ZUKUNFT DER PRODUKTION PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN

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1 ZUKUNFT DER PRODUKTION PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl 26. September 2017 Quelle: swissleader.ch 2

2 Die Entwicklungsstufen der digitalen Transformation Vom digitalen Abbild zum autonomen System Cyber-Physische Systeme Mechatronische Systeme Autonome Systeme 2 Virtualisierung 3 Vernetzung 4 Autonomisierung 1 Digitalisierung Digitales Abbild analoger Prozesse (z.b. NC-Technologie, 2-D CAD, MRP/ERP) Digitale Modellierung von Prozessen (z.b. CAD/CAM, FEM, Digitale Fabrik) Vernetzung der gesamten Wert-schöpfungsprozesse über hochbreitbandige Telekommunikation (z.b. Industrie IoT, Cloud Computing, CPS, 5G) Kombination von klassischen Technologien und künstlicher Intelligenz liefern autonome, selbst-organisierende Systeme (z.b. Autonome Transportsysteme, autonome Roboter) Quelle: Fraunhofer IPA 3

3 Das IoT als Basis der Zugangsökonomie 50 Milliarden IoT Devices im Jahr 2020 IoT Geräte Weltbevölkerung 50 Mrd. 7.6 Mrd. 25 Mrd. 7.2 Mrd Mrd. 6.8 Mrd. 0.5 Mrd. 6.3 Mrd * Quelle: Nach Jason Parms in»internet of Things: A Threat or Blessing«(2014) *Prognose 4

4 Vertikale Integration Kernelemente der vierten industriellen Revolution Infrastruktur (physisch, digital) Cyber-physisches System Produktlebenszyklus (wertschöpfend = personalisiert + nachhaltig) Zusammenarbeit Physische Systeme (handeln, messen, kommunizieren) Menschen (entscheiden, gestalten, kommunizieren) Reflektion Digitaler Schatten (Echtzeitmodell) Transaktion Softwaredienst (machine-skills, Apps, Plattformdienste) Interaktion Cloudbasierte Plattformen (Privat, Community, Public) Preskription Analytik (Big Data/maschinelles Lernen) Kommunikation Internet of Everything (Menschen, Dienste, Dinge) 5

5 Horizontale Integration Von B2B und B2C zu Business to User (B2U) Back End Fokus Wertschöpfung Fokus Positionierung Front End Wertschöpfungssystem Ecosystem Produktionsnetzwerk Fabrik X Prosumer 6

6 Business Ecosystems»Farmnet 365«eine Initiative aus dem Landmaschinenbau Online Tracking Echtzeitzugriff auf die Informationen zu jeder Zeit an jedem Ort Traceability Lückenlose, automatisierte Dokumentation Transparenz Integration aller Prozesse Effizienz Entscheidungshilfe und Wissenstransfer Qualität Tracking, Dokumentation und rechtzeitige Warnung Analyse Vorhersagen, Big Data Verarbeitung Quelle: farmnet Maschinen Betriebsmittel Content 7

7 IoT und IIoT Plattformanbieter Cloudbasierte Plattformen als Backbone von Manufacturing- Ecosystemen Konsumenten, Business und IT Industrie, Produktion GE PREDIX 8

8 Strategische Entwicklung von Geschäftsideen Ideenfindung auf Nutzenebene Customer Gains Welche Benefits erhält mein Kunde? Customer Jobs Welche funktionalen Aufgaben erledigt der Kunde? Welche Rolle hat der Kunde gegenüber seinen Kunden? Beispiele: Usability, Kosteneinsparungen, Produktivitätssteigerung Customer Pains Bei welchen Problemen wird dem Kunden geholfen? Wertebene Auf welcher Wertebene kann eine Lösung gefunden werden? Wie sieht die Idee konkret aus? Kernkompetenzen Welche Kernkompetenzen werden für die Lösung benötigt Müssen diese neu aufgebaut werden? Beispiele: Risiken, Zeitverlust, Ärgernisse 9

9 Geschäftsmodell-Innovation Minimal Viable Products als Ansatz für neue Wertangebote Ein»Minimum Viable Product«(MVP) ist ein gerade eben marktfähiges Produkt idea das genug Wert transportiert, dass Käufer bereit sind dafür/dessen Nutzung zu bezahlen das genügend zukünftige Vorteile verspricht um»early adopters«anzusprechen learn MVP realize das ein Feedback der Kunden erlaubt, um die nutzerzentrierte Weiterentwicklung zu lenken test Bsp. WhatsApp Quelle. weaverorb; Ries 10

10 XaaS-Concept Everything as a Service Holistische Serviceorientierung führt zu neuen Wertschöpfungsstrukturen und Ökosystemen Aufgaben Beispiele Everything as a Service (XaaS) Value as a Service (VaaS) Modules as a Service (MaaS) Plattform as a Service (PaaS) Infrastructure as a Service (IaaS) Personalisierte Dienste zur Bedürfniserfüllung (z.b. Mobilität, Gesundheit) Offene Hard- und Softwaremodule zur Komposition personalisierter Dienste Life Cycle Umgebung & Kommunikation zum wirtschaftlichen Bereitstellen der Soft- und Hardwaremodule Infrastrukturlandschaft als Basis für Plattformen und zur Bereitstellung von Modulen Logistic as a Service (Amazon) Mobility as a Service (Daimler) Assembly as a Service (Foxconn) Ara modules (Google) Apps (Runtastic) Autos (Local Motors) App Store (Apple) Produktions-Plattform (emachineshop) Virtual Fort Knox (FhG) Home Applications (First built) Cloud Infrastructure (IBM) Mobile Communication (Telekom) Netze (ENBW) 11

11 Geschäftsmodell-Innovation Fallbeispiel Schunk egrip Seit Anfang 2015 sind anhand eines CAD- Files eines zu transportierenden Teils passende Greifer bei Schunk bestellbar. Reduzierung der Bestellzeit und Sicherstellen von hohem Nutzen für den Kunden durch Integration des Kunden in den Entwicklungsprozess Kommunikation erfolgt über eine Online- Plattform Fertigung mit 3D-Druck wird vom Partnerunternehmen Materialise übernommen Kunde Schunk Konstruktion Plattform Materialise Produktion Quelle. Schunk GmbH; Materialise 12

12 Beispiel Trumpf: Der Kunde wird zum Prosumenten bei der Herstellung von Stanzwerkzeugen Mass Personalization durch radikale Rationalisierung von Ineffizienzen im gesamten Wertschöpfungssystem Der Kunde konfiguriert und plant individuelles Stanzwerkzeug auf einer Plattform und lastet den Auftrag selbständig ein (Prosument). Auftragsinformationen (inkl. NC-Programme) werden automatisiert erzeugt und zum Shopfloor transferiert (CAD/CAM/Digitaler Zwilling). Werkstück steuert die Herstellung (Autonome Produktion/ Digitaler Schatten). Mitarbeiter kooperieren mit Robotern und Maschinen (Mensch als Dirigent der Wertschöpfung). Produktivität: +120 % Flächenbedarf: -35 % Liefertreue: +140 % Lieferzeit: 4h statt 4 Tage Reklamationsquote: -80 % Quelle: Trumpf 13

13 Die Basis: Rechenleistung und Vernetzung Moore und Metcalfe behalten recht und bestimmen die Möglichkeiten und Wert eines Unternehmens Vernetzung Metcalfe:»Der Nutzen eines Kommunikationssystems wächst mit dem Quadrat der Anzahl der Teilnehmer.«Leistung Moore:»Die Rechnerleistung verdoppelt sich alle 18 Monate.«Ökosysteme für Smart Business Modelle Transparenz Cyber-physische Systeme Internet der Dinge und Dienste Real time & at run time Everything as a Service Wissen Bildquellen: wikipedia.de, ibm.com, abcnews.com 14

14 Überschrift Kapitel Smart Factory Konzept und Potenziale 15

15 An der Schwelle zur 4. Industriellen Revolution Steigende Komplexität führt zu neuen Wertschöpfungssystemen Produktvolumen pro Variante Massenproduktion 1955 z.b. VW Käfer 1980 z.b. BMW online car configurator z.b. Smartphone für Afrika »People can have the Model T in any colour so long as it s black.«henry Ford (1913) 1850 z.b. 3D-Druck In Anlehnung an: The Global Manufacturing Revolution; Quellen: Ford, beetleworld.net, bmw.de, dw.de Produktvielfalt 16

16 Fünf Handlungsfelder für die Wertschöpfungsmodelle der Zukunft Optimale Verteilung der Wertschöpfung im Ecosystem Optimale Verteilung und Adaption der Funktionalitäten in der cyberphysischen System Architektur Massendatenbasierte Prognose von Zukünften Herstellung von personalisierter Hardware Verschwendungsfreie und personalisierte Mensch-Maschine-Interaktion 17

17 ARENA2036 Stuttgart Research Campus Active Research Environment for the Next Generation of Automobiles HDM dazu PPP 15 Jahre Forschungsfabrik als Integrationsplattform 18

18 Automobilproduktion morgen Entkopplung von Band und Takt durch flexibel vernetzbare und skalierbare Prozessmodule im Produktionsraum 1 Varianten 3 2 Montageintegrierte Fertigungsprozesse Prozessmodul Prozessmodul Prozessmodul Mensch-Roboter Kooperation Kontextbasierte Planung und Steuerung, unterstützt durch Apps Lernende und selbst konfigurierende Simulationsmodelle Prozessmodul Prozessmodul Prozessmodul Prozessmodul Prozessmodul Prozessmodul Prozessmodul Autonome Transportsysteme und smarte Ladungsträger Steuerung aus der Cloud /Plug and Produce Big Data basierte Mustererkennung zur Optimierung Augmented Ope-rator als Dirigent der Wertschöpfung 19

19 Beispiel SEW Eurodrive Flexible Vernetzung von schlanken Wertschöpfungszellen Mitarbeiter als Dirigent der Wertschöpfung Quelle: SEW Eurodrive 20

20 Cloud Plug CPS Retrofitting Anwendungsfall Verknüpfung der Drehmaschine mit Cloud-Service Cloud Plug sendet Sensordaten an Sense&Act System Bei Erreichen/Unterschreiten eines Schwellwerts wird eine Aktion ausgelöst z.b. Maschinenampel oder an Techniker 21

21 Alle Objekte in der Fabrik werden smart ibin Intelligente Behälter bestellen ihre Befüllung autonom Mit einer integrierten Kamera und im Zusammenspiel mit seiner Cloud zählt der ibin die Teile, die in ihm liegen. Quelle: Fraunhofer IML, Prof. Dr. Michael ten Hompel 22

22 Alle Objekte in der Fabrik werden weitestgehend mobil Beispiel: Audi R8 frei navigierendes FTS (navigation as a service) Quelle: audi-mediaservices.com 23

23 Alle Entitäten der Fabrik haben einen»digitalen Schatten«Beispiel: Motion Capturing zur Rückführung der realen Abläufe in die Planungsmodelle 24

24 Smarte Optimierung der Produktivität Beispiel: Automatisierte Erkennung von Abhängigkeiten zwischen Prozessen und Ableiten von Verbesserungspotenzialen Durch»Minimalinvasive«Prozessbeobachtung mit Kameras ohne aufwendige Systemintegration Merkmalsbasierte Konfiguration und Wiedererkennung von Zuständen in den Videos mittels adaptiver Auswertealgorithmen Vorteile Echtzeitnahe Prozessanalyse mit direkter Zuordnung von Verlustursachen Ermittlung und quantitative Bewertung von Potenzialen zur Prozessoptimierung Ständige Transparenz durch Bereitstellung der Störungen und Anlagenzustände für Bediener und Planer 25

25 Unternehmenspotenziale durch Industrie 4.0 Experten erwarten eine Gesamt-Performance-Steigerung von % in der Wertschöpfung Abschätzung der Nutzenpotenziale Pilotprojekt von Bosch, bei dem der gesamte Versandprozess über das werksinterne Logistikzentrum in einem Industrie 4.0-Projekt neu strukturiert wurde. -10 % Milkruns +10 % Produktivität -30 % Lagerabbau Quelle: IPA/Bauernhansl, Bosch 26

26 Stimmen zur Änderung in der Beschäftigung durch Industrie % der heutigen US- Jobs in Gefahr (Frey, Osborne), 51 % der dt. Jobs (Bowles) 18,3 Mio Arbeitsplätze sind bedroht Bis 2025 entstehen in D netto Jobs 12 % der deutschen und 9 % der US- Jobs in Gefahr Bis 2025 gehen in D netto Jobs verloren Bis Mio weniger Jobs durch Industrie [Frey, Osborne, 2013; Bowles 2014] [ING DiBa, 2015] [BCG, 2015] [ZEW, 2015] [IAB, 2015] [WEF, 2016] Quelle: oxfordmartin.ox.ac.uk/downloads/academic/the_future_of_employment.pdf, ing-diba.de/pdf/ueber-uns/presse/publikationen/ing-diba-economic-research-die-roboterkommen.pdf, bcgperspectives.com/content/articles/technology-business-transformation-engineered-products-infrastructure-man-machine-industry-4/, bmas.de/de/service/medien/publikationen/forschungsberichte/forschungsberichte-arbeitsmarkt/forschungsbericht-fb-455.html, doku.iab.de/forschungsbericht/2015/fb0815.pdf, 27

27 Industrie 4.0 wird das Produktivitätswachstum beschleunigen Die Produktivität der deutschen Wirtschaft wird bis 2025 um fast zwölf Prozent steigen Quelle: Statistisches Bundesamt, Fraunhofer IAO, IAB, DZ BANK AG. 28

28 »Die umfassende Vernetzung führt uns in eine höchst personalisierte, höchst interaktive und sehr, sehr interessante Welt. «Eric Emerson Schmidt (* 27. April 1955 ) seit April 2011 Executive Chairman (davor Chief Executive Officer) von Google und gehört seit 2009 zum Beraterteam des US-Präsidenten Barack Obama in Technologiefragen. 29

29 Erfolgreiche Einführung von Industrie 4.0 Hervorgegangen aus dem erfolgreichen Werk»Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik«Detaillierte Einführung in Industrie 4.0 Zahlreiche Beispiele aus der Praxis Anschauliche Beschreibung der Basistechnologien 12 neue Kapitel, über 800 Seiten ISBN

30 ZUKUNFT DER PRODUKTION PLATTFORMBASIERTE WERTSCHÖPFUNG IN BUSINESS ECOSYSTEMEN Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl 26. September 2017 Quelle: swissleader.ch 31