale Standardisierung oder Normung Folie 18

19 Übersicht 1 Digitalisierung der Wirtschaft 2 Industrie 4.0 wirkt in 3 Dimensionen 3 Security & Safety bei Industrie Fazit Folie 19

20 Industrie 4.0 hat Auswirkungen auf jedes Unternehmen in 3 Dimensionen Smart Services Smart Factory Smart Plant Smart Products Quelle: ZVEI nach PwC Folie 20

21 Beispiele Smart Factory - Smart Plant Smart Factory Smart Plant Quelle: ZVEI nach PwC Folie 21

22 Digital Enterprise ist unser Lösungsangebot für die digitale Transformation in der diskreten Industrie wie in der Prozessindustrie Design und Engineering Betrieb Service Diskrete Industrie Digital Enterprise Prozessindustrie Service Engineering und Inbetriebnahme Produktdesign Produktdesign Produktionsplanung Produktionsengineering Produktion Prozessund Anlagendesign Betrieb Service Siemens AG 27 Folie 22

23 Volle Durchgängigkeit zwischen virtueller und realer Fertigungswelt Vom digitalen Modell zur realen Produktion Produktions-/ Anlagenplanung Produktionsengineering Produktion Services Reale Welt Produktdesign Virtuelle Welt Lieferanten Siemens AG 27 Folie 23

24 Volle Durchgängigkeit zwischen virtueller und realer Fertigungswelt durch Software-Integration und umfassende Vernetzung Integrated Mechatronics Engineering for Automation Closed Loop Manufacturing Elektrische Auslegung & Automatisierungsdesign PLM- Software Mechanisches Design Produktentwicklung Automatisierung Produktionsprozess- Engineering Manufacturing Execution NX SIMATIC z. B. Line Designer Automation Designer Simulation und Validierung Teamcenter Datenbackbone Gemeinsam genutztes Datenmodell zwischen Produktionsprozess-Engineering und Manufacturing Execution Siemens AG 27 Folie 24

25 Tradition auf der Überholspur Siemens AG 27 Folie 25

26 Beispiel Smart Products Smart Products Quelle: ZVEI nach PwC Folie 26

27 "Virtuelle Maschine" Erhöhung der Produktivität durch Simulieren des Fertigungsverfahrens Digitaler Zwilling Simuliertes Herstellen eines Werkstücks Ermittlung von Produktionszeiten. 10% Produktivitätssteigerung im laufenden Betrieb und bis zu 80% Zeiteinsparungen beim Aufstellen/Einrichten der realen Maschine. Siemens AG 27 Folie 27

28 Beispiele Smart Services Smart Services Quelle: ZVEI nach PwC Folie 28

29 Die Welt wird digital Neue Geschäftsmodelle bewirken Veränderungen des Nutzerverhaltens Vom Buchladen zum ebook Vom Plattenladen zum Streaming Von den Gelben Seiten zum Marketplace Vom Taxi zum Ride Sharing Quelle: Siemens Folie 29

30 Proaktive Wartung bei Rolls Royce Neues Geschäftsmodell mit Datenintegration & Big Data Analytics Mark Hillary Flickr Condition Monitoring, Proaktive Wartung, Power-by-the-hour, as-a-service Business Model Bezahlmodell nach Flugstunden Quelle: Folie 30

31 MindSphere das cloud-basierte, offene IoT-Betriebssystem von Siemens MindApps Einsatz von Apps von Siemens oder Partnern oder Entwicklung eigener Apps Erzielung von Asset-Transparenz und Erkenntnissen aus Analysen Abonnement-basiertes Preismodell MindSphere MindSphere Offene Schnittstelle für die Entwicklung kundenspezifischer Apps Verschiedene Cloud-Infrastrukturen: SAP, Atos, Microsoft Azure Angebot als öffentlich, privat oder on-premise (geplant) MindConnect Offene Standards für Konnektivität, z. B. OPC UA Plug-and-Play-Verbindung mit Produkten von Siemens und Drittanbietern Sichere, verschlüsselte Datenkommunikation Siemens AG 27 Folie 31

32 Smart Motor Concept is an example for digitally enhanced Electrification and Automation Smart Motors connected to MindSphere Integrated vibration, magnetic flux and temperature sensors Reduce down times to increase fleet and plant availability and reliability Optimize operation efficiency Maintenance and servicing activities for early planning and optimization Siemens AG 27 Folie 32

33 Übersicht 1 Digitalisierung der Wirtschaft 2 Industrie 4.0 wirkt in 3 Dimensionen 3 Security & Safety bei Industrie Fazit Folie 33

34 VDE-Anwendungsregel VDE-AR-E Funktionale Sicherheit und IT-Security Anwendungsbereich: Die Anwendungsregel gibt Empfehlungen zur systematischen Harmonisierung der Themen Informationssicherheit und Funktionale Sicherheit für Systeme vor allem der Industrieautomation (IEC 61508, IEC 62443). Sie unterstützt sowohl Hersteller, Integratoren als auch Betreiber. Folie 34

35 VDE-Anwendungsregel VDE-AR-E Funktionale Sicherheit und IT-Security Reihe mit 4 Teilen vorgesehen, Unterstützen systematischer Ermittlung von Anforderungen und Gestaltung effizienter Lösungen, bei denen die Informationssicherheit zur Erreichung der Funktionalen Sicherheit notwendig ist, Grundlage für weitere Diskussionen (VDMA: 05/27, ANAPUR/NAMUR) und Start internationaler Aktivitäten (ICC: 05/27) Teil 1: Grundlagen (Veröffentlichung in Q2 27), Grundlagen (Problemaufriss, Begriffe, Basisansätze, Zusammenhänge zwischen Safety und Security), kategorisiert Ziele, Konflikte (bzw. Lösungen), Wechselwirkungen von Safety und Secutity Teil 2: Referenzarchitektur, Erarbeiten einer Referenzarchitektur wie SGAM oder RAMI 4.0 Teil 3: Risiko- und Anforderungsanalyse, Entwicklung von Maßnahmen und Nachweisbarkeit, Andere Methoden der Risikoanalyse für Security (Methoden von Safety nicht direkt anwendbar) Teil 4: Anwendungsbeispiele, Use Cases, Demonstratoren, Best Practices Folie 35

36 Wer ist der Beste für die Security Herausforderungen? Der Safety Experte oder der Security Experte? Siemens AG 27 Folie 36

37 Wo besteht eine Verbindung zwischen beiden Domänen? - Sie sind sehr verschieden! Safety Domäne Auswirkung auf: Verletzung von Menschen Umwelt Transparenz von: Methoden Maßnahmen Defekten / Fehlern Eher statisches Umfeld Vorhersehbarer Missbrauch Siemens AG 27 Weitere trennende Elemente: Unterschiedliche Experten und Methoden Unterschiedliche Prozesse und Zeitstrecken Unterschiedliche Gesetze, technische Regulierung und Normen Security Domäne Auswirkung auf: Verfügbarkeit Integrität Vertraulichkeit Vertraulichkeit von: Methoden Maßnahmen Schwachstellen Dynamisches Umfeld Beabsichtigte und unbeabsichtigte Manipulation Kriminelle Motivation Folie 37

38 Die effiziente Lösung Safety Domäne Safety Management Safety Risiko Analyse Analyse bezogen auf: Verletzung von Menschen Umwelt Referenz zu anderen Domäne Unterstützung durch Safety Expert Security Domäne Security Management Threat + Risk Analyse bezogen auf: Verfügbarkeit Integrität Vertraulichkeit Auswirkungen auf Safety erkannte Safety Maßnahmen erkannte Security Maßnahmen Safety Implementierung Konfliktlösung & Kompatibilität Security Implementierung Siemens AG 27 Folie 38

39 IEC addresses all stakeholders for a holistic protection concept Application view Industrial Automation and Control System Parts of IEC Asset Owner Service Provider operates and maintains Operational policies and procedures Maintenance policies and procedures System Integrator designs and deploys Basic control functions Automation solution Essential functions Safety functions Complementary functions Supplier view Product Supplier develops products Siemens AG 27 Folie 39

40 Schutz durch defense in depth industry.siemens.com Ihre Fragen sind willkommen Siemens AG 27 siemens.com/industrialsecurity Folie 40

41 Übersicht 1 Digitalisierung der Wirtschaft 2 Industrie 4.0 wirkt in 3 Dimensionen 3 Security & Safety bei Industrie Fazit Folie 41

42 Industrie 4.0 betrifft die gesamte Wirtschaft: 3 Fragen sollte sich jedes Unternehmen stellen 03 Welche neuen Geschäftsmodelle kann ich meinen Kunden anbieten? Wie kann ich meine Wertschöpfungskette digitalisieren? 02 Welches meiner Produkte und Services sollte digitalisiert werden? Quelle: ZVEI nach PwC Folie 42

43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Welche Fragen haben Sie? Folie 43