Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

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1 Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB Industrie 4.0 Olaf Sauer Kloster Bronnbach, 28. September 2016 Karlsruhe Ettlingen Ilmenau Lemgo Seite 1 Fraunhofer IOSB

2 Industrie 4.0_ Das IOSB im Überblick Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer Kernkompetenzen: Optronik Systemtechnik Bildauswertung Geschäftsfelder: Automatisierung Energie, Wasser, Umwelt Inspektion und Sichtprüfung Verteidigung Zivile Sicherheit Kennzahlen: Betriebshaushalt Mio. Stammpersonal 449 davon Wiss./Ingenieure 332 wiss. Hilfskräfte 171 Kooperation mit: Fakultät für Informatik, Institut für Anthropomatik, Lehrstuhl für Interaktive Echtzeitsysteme IES Seite 2 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

3 Industrie 4.0_ Ausgangspunkt unserer Arbeiten zu Industrie 4.0: ProVis.Agent für Daimler in Rohbau, Lack, Montage Das integrierte Leit- und Auswertesystem für Daimler (Werke Bremen und Wörth) umfasst die Komponenten - ProVis.Agent als Leitsystem, - ProVis.Visu als Realzeit-Visualisierungssystem, - ProVis.Paula als webbasiertes Auswertesystem. Zentrale Leitwarte der Montage in Bremen Prozessführung eines Montageabschnitts ProVis.Agent überwacht im Werk Bremen rd speicherprogrammierbare Steuerungen (Rohbau rd. 660, Lack rd. 250, Montage rd. 250) von rd Anlagen vom Rohbau über Lackierung bis zur Montage (siehe Beispiel für die ProVis.PAULA-Oberfläche Web-basiertes Auswertesystem für Produktions- und Anlagedaten auf Basis von WebGenesis Mengengerüst Daimler Bremen: 1 TByte Rohdaten/35d, > Anlagen, > Nutzer (siehe Seite 3 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

4 Industrie 4.0_ Ausgangspunkt unserer Arbeiten zu Industrie 4.0: ProVis.Agent für Daimler in Rohbau, Lack, Montage (2) Für Europas größtes Nutzfahrzeugwerk in Wörth (Baureihen Actros, Axor, Atego) hat das IOSB folgende Komponenten geliefert (incl. Wartung und Service): - ProVis.Agent, - ProVis.Paula, - ProVis.Visu. Mit den spezifischen Erweiterungen für Wörth existiert das bislang umfassendste Produktionsleitsystem im Daimler-Konzern: - Online-Karossenidentifikation und -verfolgung, - Scripting-Engine, - Allgemeines Arbeitszeitmodell, auch für andere IT-Systeme, z.b. Gebäudeleittechnik, - Anbindung des Systems EcoEMOS von Dürr in der Lackierung Seite 4 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

5 2. Wie Industrie 4.0 organisiert ist Plattform Industrie 4.0: Seit dem 14. April 2015 wird die Plattform von zwei Ministerien koordiniert Deutsche Industrieverbände und Stakeholder sind Teil der Plattform

6 Industrie 4.0_ Aktuelle Aktivitäten (Auswahl) Spitzencluster, BMBF-Förderung rd. 40 Mio. ; Industriebeteiligung ebenfalls rd. 40 Mio. BMBF-Industrie 4.0-Verbundprojekt + rd. 30 weitere geförderte F&E-Projekte-Projekte (siehe oder + Industrie 4.0 Initiativen der Bundesländer, um KMUs zu sensibilisieren (siehe + Diverse Aktivitäten in der Industrie, um I4.0-Technologien ins eigene Portfolio zu bringen (Online-Landkarte Industrie 4.0) + durch die Plattform koordinierte Arbeitsgruppen für Standards, Referenzarchitektur, Industrie 4.0-Komponenten, Geschäftsmodelle, Qualifikation, etc. + Zusammenarbeit mit dem Industrial Internet Consortium (IIC) Seite 6 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

7 Industrie 4.0_ Hilfsmittel für Unternehmer (Auswahl) Alle relevanten Publikationen ( Statusreports ) zur Standardisierung Industrie 4.0-Readyness Studie der IMPULS-Stiftung des VDMA readiness.de/ Seite 7 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

8 Industrie 4.0_ Hilfsmittel für Unternehmer (2) Leitfaden Industrie 4.0 Orientierungshilfe zur Einführung in den Mittelstand /article/- /articleview/ Fraunhofer Schalenmodell als ganzheitliches Strukturmodell zum Themenfeld Industrie hofer.de/de/corporatelearning/industrie40.html Seite 8 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

9 Industrie 4.0_ IIC Smart Factory Web Testbed Security for authorized partners Data & Service Integration Integration with IoT Services for distributed systems Plug & Work Factory A Factory B NEW Connection with Industrial standard (OPC Unified Architecture, AutomationML) New shared resources Seite 9 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

10 Bitte nicht vergessen es gibt kein Big Picture! Abschreibungszeiten! Qualität Zeit Kosten! aber

11 Beispiele aus Projekten

12 3.1 MES-Leitfrage für produzierende Unternehmen Produzierende Unternehmen mit mehr als einem Standort stellen in unseren Projekten die Frage: Gibt es ein MES mit einem Kern von MES-Funktionen, der für alle Business Units im Konzern gleich ist und spezifische Funktionen je Unit, die an den Kern nahtlos angeflanscht werden können? Idealerweise ist dieser Kern so aufgebaut, dass die IT-Abteilung eigene Applikationen auf Basis einer Plattform selbst entwickeln kann. Spezielle MES- Funktionen für Spezielle MES- Funktionen für BU 1 Gemeinsamer BU 2 Kern von MES- Funktionen Spezielle MES- Funktionen für BU n Basis: zukunftsorientierte Referenzarchitektur und/oder Middleware

13 3.1 Funktionen werden zu Services APPs MES-Services Manufacturing Service Bus Integrationsservices Maschinen, Anlagen, Komponenten, CPS

14 Industrie 4.0_ AML Interface 3.1 Konzept: Automatische Schnittstellen- Konfiguration MES OPC UA Client AML XML File Ethernet Profinet OPC UA Server S Verkettung OPC UA Server S Faserablage VRA OPC UA Server S Umformpressen OPC UA Server S D Beschnitt OPC UA Server S Pressen/ Abkühlen OPC UA Server S BAZ (Endkontur) OPC UA Server S Waschen OPC UA Server S Montage Vorteile: Kein manueller Konfigurationsaufwand Einfache Aktualisierung bei Änderungen durch zentrale Dokumentation (im XML File) Nachteile: MES-Anbieter muss AML-Schnittstelle und Umsetzung entwickeln Seite 14 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

15 Industrie 4.0_ Best practice-beispiel TRUMPF-Werkzeugmaschinen Trumpf entwickelt und erprobt seit vielen Jahren IKT für seine Maschinen. In der letzten Zeit hat sich Trumpf durch Akquisitionen und Beteiligungen Know-how gesichert, das sie benötigen, um zielgerichtet datengetrieben Dienste rund um ihre Maschinen aufzubauen: Cloud-Plattform, um Dienste für ihre Kunden anzubieten, z.b. Remote Monitoring (Gründung) MES-Haus, das maschinennahe Applikationen für die Axoom-Plattform entwickelt, z.b. OEE-Berechnung (Beteiligung) Anbieter von Geräten ( Gateways ), um auf Sensor- und Maschinendaten zuzugreifen (Beteiligung) Trumpf arbeitet aktiv in diesem Labor mit, um Erfahrungen mit neuen Methoden der Datensammlung und auswertung zu gewinnen (Kooperation) Seite 16 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

16 Botschaft 1: Der Markt für Produktions-IT ändert sich massiv

17 Video siehe

18 Babylonische Sprachvielfalt in der Fertigung Visualisierung / SCADA Leit- und MES-Systeme???? Waschmodu Trockenmodul Temperatur Geschwindigkeit Wascmodu Trocodu Tempeur Gesgkeit Abc_23-xy_Vors. Bbc_24-xy_T ist Wasmodu Trnmodul Teur Geskeit

19 Zeitleiste für PLUGandWORK Beginn der Arbeiten mit einem Fraunhoferinternen Projekt; Wandlungsfähige Produktion ist Forschungsthema Erstes BMBF-Projekt ProduFlexil BMWi-Projekt IDA; Ergebnis: Generierung von Prozessführungsbildern BMWi-Projekt SemMES; Ergebnis: erste Standards zur Verbindung zwischen Maschine und MES BMWi ZIM-Projekt Plug and Control für flexible Fördertechnik Beginn des BMBF-Industrie 4.0-Projekts SecurePLUGandWORK Dissertation Miriam Schleipen NEO Award 2014 VDI-Richtlinie VDI 5600, Blatt 3: Schnittstellenbeschreibung Companion Spec. AutomationML und OPC UA

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21 Industrie 4.0_ Bisherige Vorarbeiten zum Thema Wandlungsfähigkeit MES 1 MES 2 MES m Decoder Decoder Decoder Plug-and-work Middleware (Lösung über CAEX und OPC-UA) Encoder Encoder Encoder Encoder Anlage 1 Anlage 2 Anlage n Digitale Fabrik Seite 23 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

22 Industrie 4.0 MES Modulare Materialflusssysteme generieren ihre Visualisierung online/zur Laufzeit Aus STEP-Dateien und Topologie-Beschreibungen Gebhardt-Visu ProVis.Visu WinCC Seite 24 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

23 Eingesetzte Technologien: offene Standards nach IEC + Beschreibung des Inhalts, der als OPC-UA Informationsmodell abgelegt und übertragen wird (Was?) Kommunikationskanal zur Übertragung von Konfigurationsund Laufzeitdaten (Wie?) Miriam Schleipen hat die Arbeitsgruppe geleitet, die die gemeinsame Companion Spec. von AML e.v. und OPC-Foundation erarbeitet hat. Sie ist außerdem Mitglied diverser IEC Standardisierungsgremien rd. 2 Jahre Vorsprung vor Unternehmen am Markt Wir verfügen bereits über diverse OPC UA-Servers, -Clients und SDKs Wir haben umfangreiche Erfahrungen beim Modellieren von Maschinen und Anlagen für verschiedene Kunden

24 Industrie 4.0_MES Herausforderung Komponentenintegration in Maschine (Heute Morgen) Heute Integration der Eigenschaften getrennt von Komponenten in die Werkzeugmaschine während der Steuerungsprogrammierung Morgen Eigenschaften sind auf Komponenten hinterlegt und werden beim Einbau in die Werkzeugmaschine eingelesen Deutliche Zeit- und Kostenersparnis (Ziel: 20%) bei: Erstinbetriebnahme Instandhaltungstätigkeiten Änderung der Produktion Seite 26 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

25 3.2 Laufende Arbeiten: Selbstbeschreibung und Kommunikationsfähigkeit (2) auf Komponentenebene Hauptspindel, Fa. Franz Kessler auf Maschinen-/Anlagenebene (Demonstratoren) Industriewaschmaschine, Fa. MOC Danner Powerball Light Weight Arm, Fa. Schunk Bearbeitungszentrum, Fa. MAG IAS Winkelkopf, Fa. ROMAI Robert Maier Kugelgewindetrieb, Fa. Steinmeyer Mechatronik Demofabriken, Fraunhofer IOSB, Karlsruhe u. Lemgo

26 Industrie 4.0 MES Lösung, um Maschinen nachzurüsten Maschine Feldbus Bedienpult Ethernet Steuerung IOSB PLUGandWORK- Cube Sensorik Aktorik OPC UA Merkmale des IOSB-PLUGandWORK- Cubes: außerhalb der Maschine, über Ethernet angeschlossen, d.h. Gewährleistung des Maschinenherstellers bleibt erhalten keine Verbindung zu Einzelkomponenten der Maschine, d.h. keine Feldbusadapter erforderlich jede Maschine kann nachgerüstet werden Cube enthält sprechendes AutomationML-Modell und bietet als Ausgang online-fähige Kommunikation als OPC UA-Server zum Cube gehört ein Assistenzsystem, das aus einer unstrukturierten (flachen) Liste nicht-sprechender SPS-Variablen ein sprechendes AML-Modell bzw. ein hierarchisches OPC UA-Datenmodell macht Verschlüsselung und Authentifizierung enthalten Cube hat keine eigene Bedienoberfläche Seite 28 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

27 Botschaft 2: Ohne Semantik (auf Basis offener Standards) keine Industrie 4.0

28 Industrie 4.0_ Bosch Software Innovations GmbH Seite 40 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

29 Botschaft 3: Suchen Sie sich (einen) Partner Produktionstechnik und IT müssen zusammenwachsen

30 Interaktion über Gesten ohne Tastatur und Maus (Source: BMW Group)

31 3. Interaktion über Zeigegesten (2)

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33 Botschaft 4: Wählen Sie konkrete Anwendungsfälle!

34 5. IOSB-Mitgliedschaft in Gremien und Organisationen im Industrie 4.0- und MES-Umfeld Industriegetriebes Konsortium, CAEX (IEC 62424) als Dachformat CIRP, Mitarbeit im STC-O OPC hat sich als der Komm.- standard in der Industrie etabliert (IEC 62541) K AutomationML Mitarbeit in der UMCM-Arbeitsgruppe Das IOSB zählt zu den 100 führenden Orten für Industrie 4.0 Leitung Fachbereich IT in der GPP FA Digitale Fabrik FA 5.15 Agentensysteme FA 5.23 XML in der Automation FA 6.12 Durchgängiges Engineering von Leitsystemen FA 7.21 Industrie 4.0 FA 140 MES FA 146 MES-AG 2 Energiemanagement mit MES VDI-GPL - Fachbereich A5 Modellierung und Simulation NA (Normenausschuss Maschinenbau, NAM) Mitarbeit in Industrie 4.0-Arbeitsgruppen des VDI und der Plattform; IOSB auf der Landkarte Industrie 4.0 Working group 9 of SC 65E AutomationML Testbed mit KETI (Südkorea); Testbed working group Smart factory working group

35 Industrie 4.0_ Konzept der Karlsruher Forschungsfabrik Industrialisierung unreifer Prozesse Elektromobilität Energiespeicher- und Elektromotorenproduktion Synergien Industrie 4.0 Wandlungsfähigkeit, Plug-and-Work, Big Data Synergien Leichtbau mit Fokus auf Systemeffizienz des Produkts Technologietransfer Existenzgründung Industrieansiedlung Industry-on-Campus Living Lab Qualifikation und Lehre Seite 61 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

36 Industrie 4.0_ NEU: Karlsruher Forschungsfabrik Karlsruher Forschungsfabrik Seite 62 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016

37 Industrie 4.0_ Kontakt Dr.-Ing. Olaf Sauer Tel.: Seite 65 Fraunhofer IOSB, GF Automatisierung, 2016