Industrie 4.0 Chancen durch Vernetzung
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- Heike Heintze
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1 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Chancen durch Vernetzung Vortrag auf der 15. Fachtagung des ITG Fachausschusses 5.2 Kommunikationsnetze und Systeme: Zukunft der Netze Lübeck 29. September 2017
2 Industrie IfA Folie 2 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Industrie 4.0 das ist doch nichts Neues? Elektronik Elektrik Mechanik Quelle: W. Wahlster: Das Internet der Dinge als Innovationstreiber CPS (IuK)
3 Grundlage: IuK Technologien 2017 IfA Folie 3 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Technische Geräte und Maschinen können mit geringen Investitionskosten ausgerüstet werden: mit Sensoren mit Prozessoren, die Sensordaten auswerten mit Kommunikationsmöglichkeiten zu anderen Geräten und Maschinen zu einer übergeordneten Instanz zu Informationsempfängern andernorts Geräte und Maschinen werden damit zu Cyber Physical Systems
4 Was ist ein Cyber Physical System (CPS)? 2017 IfA Folie 4 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Beispiel: Gesundheitsarmband Gekoppelt mit Internet für Auswertung und Gesundheitstipps mit Pulsmessung mit Gyroskop mit Vibration Per Bluetooth mit Smartphone verbunden Cyber Physical verbunden mit Informationsquellen im Internet verbunden mit lokalen Informationsquellen Aktor mit Steuerung verbunden mit Sensoren Cyber Physical System
5 Grundlage: Cyber Physical Systems 2017 IfA Folie 5 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Quelle: Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, April 2013: Bild 4
6 Was ist Industrie IfA Folie 6 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 In der Produktion entstehen sogenannte Cyber Physical Production Systems (CPPS) mit intelligenten Maschinen, Lagersystemen und Betriebsmitteln, die eigenständig Informationen austauschen, Aktionen auslösen und sich gegenseitig selbstständig steuern. * Industrie 4.0 = Cyber Physical Systems in der industriellen Produktion und Logistik * Quelle: Umsetzungsempfehlung für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, April 2013 Cyber Physical verbunden mit Informationsquellen im Internet verbunden mit lokalen Informationsquellen Aktor mit Steuerung verbunden mit Sensoren Cyber Physical System
7 Cyber Physical Systems in Industrie IfA Folie 7 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Beispiel: Kiste mit Werkstücken Gekoppelt mit Lieferanten zur rechtzeitigen Nachlieferung Gekoppelt mit Lagerverwaltungssystem für zeitige Nachbestellung mit Anzeige mit Inhaltserfassung mit Ortserfassung Cyber Physical verbunden mit Informationsquellen im Internet verbunden mit lokalen Informationsquellen Aktor mit Steuerung verbunden mit Sensoren Cyber Physical System
8 Cyber Physical Systems in Industrie IfA Folie 8 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Beispiel: Bohrmaschine (Werkzeug) Gekoppelt mit Hersteller für Auswertung des Verschleißes Gekoppelt mit Produktionsplanungs Software mit Anzeige der Restnutzungsdauer mit Betriebsstundenzähler mit Erschütterungsmessung Cyber Physical verbunden mit Informationsquellen im Internet verbunden mit lokalen Informationsquellen Aktor mit Steuerung verbunden mit Sensoren Cyber Physical System
9 Cyber Physical Systems in Industrie IfA Folie 9 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Beispiel: Motor (Maschine oder Anlage) Gekoppelt mit Hersteller für Auswertung des Verschleißes Gekoppelt mit Wartungsplanungs Software mit Anzeige des Wartungsbedarfs mit Temperaturmessung mit Vibrationsmessung Cyber Physical verbunden mit Informationsquellen im Internet verbunden mit lokalen Informationsquellen Aktor mit Steuerung verbunden mit Sensoren Cyber Physical System
10 Cyber Physical Systems in Industrie IfA Folie 10 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Beispiel für Cyber Physical Systems Werkstücke Kisten mit Werkstücken Werkzeuge Komponenten von Maschinen und Anlagen Maschinen und Anlagen
11 Industrie IfA Folie 11 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 In der Industrie 4.0 verzahnt sich die Produktion mit modernster Informations und Kommunikationstechnik. Technische Grundlage hierfür sind intelligente, digital vernetzte Systeme, mit deren Hilfe eine weitestgehend selbstorganisierte Produktion möglich wird. Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte kommunizieren und kooperieren in der Industrie 4.0 direkt miteinander. Quelle: i40.de/i40/navigation/de/industrie40/ WasIndustrie40/was ist industrie 40.html Basis sind VERNETZUNG und KOMMUNIKATION
12 Industrie IfA Folie 12 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Der Begriff Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. 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. Quelle: Umsetzungsstrategie Industrie 4.0 Ergebnisbericht der Plattform Industrie 4.0 (April 2015)
13 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 13 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Der Begriff Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. 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. Pläne Verfügbarkeiten von Ressourcen Aktueller Zustand Teil in der Produktion Historie des Teils Jetzt bearbeiten oder später? Auf dieser Maschine oder jener?
14 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 14 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Der Begriff Industrie 4.0 steht für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. 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. Pläne Verfügbarkeiten von Ressourcen Aktueller Zustand Teil im Betrieb Historie des Teils Jetzt Wartung durchführen oder später? Intern oder extern?
15 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 15 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: 1. Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen smart products Pläne unique ID Industrie 4.0 Komponente Aktueller Zustand Teil in der Produktion Teil im Betrieb Historie des Teils
16 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 16 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: 1. Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen smart products Pläne unique ID Industrie 4.0 Komponente Aktueller Zustand Teil in der Produktion Teil im Betrieb Historie des Teils
17 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 17 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: 1. Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen smart products
18 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 18 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: 1. Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen 2. Digitalisierung von Wertschöpfungsketten
19 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 19 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: 1. Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen 2. Digitalisierung von Wertschöpfungsketten
20 Industrie 4.0 Fokus auf Wertschöpfung 2017 IfA Folie 20 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: 1. Digitalisierung von Produkten und Dienstleistungen 2. Digitalisierung von Wertschöpfungsketten 3. Neue Geschäftsmodelle ( smart services )
21 Industrie 4.0 Anwendungsszenarien 2017 IfA Folie 21 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Handlungsfelder: Anwendungsszenarien der Plattform Industrie i40.de/i40/navigation/de/in der Praxis/Online Bibliothek/online bibliothek.html
22 Industrie 4.0 Anwendungsszenarien 2017 IfA Folie 22 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Anwendungsszenarien der Plattform Industrie i40.de/i40/navigation/de/in der Praxis/Online Bibliothek/online bibliothek.html
23 Industrie 4.0 Application Scenarios 2017 IfA Folie 23 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Source: i40.de/i40/redaktion/en/downloads/publikation/ aspects of the research roadmap.html
24 OCP Order Controlled Production 2017 IfA Folie 24 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 To fulfill individual orders, production resources are combined accordingly, even beyond the borders of an enterprise Individual orders require re arrangement of the production network. Disturbances require re arrangement. Autonomous, self controlled.
25 Industrie 4.0 Application Scenarios 2017 IfA Folie 25 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Source: i40.de/i40/redaktion/en/downloads/publikation/ aspects of the research roadmap.html
26 AF Adaptable Factories 2017 IfA Folie 26 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Plug & Produce adaptable manufacturing configurations within a factory for quickly changing production capacities and capabilities.
27 AF Adaptable Factories 2017 IfA Folie 27 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Beispiel: heutige Filtrationsanlage monolithischer Aufbau Anpassung an wechselnde Produkte nur begrenzt möglich Einbau einer zusätzlichen Filtereinheit dauert mind. 3 Tage
28 AF Adaptable Factories Ergänzung dieses Filter Moduls benötigt 3 Minuten IfA Folie 28 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0
29 AF Adaptable Factories WAGO Stand auf der Hannover Messe 2016 Ergänzung dieses Filter Moduls benötigt 3 Minuten IfA Folie 29 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0
30 AF Adaptable Factories 2017 IfA Folie 30 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Jedes Modul ist ein CPS und bietet Services an, die einem standardisierten Service Modell nach IEC ed. 2 folgen.
31 AF Adaptable Factories 2017 IfA Folie 31 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Die Services können von einem übergeordneten Leitsystem aufgerufen werden, entsprechend dem Rezept. Übergeordnetes Leitsystem
32 AF Adaptable Factories 2017 IfA Folie 32 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Die Services können von einem übergeordneten Leitsystem aufgerufen werden, entsprechend dem Rezept. Source: Model based Engineering of CPPS in the process industries. IEEE INDIN 2017, Emden, July 2017.
33 AF Adaptable Factories 2017 IfA Folie 33 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Die Services sind nicht unabhängig, sondern über den Prozess verkoppelt, und müssen koordiniert werden: Ein Zustand von Service 1 kann einen Zustandswechsel von Service 2 (im gleichen Modul oder in einem anderen Modul) Verhindern Erzwingen Ermöglichen Source: Model based Engineering of CPPS in the process industries. IEEE INDIN 2017, Emden, July 2017.
34 Industrie 4.0 Application Scenarios 2017 IfA Folie 34 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Source: i40.de/i40/redaktion/en/downloads/publikation/ aspects of the research roadmap.html
35 SAL Self organizing Adaptive Logistics Enables flexible production More robustness in supply chains 2017 IfA Folie 35 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0
36 SAL Self organizing Adaptive Logistics 2017 IfA Folie 36 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Enables flexible production More robustness in supply chains Logistic objects form CPS. decision point throughput centrally controlled selforganized disturbances Source: A reference system for the benchmarking of manufacturing control systems. IEEE ETFA 2011
37 SAL Self organizing Adaptive Logistics 2017 IfA Folie 37 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Enables flexible production More robustness in supply chains Logistic objects form CPS. Requirements: decision point Increased amount of information exchange regarding the system state Information exchange under real time constraints Information exchange when objects reach decision points
38 Industrie 4.0 Application Scenarios 2017 IfA Folie 38 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Source: i40.de/i40/redaktion/en/downloads/publikation/ aspects of the research roadmap.html
39 VBS Value Based Services 2017 IfA Folie 39 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Process and status data from production and product use are the raw materials for future business models and services.
40 Fazit 2017 IfA Folie 40 Prof. Dr. Ing. Alexander Fay Industrie 4.0 Informations und Kommunikationstechnik halten in großem Umfang Einzug in alle Lebensbereiche Sie ermöglichen kostengünstige Cyber Physical Systems (CPS) Zahlreiche Automatisierungslösungen können damit realisiert werden Dies verändert die Wertschöpfungsketten Zuverlässige und sichere (im Sinne von Security) Kommunikationstechnik ist dafür die Voraussetzung
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