Industrie 4.0 und der Mensch Bellmann, Schmidt

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1 Industrie 4.0 und der Mensch Bellmann, Schmidt

2 Agenda Einführung Industrie 4.0 Aktuelle Entwicklungen aus der Forschung Wo ist der Mensch in Industrie 4.0 Was machen Unternehmen aktuell damit Diskussion Seite 2

3 Internet der Dinge Smart Grids Smart Buildings Smart Factory Internet der Dinge Smart Logistic Smart Products Quelle: Seite 3 Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland; Bauernhansl, T. et al.: Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik

4 Entwicklungsphasen der industriellen Produktionswirtschaft Heute: Internet der Dinge 1969: Programmierbare Steuerung 1870: Erstes Fließband (Schlachthöfe) 1784: Mechanischer Webstuhl 2. Industrielle Revolution Arbeitsteilige Massenproduktion 4. Industrielle Revolution Cyber-physische Systeme 3. Industrielle Revolution Einsatz von Elektrotechnik und IT 1. Industrielle Revolution Mechanische Produktionsanlagen unter Nutzung von Dampfkraft Vorindustrielle Zeit B. Hirsch Seite Zeit

5 Definition Plattform Industrie acatech 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. Kennzeichen der Cyber-Physical Systems Erfassung physikalischer Daten mit Sensoren Intelligente Datenauswertung / BigData Einwirkung auf physikalische Welt mittels Aktorik Verwendung webbasierter Dienste Verwendung multi-modaler Mensch-Maschine- Schnittstellen Foto: Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz GmbH Seite 5

6 Wofür steht dieser Begriff? Digitalisierung und Virtualisierung von Produkt und Produktion Verbindung von virtueller und realer Welt (cyber-physical systems) Wandlungsfähigkeit durch Selbstkonfiguration Hierarchielose Kommunikation Berücksichtigung des Menschen und seiner Rolle Intelligente Vernetzung von Prozessen, Produkten, Anlagen und Menschen Foto: Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz GmbH Seite 6

7 Technologiefelder und zugehörige Technologien Kommunikation Echtzeitfähige Bus- Technologien Echtzeitfähige drahtlose Kommunikation Drahtgebundene Hochleistungs- Kommunikation IT-Sicherheit Selbstorganisierende Kommunikationsnetze Mobile Kommunikationskanäle Eingebettete Systeme Intelligente eingebettete Systeme Miniaturisierte eingebettete Systeme Energy-Harvesting Identifikationsmittel Mensch-Maschine- Schnittstelle Sprachsteuerung Gestensteuerung Intuitive Bedienelemente Wahrnehmungsgesteuerte Schnittstellen Fernwartung Verhaltensmodelle des Menschen Kontextbasierte Informationspräsentation Semantik-Visualisierung Virtual Reality Standards und Normung Kommunikationsstandards Semantische Standards Standardisierung von Systemelementen Identifikationsstandards Sensorik Miniaturisierte Sensorik Intelligente, konfigurierbare und rekonfigurierbare Sensorik Vernetzte bzw. vernetzbare Sensorik Sensorfusion Neuartige Sicherheitssensorik Aktorik Intelligente Aktoren Vernetzte Aktoren Sichere Aktoren Software/System- Technik Multi-Agenten-Systeme Maschinelles Lernen und Mustererkennung Big-Data Speicher- und Analyseverfahren Cloud-Computing (inkl. Speicher und Zugriffsverfahren) Web Services bzw. Cloud-Dienste Simulationsumgebung Multikriterielle Situationsbewertung Foto: Deutsches Forschungszentrum für künstliche Intelligenz GmbH Quelle: Seite 7 agiplan GmbH: Studie: Erschließen der Potenziale der Anwendung von,industrie 4.0 im Mittelstand

8 Agenda Einführung Industrie 4.0 Aktuelle Entwicklungen aus der Forschung Wo ist der Mensch in Industrie 4.0 Was machen Unternehmen aktuell damit Diskussion Seite 8

9 Arbeitsfelder des Institut für Fabrikanlagen und Logistik Strategische Querschnittsthemen Wandlungsfähigkeit Globale Produktion Unternehmenslogistik Prozessfähigkeit Prozesssicherheit Wertschöpfung Werksstruktur Layout Fertigung Lager Montage Aufgaben Supply Chain Anlagen Fabrikplanung (FAP) Produktionsmanagement (PM) Produktionsgestaltung (PG) Mensch Arbeitsorganisation Arbeitswirtschaft Arbeitsgestaltung Arbeitswissenschaft (AWI) Seite 9

10 exemplarische Forschungsfelder Intelligente Vernetzung von Mensch, Maschine und Produkten Grundlage: Mikrocontroller, Identifikatoren, Sensoren etc. Intelligente Objekte erfassen und verarbeiten permanent Daten Erarbeitung von Anwendungsszenarien zur Potenzialhebung Quelle: Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland Seite 10

11 exemplarische Forschungsfelder Intelligente Vernetzung von Mensch, Maschine und Produkten Grundlage: Mikrocontroller, Identifikatoren, Sensoren etc. Intelligente Objekte erfassen und verarbeiten permanent Daten Erarbeitung von Anwendungsszenarien zur Potenzialhebung Quelle: Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland Seite 11

12 Gesture Recognition Quelle: Fraunhofer IOSB Seite 12

13 exemplarische Forschungsfelder Intelligente Vernetzung von Mensch, Maschine und Produkten Grundlage: Mikrocontroller, Identifikatoren, Sensoren etc. Intelligente Objekte erfassen und verarbeiten permanent Daten Erarbeitung von Anwendungsszenarien zur Potenzialhebung Quelle: Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland Seite 13

14 Die fühlende Werkzeugmaschine Signalerfassung in der Fertigung Rückführung Anpassung in der Fertigungsplanung In-Process Berechnung der Werkzeugabdrängung Prozesskräfte Post-Process Berechnung der Formabweichung Werkzeugsteifigkeit Selbstlernende Optimierung der Prozessparameter Quelle: Sonderforschungsbereich 653 Seite 14

15 exemplarische Forschungsfelder Intelligente Vernetzung von Mensch, Maschine und Produkten Grundlage: Mikrocontroller, Identifikatoren, Sensoren etc. Intelligente Objekte erfassen und verarbeiten permanent Daten Erarbeitung von Anwendungsszenarien zur Potenzialhebung Quelle: Fraunhofer IAO: Industrie 4.0 Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland Seite 15

16 Fertigungsorganisation und dezentrale Steuerung in der Industrie 4.0 IPMT TU Hamburg Harburg Seite 16

17 Industrie 4.0 zur Erschließung von Produktivitätspotenzialen Informationsbeschaffung und -verarbeitung Material- und Hilfsmittelbeschaffung Bauteil- und Bauplatzvorbereitung Durchführung Nachbereitung Seite 17

18 Ausgangssituation Wahrscheinlichkeit für Relevanz Seite 18

19 Ausgangssituation viele Informationen begrenzter Platz viele Zusatzdokumente Seite 19

20 Datenmodell Konstruktion Arbeitsvorbereitung Vermessung Export Taktplanung Laserscanning Konvertierung (*.wrl) Taktplan Stückliste Markerpositionen Aufbereitung AR-Anwendung Anpassung (x1000) Konvertierung (*.obj) Modelldatenbank Darstellung Seite 20

21 Vorstellung der AR-Anwendung Seite 21

22 Agenda Einführung Industrie 4.0 Aktuelle Entwicklungen aus der Forschung Wo ist der Mensch in Industrie 4.0 Was machen Unternehmen aktuell damit Diskussion Seite 22

23 Fabrik der Zukunft Seite 23

24 Fabrik der Zukunft Selbststeuernde Fabrik? Allwissende Fabrik? Foto: de.clipartlogo.com (by pianobrad) Seite 24

25 Selbststeuernde Fabrik Selbststeuernde Fabrik - Merkmale Hoher Automatisierungsgrad Keine Ausführung wertschöpfender Tätigkeiten durch den Menschen Fabrik denkt und entscheidet eigenständig ohne das Eingreifen des Menschen Vision der ganzheitlichen Informationsverarbeitung Vorteile Geringe Produktionskosten Gleichbleibende Qualität Vermeidung menschlicher Fehler durch Vollautomatisierung Nachteile Hohe Investitionskosten Geringe Flexibilität Hoher Wartungsaufwand Entwertung menschlicher Arbeit Entwicklung neuer Beschäftigungsmodelle erforderlich Foto: Seite 25

26 Allwissende Fabrik Allwissende Fabrik - Merkmale Mensch als Entscheider Ortsunabhängige Arbeit Sammlung und zielgerichtete Auswertung großer Datenmengen für den Entscheider Dezentrale Entscheidungen durch Mitarbeiter Vorteile Bessere Vereinbarkeit von Beruf- und Privatleben Eliminierung nicht ergonomischer Tätigkeiten Kreativität und Flexibilität des Menschen wird genutzt Nachteile Zunahme von Komplexität durch wachsende Datenmengen Bildungssysteme bereiten nicht ausreichend auf die Aufgaben vor Entgrenzung von Arbeit durch flexible Arbeitszeitmodelle Foto: Dominic Schindler Creations/Igus/VDI nachrichten Seite 26

27 Rolle des Menschen Selbststeuernde Fabrik Hochautomatisierte Entscheidungsprozesse Mensch als Designer von Prozessstrukturen Flexibilität von Prozessen ist begrenzt durch die Vorarbeit des Menschen Ausbildung als zentrales Bildungselement Allwissende Fabrik Mensch als Entscheider Interdisziplinäre Kompetenzen werden benötigt Tragweite von Entscheidungen muss erkannt werden Berufsbegleitendes Lernen nimmt an Relevanz zu Seite 27

28 Agenda Einführung Industrie 4.0 Aktuelle Entwicklungen aus der Forschung Wo ist der Mensch in Industrie 4.0 Was machen Unternehmen aktuell damit Diskussion Seite 28

29 Identifizierte Handlungsfelder Standardisierung und Referenzarchitektur Beherrschung komplexer Systeme Flächendeckende Breitbandinfrastruktur Sicherheit Firmenübergreifende Vernetzung und Integration über Wertschöpfungsnetzwerke Planungs- und Erklärungsmodelle zur Beherrschung zunehmender Komplexität Ausfallsichere, flächendeckende Kommunikationsnetze hoher Qualität Schutz des Menschen und der Umgebung; Schutz der Anlagen und Produkte vor Missbrauch und unbefugtem Zugriff Arbeitsorganisation und -gestaltung Partizipative Arbeitsgestaltung sowie lebensbegleitende Qualifizierungsmaßnahmen Aus- und Weiterbildung Implementierung einer lernförderlichen Arbeitsorganisation und Erforschung digitaler Lerntechniken Rechtliche Rahmenbedingungen Rechtsgemäße Gestaltung der neuen Produktionsprozesse und der horizontalen Geschäftsnetzwerke sowie innovationsadäquate Fortbildung des bestehenden Rechts Ressourceneffizienz Steigerung der Ressourceneffizienz durch Tradeoffs zwischen dem Zusatzeinsatz an Ressourcen durch die Smart Factory und Einsparpotenzialen Quelle: Arbeitskreis Industrie 4.0 Seite 29

30 Agenda Einführung Industrie 4.0 Aktuelle Entwicklungen aus der Forschung Wo ist der Mensch in Industrie 4.0 Was machen Unternehmen aktuell damit Diskussion Seite 30

31 Diskussion Jetzt vernetzt sich die reale Wirtschaft mit der virtuellen. [ ] Wer da nicht vorne dabei ist, wird künftig nicht mehr richtig mitarbeiten können. Angela Merkel Foto: Seite 31

32 Für weitere Fragen stehen wir gerne zur Verfügung: Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis An der Universität Garbsen Tel.: 0511 / Fax.: 0511 / Ihre Ansprechpartner: Vivian Bellmann M.Sc / bellmann@ifa.uni-hannover.de Dr. Matthias Schmidt 0511 / schmidt@ifa.uni-hannover.de Seite 32