Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell

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1 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell CeBIT 2014 Industrial Users Conference Hannover, Dr.-Ing. Thomas Usländer Abteilungsleiter Informationsmanagement und Leittechnik Josef von Fraunhofer Forscher, Erfinder und Unternehmer Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

2 Fraunhofer IOSB Lemgo Leitung: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer Betriebshaushalt Mio Stammpersonal 440 Davon Wissenschaftler und 290 Ingenieure Wissenschaftliche Hilfskräfte 140 Karlsruhe Ettlingen Lemgo Ilmenau Ilmenau Das IOSB ist mit dem Karlsruher Institut für Technologie KIT eng verbunden Fakultät für Informatik, Institut für Anthropomatik, Lehrstuhl für Interaktive Echtzeitsysteme IES Beijing 2 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

3 IOSB Geschäftsfelder mit Bezug zu Industrie 4.0 Ressourcen- und Energie Automatisierung Dr. Michael Heizmann Dr. Olaf Sauer 3 effiziente Produktion Industrial Smart Grids Energie, Wasser und Umwelt Prof. Dr. Thomas Rauschenbach Dr. Thomas Usländer Demo Plant Industry 4.0 Environmental Information Lemgo it s OWL Smart Control Room ProVis Leitwarte Presswerk Condition Monitoring Systems Daimler AG Bremen Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

4 Inhalt Industrie 4.0 Wertschöpfungsketten VDI/VDE GMA 7.21 Industrie 4.0 Was ist ein Referenzmodell? Abgrenzung zu Referenzarchitektur Internet der Dinge und Dienste Konsequenzen für ein Industrie 4.0 Referenzmodell (SA: Systemarchitektur) 4 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

5 Industrie 4.0 Auftakt zur 4. Industriellen Revolution (1) Neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Produktlebenszyklus Source: WIKIPEDIA; Waterframe.jpg Ende 18. Jhr. Source: Getty imagaes FORDs assembly belt, 1913 Elektrizität 20. Jhr Source: Gozarian.com Erste SPS: Modicon Dampfmaschine Mikroelektronik 1970 ff. Source: Photosearch.de Internet heute??? Quelle: Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft) 5 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

6 Jeremy Rifkin: Third Industrial Revolution (TIR) Great economic transformations in history occur when new communications technology converges with new energy systems 1. (19. Jhr) Buch- und Papierdruck 2. (20. Jhr) Elektrische Kommunikation Dampfmaschinen Fossile Brennstoffe 3. (21. Jhr) Internet Erneuerbare Energien Zentralisierte Macht Laterale Macht Lebendige Wirtschaft: organische Beziehung zwischen Kommunikationstechnologien ( Nervensystem ) und Energiequellen ( Blutkreislauf ) 6 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

7 Industrie 4.0 Auftakt zur 4. Industriellen Revolution (2) Der Begriff Industrie 4.0 steht für die vierte industrielle Revolution, einer neuen Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen. einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. 7 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

8 Wertschöpfungsketten (VDI/VDE GMA 7.21) Nutzer Produkt- und Produktlinienentwicklung Verfahrens- und Anlagenentwicklung After Sales Services Zulieferer Condition Monitoring Technische Anlage 8 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

9 Beispiel 1: Fertigungsfeinplanung ProVis.APS Planungs- und Bewertungskomponente Produktionssynchrone Optimierungsalgorithmen mit Übernahme in Produktions-steuerung geschlossener Regelkreis zur Produktion Nutzen: schnelle Umplanung möglich, Reaktion auf Ereignisse (Störungen, hochpriore Aufträge) 9 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

10 Beispiel 2: Condition Monitoring Prozessdaten Fehler Auswertung von Sensordaten Interpretation mit Prozesswissen Selbstorganisierende Karten Nutzen: schnelle, intuitive Erkennung von Fehlerzuständen vorbeugende Wartung 10 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

11 Beispiel 3: 11 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

12 Beispiel 4: Intuitive Mensch-Maschine-Interaktion Gestenerkennung und Gestensteuerung Multi-Display- Umgebungen Nutzen: schneller, weniger fehleranfällig (unmittelbare Fehleridentifikation) Neu: Deflektometrie Halle 9 Video unter 12 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

13 Industrie 4.0 Auftakt zur 4. Industriellen Revolution (3) Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit Wie kann dies sicher und zuverlässig funktionieren? 13 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

14 Industrie 4.0 Auftakt zur 4. Industriellen Revolution (3) Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit Quantität Qualität ERP MES Manufacturing Execution Systems Fertigungszellen Fertigungsprozess Feldgeräte Planung und Grobsteuerung Informationsmodell Feinsteuerung und Überwachung Fertigung/Prozess Fraunhofer IOSB 14 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

15 Datability - Neue Herausforderungen und Möglichkeiten Planungsdaten Produktdaten Stücklisten Aufträge Anlagendaten Produktionsdaten Störungen Energiedaten Planung und Grobsteuerung Informationsmodell Feinsteuerung und Überwachung Fertigung/Prozess Informationsmodell syntaktische/semantische Harmonisierung fachliche Abstimmung (ERP, BDE/MDE, MES, ) Leistungsfähige, robuste, sichere Datenablage Skalierbare Datenablage Virtualisierung? Cloud Computing? Big Data? Datenanalyse? Data and Text Mining? 15 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

16 Industrie 4.0 Auftakt zur 4. Industriellen Revolution (4) Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen Industrielle Anwendungen Internet der Dienste Internet der Dinge 16 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

17 Fähigkeiten im Gardner Hype Cycle 2013 Big Data Internet der Dinge Consumer 3D Printing Complex Event Processing Augmented reality M2M Cloud Computing Gestensteuerung 17 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

18 Industrie 4.0 Notwendigkeit eines Referenzmodells und Compliance-Regeln Anforderungen Technologien Internet der Dienste Industrielle Anwendun gen Ausprägungen Internet der Dinge Robustheit Echtzeit Sicherheit Quality of Service Zuverlässigkeit 18 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

19 Definition Referenzmodell Referenzmodell definiert abstraktes Rahmenwerk Sichten auf Architekturen Regeln, Notationen, Terminologie, Modellierungssprachen ggf. Standard-Vorgaben ermöglicht Referenzarchitektur (konzeptionell) Vorlage für Spezifikation von Architekturen Implementierungsarchitektur (zweckorientiert, technologiebezogen) SOApatterns.org Architekturstile Dienstemuster request/response REST event-driven. pub/sub publish/find/bind. 19 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

20 Internet der Dienste (1) Anwendung des service-orientierten Architekturstils (SOA) auf externe Funktionen aller Entitäten in der Wertschöpfungskette Zusammenführung der Ansätze über SOA Referenzmodelle, z.b. von OASIS Internet der Dienste 20 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

21 Internet der Dienste (2) Service Broker OPC Unified Architecture Wegbereiter der 4. industriellen (R)Evolution AutomationML OPC-UA service I/F Externer Zugriff eingebettete Software Cyber- Physisches System Tiger-Chip 21 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

22 Internet der Dienste (2) Service Broker client 2 - find Signatur Klassifizierungs-Info Nutzungsbedingungen semantisch annotiert? broker I/F Ontologie service I/F Externer Zugriff eingebettete Software 3 - find Service 1 - publish Metadaten Cyber- Physisches System 22 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

23 Internet der Dienste (3) Orchestrierung Geschäftsprozess 1 Geschäftsprozess 2 Workflow Abarbeitung 23 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

24 Internet der Dienste (4) Choreographie Geschäftsprozess (Ziele) 24 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

25 Internet der Dinge BUSINESS MODEL Human World Solutions Services Platform TECHNOLOGY Illustration taken from quantumcinema (c) Physical World Infrastructure Virtual World 25 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

26 Get connected to the OpenIoT Community GitHub For Developers: https://github.com/openiot Open Source Rookie of Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

27 Industrie 4.0 Referenzmodelle Deutsche Normungs-Roadmap Industrie 4.0 SA: Systemarchitektur (Referenzmodell für die Gesamtarchitektur) RT: Referenzmodelle der technischen Systeme und Prozesse RL: Referenzmodelle der leittechnischen Funktionen RB: Referenzmodelle der technisch-organisatorischen Prozesse Mensch: Referenzmodelle zu Aufgaben und Rollen des Menschen in Industrie Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

28 Einflüsse auf ein Industrie 4.0 Referenzmodell SA I40 Referenzmodell Systemarchitektur (SA) Bewertung und Harmonisierung Sichtweisen Architektur Transparenzaspekte Konzept Service Service Meta- Modell Konzept Trust Privacy Security Konzept Ding (virtuell/physisch) Fähigkeiten Funktionsgruppen Kommunikation Internet der Dinge Service-orientierte Architektur Verteilte Systeme 28 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

29 Konsequenzen für ein Industrie 4.0 Referenzmodell SA Bewertung und ggf. Nutzung bestehender Referenzmodelle Internet der Dienste und Dinge Forschung zu IT-Sicherheit in Industrie 4.0 Identifikation und Spezifikation einer grundlegenden, Menge von Konzepten und deren Beziehungen Konformitätserklärungen: Abgrenzung von Industrie 4.0 Ableitung von Referenzarchitekturen Sicherung der Interoperabilität Testsysteme firmenübergreifende Geschäftsmodelle 29 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

30 VIELEN DANK FÜR IHR INTERESSE Ihr Industrie 4.0 Forschungspartner Dr.-Ing. Thomas Usländer Fraunhofer IOSB, Fraunhoferstr Karlsruhe, Deutschland Dienstleistungen und Entwicklungen 30 Auf dem Weg zu einem Industrie 4.0 Referenzmodell Dr.-Ing. Thomas Usländer

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