Umsetzungsforum INDUSTRIE 4.0

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1 Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft Bedarfsfeld Kommunikation Umsetzungsforum INDUSTRIE 4.0 Vorsitzende des Arbeitskreises: Dr. Siegfried Dais, Robert Bosch GmbH Prof. Dr. Henning Kagermann, acatech (Sprecher der Promotorengruppe) Promotoren: Prof. Dr. Wolfgang Wahlster, DFKI Dr. Johannes Helbig, Deutsche Post DHL

2 > Begrüßung Prof. Dr. Jörg Steinbach, Präsident der TU Berlin

3 > Grußwort Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im BMBF

4 > Grußwort Ernst Burgbacher (MdB), Parlamentarischer Staatssekretär im BMWi

5 > acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Prof. Dr. Henning Kagermann, Präsident

6 Trends der letzten Jahre Intelligente Objekte, intelligente Vernetzung und intelligentere Nutzung 1) Zentralrechner 1 Computer Viele Benutzer 2) PC, Notebook 1 Computer 1 Benutzer 4) Intelligente Objekte 3) Smart Phone Smart Card 5) Intelligente Umgebungen 1 Benutzer Viele Computer M2M-Kommunikation Der gesellschaftliche Transformationsprozess in die Digitale Gesellschaft Cyber-Physical Systems (CPS): untereinander und über das Internet vernetzte Objekte, Systeme und Umgebungen Der Paradigmenwechsel von der PC-zentrischen Welt zur Welt der multiple devices connected to multiple clouds Neue Anforderungen an IT-Sicherheit, Betriebssicherheit und den Schutz der Privatsphäre (IT-Privacy) Quelle: DFKI 5 Die Abkopplung des Energieverbrauchs von IKT von der Nachfrage

7 CPS als Innovationstreiber für alle Bedarfsfelder Relevanz des Internets der Dinge, Dienste und Daten Wirtschaft Das Internet der Dienste & Daten Kultur (z.b. Dt. Digitale Bibliothek) Querschnittthemen: Cloud Computing, Semantische Technologien, Handelbarkeit von Diensten, Produktion CPS Szenario: Smart Factory Smart Product Mobilität und Logistik CPS Szenario: Smart Mobility Smart Logistics Smart Traffic Energie CPS Szenario: Smart Grid Smart Meter Gesundheit CPS Szenario: Smart Health CPS Szenario: Querschnittthemen CPS: Referenzarchitektur, Standards & Normen, Mensch & Arbeit, Sicherheit, Das Internet der Dinge Quelle: Forschungsunion Wirtschaft Wissenschaft

8 Die Zukunftsprojekte im Bedarfsfeld Kommunikation der Forschungsunion Es wurden zehn Zukunftsprojekte in den Bedarfsfeldern Klima/Energie, Sicherheit, Mobilität. Gesundheit und Kommunikation entwickelt, mit denen Deutschland einen Spitzenplatz bei der Lösung globaler Herausforderungen einnehmen soll. Zukunftsprojekt Industrie 4.0 Der Produktionsstandort Deutschland soll durch das Zusammenwachsen der technischen Prozesse mit den Geschäftsprozessen durch IKT in ein neues Zeitalter geführt werden. Zukunftsprojekt Internetbasierte Dienstleistungen für die Wirtschaft Durch Nutzung sicherer Cloud-Infrastrukturen und die Bereitstellung neuer Dienste-Plattformen soll die Grundlage für die Internetökonomie in Deutschland gelegt werden.

9 Von Industrie 1.0 zu Industrie 4.0

10 Thesen Digitalisierung ist der große Innovationstreiber unserer Zeit. Durch konsequentes Zusammenführen der digitalen und realen Welt wird die zunehmende Dynamik und Komplexität beherrschbar. Das Internet der Dinge, Dienste & Daten wird zur prägenden Infrastruktur für die nächste industrielle Revolution. Industrie 4.0 adressiert alle großen Herausforderungen: Wettbewerbsfähigkeit unseres Hochlohn-Standorts, Ressourcen- und Energieeffizienz, Demographischer Wandel und urbane Produktion. Deutschland hat beste Voraussetzung, Leitanbieter und Leitmarkt zu werden.

11 > Robert Bosch GmbH Der AK-Industrie 4.0 Strategische Zielsetzung Dr. Siegfried Dais, Stellv. Vorsitzender der Geschäftsführung

12 Kontext: Internet der Dinge & Dienste

13 Das Internet der Dinge kommt in die Fabriken Die Produktion ist das Rückgrat des deutschen Wohlstands Arbeitsplätze direkt: 7,7 Mio. indirekt: 7,1 Mio, damit jeder 2. Arbeitsplatz mehr als 100 Milliarden Handelsüberschuss durch Industrieexporte, besonders Automobilproduktion Durch zentrale Paradigmenwechsel in der Industrie verändern sich derzeit die Grundlagen der Produktion: 1. Auflösung der klassischen Produktionshierarchie von zentraler Steuerung hin zu dezentraler Selbstorganisation 2. Durch digitale Veredelung entstehen intelligente Produkte ( smart products ) 3. Produkt unterstützt den Produktionsprozess aktiv 4. Die Produktion folgt dem Takt des Menschen 5. Ressourcen- und Energieschonung wird zur neuen Randbedingung für Produktionserfolge Deutschland muss diese 4. Industrielle Revolution maßgeblich mitgestalten, um sich auch in Zukunft erfolgreich als Produktionsstandort behaupten zu können.

14 Vision zu Industrie 4.0 Produktion wird hoch-flexibel, hoch-produktiv, ressourcenschonend und urban-verträglich Individualisierung (Losgröße 1) zu den ökonomischen Konditionen eines Massenherstellers wird Realität In dynamischen, echtzeit-optimierten Wertschöpfungsnetzwerken sind Engineering, Produktion, Logistik, Service und Vermarktung unternehmensübergreifend gekoppelt. Durch Modularisierung der Systeme kann die bestehende Infrastruktur nachgerüstet werden. Deutschland kann mit Industrie 4.0 eine internationale Leitanbieterrolle besetzen.

15 Arbeitskreis Industrie 4.0 Leitung: acatech und Robert Bosch GmbH

16 > Siemens AG (AG 2) Duale Strategie Industrie 4.0 Peter Herweck, Chief Strategy Officer

17 Duale Strategie Leitanbieter-Perspektive vorhandene Basistechnologien auf Besonderheiten der Produktionstechnik anpassen bzw. anwendungsorientiert weiterentwickeln Leitanbieter sind Maschinen- und Anlagenbau, Automatisierungssystem Anbieter sowie ausgewählte IKT Anbieter und Engineering-Dienstleister für Industrieanlagen Leitmarkt-Perspektive Leitmarkt sind die produzierenden Unternehmen einschließlich des damit verbundenen Wertschöpfungsnetzes Duale Strategie Verbindung der beiden Perspektiven mit einer gemeinsamen Klammer unter folgenden Merkmalen

18 Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetze Zentrale Fragestellung Wie können die Geschäftsstrategie eines Unternehmens und neuartige Wertschöpfungsnetze nachhaltig durch CPS unterstützt werden? Zugehörige Inhalte Geschäftsmodelle, Kooperationsformen, Know-How-Schutz, Nachhaltigkeit, Standardisierungsstrategien, Qualifikations- und Personalentwicklung

19 Durchgängigkeit des Engineerings über den gesamten Lebenszyklus Services Produktion Produktionsengineering Produktionsplanung Produktdesign und -entwicklung Zentrale Fragestellung Wie können die Geschäftsprozesse einschließlich der Engineering-Workflows mit CPS durchgängig gestaltet werden? Zugehörige Inhalte Modellierung, Verschmelzung der digitalen und realen Welt, Verbindung von Produkt und Produktionssystem, PLM Systeme, Interdisziplinarität und Systems Engineering, Qualifizierung der Ingenieure

20 Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme Zentrale Fragestellung Wie kann das Produktionssystem unter Nutzung von CPS flexibel rekonfigurierbar und wandlungsfähig gestaltet werden? Zugehörige Inhalte Vertikale Integration, ad-hoc Vernetzung, Rekonfigurierbarkeit, Modularisierung, intelligente Anlagen-Fähigkeitsbeschreibungen, Qualifizierung des Operators

21 > Robert Bosch GmbH (AG 5) Der Faktor Technologie in der Industrie 4.0 Dr. Stefan Ferber, Director Communities & Partner Networks

22 IKT Automatisierungstechnik: heute

23 Industrie 4.0: morgen

24 Handlungsstränge Branchenübergreifende Referenzarchitekturen für Industrie 4.0 Durchgängige Produktionsnetzwerke schnellere und günstige Integration von Anlagen bei den produzierenden Unternehmen größerer Markt für Standard-Software-Firmen Zugriff auf Standard-Software für Anlagenhersteller Synthese und Orchestrierung vorhandener IT-Basistechnologien Smart Factory: Kompetenzen der IT-Branche und der Fertigungsbrachen zusammenführen Modellbildung der Produktions- und Logistikprozesse, der Maschinen und Erzeugnisse auf einer höheren, Menschen-verständlichen Abstraktionsebene Evolutionäre Technologie-Migration

25 > WITTENSTEIN AG (AG 1) Die Smart Factory der Industrie 4.0 Dr. Manfred Wittenstein, CEO

26 Die Smart Factory Die Smart Factory als wesentlicher Bestandteil von Industrie 4.0 bringt das Internet der Dinge und Dienste in die Welt der Produktion. Mit Ihren Schnittstellen zu Smart Mobility und dem Smart Grid ist sie ein wichtiger Bestandteil zukünftiger intelligenter Infrastrukturen.

27 Die Smart Factory In der Smart Factory kommunizieren Menschen, Maschinen und Ressourcen so selbstverständlich wie in einem sozialen Netzwerk.

28 Themenschwerpunkte

29 > SAP AG (AG 3) Innovative Wertschöpfung durch Industrie 4.0 Dr. Stephan Fischer, Head of Research

30 Wertschöpfung in der Industrie Kundenspezifische Verzahnung von Design, Konfiguration, Bestellung, Planung und Produktion 2. Dynamische Aushandlung des gesamten Prozesses von der Bestellung bis zur Lieferung in vielfältigen Dimensionen (Qualität, Zeit, Risiko, Robustheit, Preis, Umweltverträglichkeit, ) 3. Dynamische Anpassung von Produktionsstätten ( wandelbare Fabrik ) und Logistik ( selbstorganisierende, adaptive Logistik ) 4. Monitoring und Feedback in Echtzeit (Fabrik, Logistik, Geschäftsbeziehungen) 5. Emergente Gesamteffekte und veränderliche Rahmenbedingungen (rechtlich, Risiko, Haftung, Exportkontrolle, )

31 Handlungsstränge Geschäftsmodelle GESTALTEN: Kooperative echtzeitfähige Geschäftsmodelle ermöglichen KLÄREN: Rechtliche Rahmbedingungen erstellen UMSETZEN: Onboarding von KMU, Echtzeit-Monitoring, Lizenzmodelle Orchestrierung UNTERSTÜTZEN: Suchen, finden, betreiben und handeln von Diensten ZUVERLÄSSIG AUSFÜHREN: Cyber-Security (auch in der Cloud) ERMÖGLICHEN: Nachhaltige Kollaboration über gemeinsame Standards Anwendungen INTEGRIEREN: Ende-zu-Ende-Sicherheit und -Optimierung DATEN UND EREIGNISSE VERWALTEN: B2B-Datenmanagement KOMPLEXITÄT BEHERRSCHEN: Heterogene Daten und Prozesse beherrschen

32 > DFKI (AG 4) Mensch & Arbeit in der Industrie 4.0 Prof. Dr. Wolfgang Wahlster, CEO

33 Im Mittelpunkt der Industrie 4.0 steht der Mensch Er wird vom Bediener zum Steuernden und Regulierenden mit selbstverantwortlicher Autonomie bei dezentralen Führungs- und Steuerungsformen Infrastruktur zur Gewährleistung von Betriebssicherheit, Arbeitssicherheit, IT-Sicherheit, und Privatsphärenschutz Multiadaptivität auf der Basis maschineller Lernverfahren (Personalisierung, Rekonfigurierbarkeit, Agilität) Multimodale Eingabeanalyse Multimodale Ausgabepräsentation Industrielles Assistenzsystem Betriebsmittelanpassung Mensch-Mensch- Kooperation CPS-Produktionssystem Maschinensteuerung Diskurshistorie Benutzermodell Lernmodelle Fabrikmodell Arbeitspläne Prozessmodelle Produktionskontext Smarte Materialien Smarte Produkte Paradigmenwechsel in der Mensch-Technik- und Mensch-Mensch-Interaktion mit neuartigen Formen der kollaborativen Fabrikarbeit in sozialen Online-Netzwerken

34 Sozio-technischer Ansatz von Industrie 4.0: CPPS-Technologien bieten den Beschäftigten erweiterte Entscheidungsund Beteiligungsspielräume sowie Möglichkeiten zur Belastungsregulation Physische Assistenz durch Fähigkeitsverstärker Kontextadaptive Assistenz bei der Diagnose von technischen Störungen Situierte Assistenz bei komplexen Arbeitsprozessen Lokationsbasierte Wartungs- und Planungsassistenz Industrielle Assistenzsysteme Mobile, personalisierte, situationsadaptive Lernsysteme Multimodale Mensch-Maschineund Mensch-Mensch- Interaktion

35 Eine neue Generation mobiler, kontextabhängiger und adaptiver Assistenzsysteme Unterstützung der Beschäftigten bei Entwurf, Installation, Optimierung und Reparatur komplexer CPS-Komponenten Maschine Zu wartendes Objekt Ist-Verbrauch Sensor Benötigte Teile und Werkzeuge Wartungshistorie und Dokumente Werker Unterstützung mobiler Servicekräfte durch kontextbezogene Information Nachhaltiges Ressourcenmanagement: Eine intelligente Darstellung von Verbrauch und Einsparpotentialen unterstützt das Handeln

36 IKT-Technologien der erweiterten und dualen Realität helfen den Beschäftigten beim Erlernen komplexer Arbeitsschritte vor Ort in der Fabrik Cyber-physische Werker mit Werkzeuge Produktionssysteme Datenbrille Mobiles, Interaktives und Situationsadaptives Lernen In-situ Tutorsystem Entferne das Rohr mit 2 Flanschen Entferne das Kugelventil Kugelventil schliessen

37 Die Nachfrage nach ressourcenschonenden Technologien und urbaner Produktion verändern das Arbeitsumfeld für Industrie 4.0 Smarte Produktion Grüne Produktion Ressourcenschonung als Randbedingung Urbane Produktion Nahe am Wohnort der Mitarbeiter

38 > Umsetzungsempfehlungen & Ausblick Prof. Dr. Henning Kagermann, acatech Dr. Siegfried Dais, Robert Bosch GmbH

39 Vorläufige Umsetzungsempfehlungen für die Duale Strategie Entwicklung von Technologie-Roadmaps und Koordination Förderung der konsolidierten Forschungsempfehlungen Weiterbildung & Qualifikation Internationalisierung Einrichtung von Industrie 4.0 Kompetenzzentren Aufbau einer Industrie 4.0 Community Aufbau von Demonstrationsfabriken

40 Umsetzung Forschungsunion Forschungsempfehlungen der PG KOMMUNIKATION 1. Promotorenbericht KOMMUNIKATION (September 2011) Initiierung des AK-Industrie 4.0 (Januar 2012) Empfehlungen des Arbeitskreises ( ) Nächste Schritte Weiterführung von Industrie 4.0 als Plattform durch Verbände Mit der FU vereinbart wurde die Übergabe eines Berichts zum Thema Industrie 4.0 an die Bundesregierung anlässlich der Hannover Messe 2013 Die Forschungsunion hat damit die Umsetzung des Zukunftsprojektes Industrie 4.0 erfolgreich initiiert.

41 Umsetzung Industrie Planungsstand:

42 > Übergabe der Handlungsempfehlungen an das BMBF und das BMWi

43 > Schlusswort Prof. Dr. Eckart Uhlmann, Produktionstechnisches Zentrum Berlin Leiter Fraunhofer IPK

44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Allgemeine Informationen zum Zukunftsprojekt:

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