Industrie 4.0 Auf dem Weg zur Smart Factory

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1 Industrie 4.0 Auf dem Weg zur Smart Factory 1 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Die vierte industrielle (R)Evolution 2 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

2 Cyber-physische Systeme (CPS) Einheit im Produktionssystem Digitalisierung der Produktion Digitales Abbild / Modell im Simulations-, Steuerungs-, Planungs-, ERP-system Vernetzung der Betriebs IT-Welt mit der Produktion 3 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Definition Industrie 4.0 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 und erstreckt sich von der Idee, dem Auftrag über die Entwicklung und Fertigung, die Auslieferung eines Produkts an den Endkunden bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte und selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie bspw. Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen. Quelle: Plattform Industrie Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

3 Vier Ansätze 1. Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke 2. Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme 3. Durchgängigkeit des Engineering über den gesamten Lebenszyklus 4. Querschnittstechnologien für Industrie Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum 1. Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke Gestaltung von Wertschöpfungsnetzwerken entlang von Wertschöpfungsketten Einbindung von betriebswirtschaftlichen Prozessen Erfassung von Daten schafft durchgängige Transparenz Kommunizierende cyber-physische Systeme erhöhen die Flexibilität Neue Steuerparameter für Optimierung der Produktion Neue Geschäftsmodelle für Produzenten und Dienstleister 6 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

4 2. Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme Analyse der Daten in einem semantischen Kontext erlauben die kontinuierliche Optimierung von produktbezogenen bzw. maschinenbezogenen Prozessparametern Selbstlernende und -steuernde Systeme reagieren in Echtzeit auf Störungen und Veränderungen Erfahrungswissen und Datenanalyse ermöglichen eine vorausschauende und optimierte Wartung von Produktionssystemen Modellwissen und flexible Produktionssysteme erlauben die individualisierte Produktion 7 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum 3. Durchgängigkeit des Engineering Produkte und die zugehörigen Prozesse erhalten ein digitales Abbild auf der Basis von Simulationen, Beschreibungs- und Planungsmodelle Ausgehend von der Produktentwicklung wird ein digitales Abbild eines Produkts erstellt, welches über den ganzen Lebenszyklus genutzt wird Die Integration der realen und digitalen/virtuellen Welt benötigt eine definierte gemeinsame Semantik Das virtuelle Produkt führt zu neuen Geschäftsmodellen 8 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

5 4. Querschnittstechnologien für Industrie 4.0 Neue Anforderungen an Kommunikationssysteme, insbesondere drahtlose Kommunikation Unterschiedliche Anforderungen im gesamten vernetzten System Verknüpfung von verschiedenen, sich verändernden Systemen Sicherheit der Netze, CPS und Daten vor unbefugten Zugriff, Verlust, Verfälschung Schutz vor Gefährdungen, die von Produktionssystemen ausgehen 9 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Vier Ansätze 2 Vertikale Integration Cloud ERP Produktion Maschine Produkt Querschnittstechnologien 4 Horizontale Integration 1 Wertschöpfungskette / Lebenszyklus 10 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum 3 Durchgänigkeit des Engineering

6 Referenzarchitektur Industrie 4.0 Dienstleister Lieferanten Kunden CAD PLM PPS ERP Internet Firmennetzwerk Produktionsystem Maschine CPS Maschine CPS E/A E/A Feldbus M M 11 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Ziele Individualisierung Losgrösse 1 zu wirtschaftlichen Bedingungen Reduktion der Komplexität durch dezentrale Selbstorganisation Flexible Produktion Steuerung in Echtzeit der Produktionsprozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette Steuerung der Auslastung in vernetzten Systemen Ressourceneffizienz Auswertung der Produktions- und Maschinendaten bezüglich Ressourcenverbrauch Optimierung der Wartungsaktivitäten durch Zustandsüberwachung, Selbstlernprozesse 12 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

7 Ziele (2) Neue Dienste & Geschäftsmodelle Einheiten eines Produktionsnetzwerkes bieten Daten und Fähigkeiten an Durch semantische Beschreibung werden die Daten handelbar, erweiterbar und zu Mehrwertdiensten kombinierbar Die Kombination von Daten, Diensten und entsprechendem Wissen für zu neuen, innovativen Geschäftsmodellen Erweiterte Unterstützung von Mitarbeitern Multimodale Mensch-Maschine Interaktion Kontextadaptive Assistenz bei der Diagnose von technischen Störungen und der Wartung Situationsgerechte Assistenz bei komplexen Arbeitsprozessen 13 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Ziel: Individualiserung Losgrösse 1 zu wirtschaftlichen Bedingungen Reduktion der Komplexität durch dezentrale Selbstorganisation Das Produkt und seine Eigenschaft ist identifizierbar Intelligente Produkte unterstützt aktiv die eigene Fertigung 14 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

8 Ziel: Flexible Produktion Steuerung in Echtzeit der Produktionsprozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette Kontinuierliche Optimierung der Produktionsprozesse Steuerung der Auslastung in vernetzten Systemen Anpassung an geänderte Produktspezifikationen Fehler- /Ausfallrobuste Produktionssysteme Von der etablierten Wertschöpfungskette zur virtuellen ad-hoc Organisation 15 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Ziel: Ressourceneffizienz Auswertung der Produktions- und Maschinendaten bezüglich Ressourcenverbrauch Optimierung des Ressourcenverbrauchs durch flexible Produktionssysteme Steuerung des Ressourcenverbrauch in Echtzeit entlang der Wertschöpfungskette Optimierung der Wartungsaktivitäten durch Zustandsüberwachung, Selbstlernprozesse Anbindung an Smart Grid 16 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

9 Ziel: Neue Dienste und Geschäftsmodelle Einheiten eines Produktionsnetzwerkes bieten Daten und Fähigkeiten an Durch semantische Beschreibung werden die Daten handelbar, erweiterbar und zu Mehrwertdiensten kombinierbar Die Kombination von Daten, Diensten und entsprechendem Wissen für zu neuen, innovativen Geschäftsmodellen Neue Kundenbedürfnisse können bedient werden und erlauben die volle Ausschöpfung des Potentials von Industrie Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Sammeln und Auswerten von Daten Engineering Maschinen Produktion Umgebung Produkt Optimierung Training Wartungsplanung Anwendungsknow-how Ressourcenmanagement 18 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

10 Ziel: Erweiterte Unterstützung der Mitarbeitenden Multimodale Mensch-Maschine Interaktion Kontextadaptive Assistenz bei der Diagnose von technischen Störungen und der Wartung Situationsgerechte Assistenz bei komplexen Arbeitsprozessen Mobile, personalisierte, situationsadaptive Lernsysteme Belastungsregulation und neue Arbeitsmodelle für Beschäftigte (Familie, ältere Mitarbeiter) 19 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Mobile, kontextabhängige Assistenzsysteme Vernetzte Mobilgeräte: Information über Objekt Betriebsdaten Benötigte Werkzeuge und Geräte Wartungshistorie und Manuals Installation und Inbetriebnahme Optimierung Wartung Reparatur 20 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

11 Kommunikation von Mensch und Maschinen Quelle: Arbeitskreis Industrie Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Use Case: Resiliente Fabrik Just-in-time Produktion von Komponenten bei optimaler Kapazitätsauslastung durch situative Anpassung der Produktionslinie Modularität und Selbstkonfiguration Plug & Produce-Fähigkeiten Kontinuierliche Simulation von Auftragslage und Produktionslayout Unternehmensübergreifende Zusammenstellung von Produktionslinien Bild: Festo 22 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

12 Use Case: Vernetzte Fabrik Vermeidung organisatorischer Verluste in der Montage Das Produktionssystem reagiert selbständig auf ungeplante Ereignisse Das Produkt steuert sich selbst durch die Produktion Zusammenwirken intelligenter Automatisierung mit Erfahrung und Kreativität des Menschen Bild: Demag Cranes 23 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Use Case: Marktplatz Anwendungs-Know-how Durch Zugriff auf internes und externes Technologie-Know-how werden Aufträge auf Werkzeugmaschinen termingerecht und in erwarteter Qualität abgewickelt Anwendungsdaten aus dem Archiv Maschinenübergreifender Abgleich und Austausch von Anwendungsdaten Abgleich mit Herstellerdatenbank Handel auf öffentlichen Internetmarktplätzen 24 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

13 Use Case: Zustands-/ Verschleissüberwachung In einer Werkzeugmaschine sind Fokussierlinsen Verbrauchs-komponenten Identifikation der Linse Spezifikationen der Linse wird vom Diagnostiksystem eingelesen Messung des Verschleissvorrates Speicherung der Historie 25 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Use Case: Mobile Produktionsplanung Mobiler Zugriff auf Produktionssteuerung Einblick in Status von Produktionsaufträgen und Maschinenzuständen Anpassung von Auftragslisten oder Stückzahlen 26 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

14 Use Case: Erweiterter Remoteservice Service Center Internet Virtuelles Abbild Daten Tools 27 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Herausforderung: Standards und Normen Einheitliche Daten und Netzwerkarchitektur Verknüpfung von verschiedenen Netzwerktechnologien über Schnittstellen Einheitliche Semantik in Wertschöpfungsnetzwerken Durchsetzung von standardisierten Technologien entlang des Lebenszyklus Notwendigkeit um neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen umsetzen zu können 28 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

15 Herausforderung: Schutz und Sicherheit Sicherstellung der IT-Sicherheit (unbefugter Zugriff, Diebstahl, Manipulation) Schutz des Produktionssystems vor Fehlfunktionen Validierung von Daten zur Verhinderung von fehlerhafter Steuerung und Planung 29 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum 1. These zur Umsetzung Vertikale Integration Ein Lösungsraum über das Cloud ganze Unternehmen und die Wertschöpfungskette wird aufgespannt ERP Dieser Raum kann mit Puzzleteilen besetzt werden Produktion Die Analyse platziert die Teile Maschine Produkt Vision Horizontale Integration Wertschöpfungskette / Lebenszyklus 30 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

16 2. These zur Umsetzung Ein Puzzleteil kann die Aspekte umfassen: Technologie Vernetzung Dienste Prozesse Sicherheit 31 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum 3. These für die Umsetzung Jedes Unternehmen kann mit Hilfe neuer Denkweisen und Lösungsansätzen, unterstützt von geeigneten Werkzeugen vom Konzept Industrie 4.0 profitieren 32 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

17 Industrie Fazit Industrie 4.0 erhöht die Produktivität und unterstützt damit die Sicherung des Produktionsstandortes Industrie 4.0 ist ein Innovationstreiber und sichert die Wettbewerbsfähigkeit der Maschinenindustrie Industrie 4.0 ist ein Konzept, nicht eine Lösung Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Anwender und Anbieter Grundidee ist die Digitalisierung und Vernetzung, die daraus entstehenden cyber-physische Systeme sind die Grundbausteine von Industrie Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Industrie Fazit Flexible Fertigung: Transparente Prozesse in der Supply Chain erlauben Flexibilität bei der Produktionspalette, Auslastung, Optimierung und Störungen Individuelle Produktion: Die Vernetzung und Steuerung ermöglicht Varianten und die Berücksichtigung von ändernden Anforderungen. Einzelstücke und Kleinstmengen werden rentabel. Innovative Geschäftsmodelle und Dienstleistungen: Der Umgang mit den erzeugten Daten bietet Opportunitäten 34 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

18 Industrie Fazit Technologien realisieren Lösungen (Sensoren, Aktoren, Schnittstellen, Kommunikation, Software, Produktionsmanagement, ) Nicht alles ist neu! Bestehende Konzepte aus der Produktionswelt finden Eingang in die virtuellen Produktionssysteme 35 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum Tagung Industrie Juni 2015 an der FHNW in Windisch Organisiert durch Swissmem, swisst.net, asut, electrosuisse ITG Europäische Perspektive Sicherheit Praxisbeispiele Ausstellung 36 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

19 Danke 37 Industrie 4.0 Swiss Innovation Forum

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